物质之轻：诺贝尔物理学奖得主的质量起源之旅 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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原文作者： Frank Wilczek

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在二十一世纪，粒子物理学家一直期望一位新的达尔文来解释粒子的起源……本书并不是达尔文的《物种起源》再现，而是比较像《小猎犬号航海记》，是一趟探索之旅的大众化记述，描写沿途地景以及新发现、尚待解释的生物——数学物理学家　戴森
 
◎诺贝尔物理学奖得主维尔泽克对物质起源最美的一次辩证
◎《万物皆数》作者讨论「质量」这个基本却又牵扯整个近代物理的重大观念
 
　　「如果有一天世界毁灭了，只能留下一句话给后世的倖存者，我想应该会是原子假说里的这句话：『所有物质都是由原子组成。』」——核子物理学家理查‧费曼。
 
　　费曼的这句话很美，可惜的是，他是错的。
 
　　至少在现在的科学家眼里是错的。从科学革命以来，科学家开始重新建构我们对这个世界的认知，而其中最基本、最重要，却也最难以理解的，却是这样简单的一个问题：

　　「物质是什么？」
 
　　牛顿在设计他的三大运动定律时，前提是所有物质的质量皆为守恆。然而，科学家们对质量的的定义与来源，却一直没有定论。重力和电力是怎么产生的？甚至，质量真的是守恆的吗？
 
　　在本书中，2014年诺贝尔物理学奖得主维尔泽克带领读者跟随物理学家的脚步，探索物质的起源，了解世界的组织架构。

物质之轻：诺贝尔物理学奖得主的质量起源之旅 一部关于宇宙基本构成的史诗级探索 导读： 我们习以为常的世界，由看不见的粒子编织而成。从最微小的夸克到宏大的星系，质量是构建一切的基石。然而，质量究竟是如何产生的？它仅仅是粒子携带的固有属性，还是宇宙深处更为精妙的机制所赋予的礼物？ 《物质之轻：诺贝尔物理学奖得主的质量起源之旅》并非一部教科书，而是一场深入宇宙核心的智力冒险。它将带领读者跟随当代最杰出的物理学家们，穿越粒子物理学的最前沿，探寻一个宏大问题的答案：物质的质量，究竟从何而来？ 本书的叙事围绕着一个核心概念展开：质量的起源，这是一个横跨了理论物理学、实验粒子物理学以及宇宙学的宏伟叙事。它要求我们挑战直觉，理解那些我们用眼睛看不见、却支配着我们存在的力的本质。 第一部分：失落的质量与基本粒子 人类对物质的理解经历了漫长的演化。从古希腊的“原子论”，到道尔顿的化学原子，再到卢瑟福的原子核结构，我们不断深入物质的层次。然而，真正的革命始于20世纪中叶，当物理学家们开始相信，构成原子核的质子和中子并非基本粒子。 本部分将详细介绍粒子物理学的标准模型——我们目前理解物质构成最成功的理论框架。我们将深入探讨构成物质的十二种基本费米子（夸克和轻子），以及传递基本作用力的玻色子。 夸克的“重量”之谜： 令人惊讶的是，标准模型中的夸克（如上夸克和下夸克，它们构成了我们身体中绝大多数的质量）本身所携带的质量，仅占质子和中子总质量的不到百分之二。那么，剩下的百分之九十八的质量，去向了哪里？ 物理学家们发现，我们日常所见的质量，大部分来源于能量，而非粒子固有的“属性”。这引出了爱因斯坦著名的质能方程 $E=mc^2$ 的深层含义：质量是能量的一种表现形式。 强相互作用力的战场： 质量的真正来源，隐藏在将夸克束缚在一起的强大力量——强相互作用力之中。本部分将详细阐述“夸克胶子等离子体”的概念，以及渐进自由和禁闭这两个看似矛盾的现象。正是胶子（传递强作用力的粒子）在夸克之间不断交换能量，创造出巨大的结合能。正是这些动态的、场论性质的能量，构成了质子和中子的绝大部分质量。 第二部分：希格斯场的揭示与宇宙的“粘性” 如果说强作用力解释了核子的质量，那么电子、μ子、τ子，以及W和Z玻色子如何获得它们各自的质量？这些粒子没有强相互作用力将其束缚，它们的质量起源需要一个不同的，更加普适的机制。 自发对称性破缺的优雅： 在理论物理学的构建中，早期版本的标准模型预测所有基本粒子都应是无质量的。为了解释为什么某些粒子带有质量而其他粒子（如光子）没有，物理学家们引入了一个革命性的概念——希格斯机制。 本书将以清晰、严谨但不失故事性的笔触，描绘这个机制如何运作。想象宇宙中弥漫着一种无处不在的、看不见的“希格斯场”。当某些基本粒子穿过这个场时，它们会与其发生相互作用，这种相互作用的“阻力”或“粘滞感”，就是我们所感知的质量。 诺贝尔奖背后的故事： 这一部分将回顾围绕希格斯玻色子发现的漫长而艰辛的历程。它不仅仅是理论预测的实现，更是对人类在探究宇宙规律上的耐心和协作精神的最高礼赞。我们探讨了大型强子对撞机（LHC）的工程奇迹，以及如何从每秒数十亿次的粒子碰撞中，最终筛选出那个“失落的”希格斯玻色子。 第三部分：超越标准模型——仍在追寻的质量之谜 尽管标准模型在解释已观测到的质量起源方面取得了巨大成功，但它仍然不是终极理论。本书的第三部分将目光投向前沿，探讨那些尚未解决的质量谜团，以及物理学家们为之奋斗的下一代理论。 中微子的微小质量： 中微子（Neutrinos）是宇宙中数量最多的基本粒子之一，它们几乎不与物质发生相互作用。标准模型最初预测它们是无质量的，但实验已确凿证明它们具有微小的质量，并且可以在三种“味道”之间振荡。中微子质量的起源可能指向一种新的物理学，例如马约拉纳费米子的特性，或是跷跷板机制，这可能预示着我们对基本粒子谱系的理解存在巨大漏洞。 暗物质的重量： 宇宙中约27%的物质是暗物质，它通过引力影响星系的运动，但它不发光，也不参与电磁相互作用。暗物质的粒子性质至今仍是物理学最大的谜团之一。本书将探讨候选的暗物质粒子，如弱相互作用重粒子（WIMP）或轴子（Axions）。如果这些粒子确实构成宇宙的绝大部分“物质”，那么它们的质量起源又将如何融入或挑战现有的质量生成框架？ 引力的重量——引力子的猜想： 在标准模型中，引力被排除在外。我们对引力的量子化——引力子——一无所知。量子引力理论的建立，特别是弦理论和圈量子引力，或许能提供一个统一的质量起源图景，将引力本身纳入到质量的生成体系中。 结语： 《物质之轻》不仅是对物理学成就的回顾，更是对人类求知本能的赞歌。它提醒我们，看似坚实的物质世界，其基石却建立在能量的舞蹈、场的波动以及对称性的破缺之上。从夸克的禁闭到希格斯场的弥漫，我们对“轻”的理解，正在重塑我们对“重”的认知。这场关于质量起源的旅程尚未结束，最激动人心的发现，或许就在下一个粒子对撞的瞬间等待着我们。 本书适合对宇宙学、粒子物理学有浓厚兴趣的读者，以及任何渴望理解我们脚下世界和遥远星辰是如何被基本规律塑形的探索者。

作者简介

法兰克‧维尔泽克Frank Wilczek
少年时期就崭露头角，高中获「西屋科学奖」（后更名「英特尔科学奖」），23岁完成博士学位，30岁任普林斯顿大学正教授，43岁时获得理论物理学界的最高荣誉「狄拉克奖」现为MIT讲座教授。在普林斯顿大学攻读博士期间，与恩师戴维．格娄斯发现量子色动力学中的渐近自由，因此获得2004年诺贝尔物理学奖。维尔泽克研究范围异常广泛，着有《万物皆数》、《奇妙的真实》、《和谐之向往》等。

相关着作:《万物皆数——诺贝尔物理奖得主探索宇宙深层设计之美》

译者简介

柯明宪
清大资工所毕业，现正职为专利工程师。
　译有《神择基因》、《上帝的粒子》、《人种源始》（以上为猫头鹰出版）以及《不存在的人》（圆神出版）等书。

第一部：物质起源
　　问对问题
　　牛顿第零定律
　　爱因斯坦的第二定律
　　对物质来说，重要的是……
　　潜藏的九头蛇
　　万物内含的细碎片段
　　对称性的化身
　　网格（坚守阵地的乙太）
　　计算物质
　　质量起源
　　网格的音乐：两个方程式里的诗篇
　　深远的简单
第二部：微弱的重力
　　重力微弱吗？是，实务上是
　　重力微弱吗？不，理论上不是
　　正确的问题
　　美丽的答案
第三部：美就是真？
　　统一：海妖之歌
　　统一：穿过黑暗玻璃
　　证真
　　统一♥苏西
　　预期一个黄金新时代
尾声

 
    1940年代间，有一套「在世哲学家丛书」（The Library of Living Philosophers），出版一系列论文集，讨论当时在世的大哲学家思想。1949年出了一本《爱因斯坦：哲学家－科学家》（Albert Einstein: Philosopher-Scientist），收录其他大科学家和哲学家评论爱因斯坦思想的文章。爱因斯坦不是物理学（科学）家吗？为什么称他为「哲学家」？如同 philosopher-scientist 这个双联名词显示，爱因斯坦是一位哲学家型的科学家，因为他总是企图去理解世界的基本构造并希望由此揭开世界的真实（reality）。
    由写作《万物皆数》、《物质之轻》这些科普着作，诺贝尔物理奖得主也是量子色动力学的创建者维尔泽克，极力证明自己也是一位哲学家型的科学家，他的野心甚至不止于此，他还想证明自己是一位优秀的科普作家、散文学家。
    打开《物质之轻》，你会读到一大堆看似艰涩的物理名词：质量、原子、强子、夸克、渐近自由、色荷……可是，在我读来，《物质之轻》到处充满哲学（也许是我戴了哲学眼镜在读它），可以说，它的目标、叙述风格、思考方式和行文结构都是哲学的。
    它的目标是哲学的，因为维尔泽克想透过当前已知的物理理论去勾勒出一幅世界如何被构造的图像，他也相信这幅图像是「世界的真实样貌」，这是一个典型的哲学大哉问。它的叙述风格和思考方式是哲学的，因为行文以解释物理概念的深层意义（即形上学意义）为主。维尔泽克以清晰的语言、概念的推演、生动的比喻努力让读者理解那些深奥的物理概念如何告诉我们这世界的真实样貌（并佐以文学的笔法和幽默的口吻）。例如，在解释「为何夸克不能独立存在」时，他写道：
 
夸克的色荷会在网格内（更明确来说，在胶子场内）造成扰动，而这样的扰动会随着距离增长。这就像是一朵奇怪的风暴云，由一缕飘缈的中心长成一大团阴郁的积雨云，对场加以扰动，意思就是把场摆到一个较高能量的状态里。如果你越过无尽空间持续去扰动场，那么耗费的能量就会是无限大。… 所以独立的夸克不能存在。
 
泸去那些比喻的文学调味，这段话是告诉我们：如果想隔离出一个单独的夸克时，必须使用无限大的能量，但这是不可能的，所以大自然无法找到独立存在的夸克。（请注意：这段话也是解释「质量起源」的一部分[1]。）但是，这马上跑出一个有趣的哲学议题：可以说不能单独存在的夸克真实存在吗？
    本书的结构也是哲学的。在第一章，维尔泽克以「感官与世界模型」开场，讨论我们如何从感官接受的大量感觉讯息，透过心灵的思考，以及历史上已有的科学成就，逐步建立各种世界模型，从而揭示出世界的深层构造。这就是标准的哲学思考程序。在讨论物理核心概念如「质量」、「乙太」时，维尔泽克总是回溯这些概念的历史，追踪它们的演变，再讨论它们在当代物理理论中的意义，这样的手法也是典型的哲学手法──虽然内容非常物理。一言以蔽之，本书属于物理学哲学、科学形上学。
    「质量起源」是本书的核心问题，维尔泽克企图统一马克士威的电磁场理论、爱因斯坦的狭义广义相对论、量子力学、量子场论、夸克理论与量子色动力学，建立一个可以回答「质量起源」的世界模型。在这个世界模型中，物质所在的时空并不是空无一物的空间与独立流逝的时间，而是一个不断与物质互动的「时空场」（广义相对论的核心概念），维尔泽克又特别以「网格」（Grid，一个来自电脑科学的术语）来描绘它，因为这个概念捕捉到时空场的各种特征。有趣的是，维尔泽克也把「网格」当成古老的「乙太」的当代新解，所以「网格」后又加了个按语：坚守阵地的乙太。[1]
    维尔泽克的世界模型真是十分细致、精采，也十分深奥。然而，对科学哲学家来説仍有问题：我们怎么证明这幅精心绘制的世界图像真的是世界真实样貌？维尔泽克其实预见了这个问题，他举出证据──在第九章讨论的电脑计算与模拟──证明他的世界图像可以回答「质量起源」，从而支持了整个世界模型。可是，这仍然有个科学哲学问题：电脑模拟真的足以证实一个世界模型（一个巨大的假设）？模拟要根据理论，这不会变成用自己证明自己吗？维尔泽克最后诉诸于他的「美＝真」的理念，这是本书第三部分的内容。[2] 可以这样说：这幅世界图像「完美和谐地统一」了各种理论和经验，它怎么可能不真呢？这个理由能说服您吗？
    我相信这本书不仅对物理、科学学者有益，对科学哲学、物理哲学、形上学有兴趣的学者也应该读它，研究科技与社会的学者，也可以在这本书中看到物理学家究竟是怎么思考的。

註一：从哲学的角度来看，「质量」这个字的英文是 mass，原本是「物质」的意思。后来它被用为表达「质量」──牛顿所说的「物质（质料）的量」（quantity of matter）──牛顿相信，所有物质物体都有自己特定的量。因此，mass其实有双重涵义：一是质量，另一是物质，因此本书的核心问题「质量起源」也有「（一般）物质起源」的涵义。
註二：虽然维尔泽克已经追溯了「乙太」这个概念的一点发展历史，这里仍然值得补充一下。在亚里斯多德的理论中，「乙太」其实是「土、水、气、火」之外的第五元素，是构成固体天球的元素，充塞整个天球之下，而天球就是整个宇宙。在笛卡儿的世界中，「乙太」是一种连续不断的物质，虽然可以被分解成微粒子，但是微粒子和微粒子的空隙之间，仍然充满了乙太物质。
註三：关于这个理念，维尔泽克以《万物皆数》一整本厚书来讨论。

评分☆☆☆☆☆

坦白說，一開始看到《物質之輕：諾貝爾物理學獎得主的質量起源之旅》這個書名，我的第一反應是「哇，這聽起來很學術，但又有點詩意」。質量，這個詞在我們的日常生活中隨處可見，但真正去思考它的「起源」，就顯得有些超然。這本書的重點在於「質量起源」，這讓我對其內容充滿了期待。我想像中，這本書會帶領我們進入一個微觀的世界，去探究那些構成物質最基本單位的粒子，它們是如何獲得質量的。是像許多傳言中提到的，有什麼「場」在裡面起作用？亦或是，質量本身並非如我們所想的那樣，是粒子與生俱來的屬性？我希望這本書能夠用一種相對易懂的方式，來解釋這些可能非常複雜的物理理論，並且是從那些為此做出傑出貢獻的諾貝爾獎得主的視角來呈現。這就像是走進科學家的實驗室，看他們如何一步步地解構問題，最終獲得令人驚嘆的答案。我相信，理解質量的起源，對於理解整個宇宙的運作機制，都將有著極為重要的意義。

评分☆☆☆☆☆

拿到《物質之輕：諾貝爾物理學獎得主的質量起源之旅》這本書，我的第一個感覺是「書名取得真妙」。質量，這個我們每天都在接觸的概念，但「起源」二字，瞬間就將它拔高到了哲學和宇宙論的高度。身為一個對科學有點興趣，但又沒有專業背景的讀者，我一直覺得理解質量的本質是一件很難的事情。它到底是什麼？為什麼有些粒子有質量，有些卻沒有（比如光子）？這本書既然是以諾貝爾獎得主的視角來展開，我對它寄予了厚望。我希望它能帶我進入一個更宏觀、更基礎的視野，去探討質量的來源。是宇宙大爆炸的產物？還是某種更深層次的物理原理所賦予的？我期待作者（透過諾貝爾獎得主們的智慧）能夠用清晰的語言，將這些抽象的概念具象化，讓我們能夠理解那些複雜的理論背後的邏輯和美感。這本書的吸引力，在於它承諾要解開一個關於「物質」最基本屬性的謎團，而這個謎團的解答，將會大大拓展我們對世界的認知。

评分☆☆☆☆☆

翻開《物質之輕：諾貝爾物理學獎得主的質量起源之旅》這本書，腦袋裡的第一個念頭就是：質量，這個看似平凡的概念，竟然可以有如此「深度」的探討空間？我們每天都在與質量打交道，從買菜的重量到開車的慣性，它無處不在，卻又常常被視為理所當然。這本書的書名，特別強調了「起源」二字，這讓我對其內容充滿了好奇。它會不會追溯到宇宙誕生之初，解釋為何物質會擁有質量？還是會聚焦於粒子物理學的最新進展，探討標準模型中的質量產生機制？我非常希望能透過本書，了解那些引領物理學界前進的偉大頭腦，是如何一步步解開質量之謎的。那些艱澀的公式、複雜的實驗，在諾貝爾獎得主的視角下，是否會變得生動有趣？我期待的，不僅是知識的獲取，更是一種探索的樂趣，一種跟隨科學家們的思維，去感受發現的喜悅。畢竟，質量作為物質最基本的屬性之一，理解它的起源，就如同理解了物質世界的基石。

评分☆☆☆☆☆

拿到這本《物質之輕：諾貝爾物理學獎得主的質量起源之旅》，我第一反應就是，這書名取得真有意思。「物質之輕」，聽起來像是一種哲學的感悟，又像是一種詩意的描寫，但旁邊加上「諾貝爾物理學獎得主的質量起源之旅」，就瞬間將這份詩意拉回了科學的嚴謹。身為一個對宇宙萬物運行法則充滿好奇的普通讀者，質量這個概念對我來說，既熟悉又陌生。我們每天都在談論「重量」，但質量究竟是什麼？它又是如何產生的？這本書似乎就是要帶我們深入這個問題的核心，而且是跟著諾貝爾獎得主的腳步。我一直覺得，要理解這些深奧的物理學概念，最好能有權威人士的引導，而諾貝爾獎得主無疑是這個領域的頂尖人物。我期待這本書能用清晰易懂的語言，為我們揭示質量背後那令人驚嘆的科學故事，讓我們不僅是知道「有」質量，更能理解「為什麼」物質會有質量，以及這個過程中牽涉到哪些精妙的理論和實驗。那種感覺，就像是走進一座科學的殿堂，由最睿智的嚮導帶領，一窺宇宙最基礎的奧秘。

评分☆☆☆☆☆

說實話，一開始看到這本書的書名，我腦中閃過的畫面是各種漂浮的、輕盈的粒子，像羽毛一樣在空中飛舞。然而，《物質之輕：諾貝爾物理學獎得主的質量起源之旅》顯然不是要談論這種日常意義上的「輕」。它指涉的，應是物理學中對「質量」這個基本屬性的深刻探討。質量，這個我們從小在課本上就學到的名詞，它到底代表了什麼？是抵抗運動的慣性？還是產生引力的根源？這本書如果能從最基本、最核心的概念出發，一步步剖析質量的起源，那將是一場極具啟發性的閱讀體驗。我尤其期待，作者（或者說透過諾貝爾獎得主的視角）如何去解釋我們為何會擁有質量。是什麼機制賦予了基本粒子質量？其中會不會牽扯到我們常聽到的希格斯粒子，以及它與標準模型之間的關聯？我希望能透過這本書，不僅是複習過去學到的物理知識，更能對這些概念有更深層次的理解，甚至是被引領到一些全新的、更前沿的思考領域。這本書的潛力，在於它能否將抽象的物理概念，轉化為讓普通讀者都能感受到其震撼與美麗的知識。