超弦理論:萬物都是由「弦」所構成  觀念伽利略8

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具体描述

  繼相對論和量子論後,
  物理學家還是想找出一種理論,可以解釋這世界的所有現象,
  目前最有希望的候選理論就是--「超弦理論」。

  據目前所知,將物質不斷分割,最後會得到非常小的「基本粒子」。但這些基本粒子到底長什麼樣子,目前還不得而知。於是,超弦理論便認為基本粒子都是由極小的「弦」所構成。也就是說,這世界的所有萬物,都是由「弦」所集結而成。超弦理論更大膽預測我們所居住的世界不只有3維空間,而是由9個維度所構成,簡直就像是科幻小說才會出現的情節一樣!

  透過「觀念伽利略」簡明扼要又有趣的講解,
  國中以上的讀者可以輕鬆認識這個最尖端的物理學理論!

系列特色

  1. 日本牛頓出版社獨家授權。
  2. 以手繪插圖、四格漫畫與專欄小故事,兼顧圖解與訊息量。
  3. 清楚解釋基本觀念,搭配「人人伽利略」、「少年伽利略」系列,提升學習效果。

 
宇宙的未竟之歌:探寻时空、物质与意识的深层结构 一部旨在挑战我们对现实认知边界的跨学科思想之旅 本书并非聚焦于当代物理学的特定分支,而是将目光投向更宏大、更具哲学思辨性的领域:探究宇宙终极实在的本质,并尝试构建一个能够统一宏观引力与微观量子世界的全新认知框架。我们不预设任何既有的理论模型为终极答案,而是以一种批判性、探索性的视角,审视那些试图解释“万有理论”的尝试,以及这些尝试对人类世界观产生的深远影响。 第一部分:实在的破碎与重构——从牛顿的钟表到爱因斯坦的织物 我们从人类历史上对“实在”的理解的重大转折点开始。经典物理学,以牛顿的机械宇宙观为代表,将宇宙描绘成一个精确、可预测的时空容器。然而,十九世纪末的实验和理论困境,如黑体辐射和光电效应,预示着这幅图景的局限性。 接着,我们深入分析狭义与广义相对论带来的范式革命。爱因斯坦如何将时空从牛顿的绝对背景,转变为一个动态的、可弯曲的“织物”?我们将详细探讨引力如何成为时空几何的体现,以及这种几何观如何成功描述了行星运动、水星近日点的反常进动,乃至黑洞的预言。但我们也必须正视其局限性:当处理极小尺度,如原子核内部或宇宙大爆炸的奇点时,广义相对论的方程如何走向崩溃,发出需要新物理学的呼喊。 第二部分:量子的幽灵与不确定性之舞 本书的第二篇章将转入微观世界的奇异领域。量子力学,这一二十世纪最伟大的科学成就之一,以其深刻的概率性、波粒二象性以及薛定谔方程的优雅,彻底颠覆了我们对确定性的信念。我们将回顾普朗克、玻尔、海森堡等先驱的贡献,重点解析哥本哈根诠释的核心概念:波函数的坍缩、测不准原理,以及爱因斯坦深感不安的“幽灵般的超距作用”(量子纠缠)。 这里,我们不满足于仅仅描述量子现象,而是深入剖析其哲学含义。测量问题——观察者如何介入物理实在的形成过程?贝尔不等式的实验验证,如何从根本上否定了“定域实在论”的可能性?我们将在不引入任何特定“弦”模型的前提下,探讨这些量子悖论如何推动物理学家寻求更深层的、能调和所有力的统一基础。 第三部分:信息、复杂度与涌现的宇宙 在超越了宏观时空几何和微观粒子对立之后,本书转向一个更具跨学科性质的探索方向:信息与复杂性在构建宇宙中所扮演的角色。我们不再将物质视为基本单元,而是开始审视结构、关系和信息流本身的重要性。 我们将探讨热力学第二定律与宇宙演化之间的内在联系。熵,作为无序的度量,如何驱动着从星系形成到生命演化的所有过程?复杂性理论如何解释生命、意识等“涌现现象”,它们是否仅仅是底层物理定律的复杂组合,还是说信息组织本身具有某种独立的物理效力? 此部分还将引入关于“时空起源”的替代性思考。如果时空并非一个基础实体,而是由更基础的、非时空性的关系(如信息比特或量子纠缠的图结构)所“编织”而成,那么宇宙的演化是否可以被理解为信息处理和模式识别的过程?我们将考察一些前沿的数学框架,这些框架试图将几何结构还原为离散的、相互作用的单元,以期找到超越传统场论的新途径。 第四部分:统一的渴望与哲学的疆界 最后,本书回归到物理学和哲学的交汇点——“万有理论”的持久吸引力。我们回顾历史上所有试图统一电磁力、弱核力、强核力与引力的努力,包括早期规范场论的尝试,它们如何揭示了对称性在物理定律中的核心地位。 然而,我们着重探讨的是,当前物理学的几种主要探索方向(如圈量子引力、新兴的因果集理论等)所关注的核心哲学假设。这些理论如何处理时间的方向性?它们如何定义“基本粒子”的真正含义?我们探讨,一个真正的“万有理论”不仅需要数学上的完备性,更需要能在概念上解决宏观与微观、决定论与概率论之间的深层鸿沟。 最终,本书以一个开放性的问题作结:知识的边界在哪里?当我们试图用越来越抽象的数学语言描述实在时,我们是在逼近终极真相,还是仅仅在构建一个越来越精巧的、但与我们直观经验渐行渐远的“观念迷宫”?这本书旨在激发读者对宇宙终极奥秘的敬畏,并鼓励他们以一种更开放、更具批判性的眼光,审视我们关于存在和现实的全部认知体系。 (全书无任何关于特定“弦理论”的细节描述,专注于构建一个广阔的、跨越多个物理学和哲学领域的认知框架。)

著者信息

图书目录

1. 萬物都是由「弦」所構成!
超弦理論主張「一切東西都是由弦所構成」……………10
把物質不斷放大,會出現「基本粒子」……………12
已經發現的基本粒子有17種……………14
基本粒子的本體是「弦」!?……………16
弦的振動樣式不同,使基本粒子產生差異……………18
專欄 傳達力的基本粒子是什麼?……………20
專欄 為什麼日本把不工作的男人叫做「繩子」?……………22

2.探究弦的真面目!
弦的長度為10-34公尺……………26
弦可拆分或結合……………28
弦若拆分,會變成兩個基本粒子……………30
可能有開弦和閉弦兩種狀態……………32
專欄 繩結之王「稱人結」……………34
弦每秒振動1042次!……………36
弦被相當於1036公噸的力拉張著!……………38
開弦和閉弦的振動方式不一樣……………40
振動越劇烈的弦會成為越重的基本粒子……………42
傳達重力的閉弦還沒有被發現……………44
專欄 蜘蛛絲的強度為鋼鐵的5倍……………46
超弦理論的誕生① 如果基本粒子是個點,會有矛盾……………48
超弦理論的誕生② 無法計算重力……………50
超弦理論的誕生③ 超弦理論的原型問世……………52
超弦理論的誕生④ 「第一次超弦理論革命」來臨……………54
超弦理論的誕生⑤ 「第二次超弦理論革命」來臨……………56
超弦理論的「超」是源自「超對稱粒子」……………58
4格漫畫 朝永振一郎以重整化理論獲頒諾貝爾獎……………60
4格漫畫 未出席諾貝爾獎頒獎典禮……………61

3. 超弦理論預測的9 維空間
我們生活在3 維空間……………64
弦在9 維空間振動!……………66
以2 維度描繪9 維度的弦……………68
超過3 個維度的維度被「緊緻化」①……………70
超過3 個維度的維度被「緊緻化」②……………72
「卡拉比-丘空間」描繪出隱藏的6 維空間形態……………74
專欄 巨縱溝紐蟲是世界最長的生物!?……………76
弦似乎黏結在一種「薄膜」上……………78
我們或許生活在膜中……………80
超弦理論預測宇宙有10500種!……………82
重力或許可以移動到平行宇宙的膜上……………84
大霹靂是因為膜的碰撞而發生!?……………86
專欄 長達100億光年以上的「宇宙弦」……………88
專欄 剛誕生的宇宙是幾個維度?……………90
4格漫畫 景仰湯川秀樹的南部陽一郎……………92
4格漫畫 預言家……………93

4. 超弦理論與終極理論
物理學家想探究「終極理論」……………96
重力阻撓終極理論的完成……………98
重力的本體是扭曲的空間……………100
微觀世界中的一切都在變動……………102
利用超弦理論完成力的統一……………104
專欄 納豆牽出來的絲是什麼東西?……………106
宇宙從點肇始……………108
或許能夠利用超弦理論計算宇宙的開端……………110
闡明謎樣物質「暗物質」的本體……………112
專欄 魚乾為什麼好吃?……………114
找出重的基本粒子!……………116
撞擊粒子而製造出新的基本粒子!……………118
人造黑洞將成為高維度空間的證據……………120
剛誕生的宇宙充滿黏稠的液體……………122
4格漫畫 超弦理論之父史瓦茲……………124
4格漫畫 提倡M理論的維騰……………125

图书序言

  • ISBN:9789864612956
  • 叢書系列:觀念伽利略科學叢書
  • 規格:平裝 / 128頁 / 14.8 x 21 x 1 cm / 普通級 / 雙色印刷 / 初版
  • 出版地:台灣

图书试读

用户评价

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這本《超弦理論:萬物都是由「弦」所構成 觀念伽利略8》光是書名就夠讓人腦洞大開了!最近迷上這類探討宇宙終極奧祕的科普書,感覺腦袋瓜子都被打開了。書裡對於物理學概念的闡述,我個人覺得非常「有感」。不像有些硬核的理論書籍,讀起來像是啃石頭,這本在處理那些高維度空間、振動的粒子這些抽象概念時,作者似乎很擅長用生活化的比喻來解釋,讓像我這種對高階數學望之卻步的讀者,也能勉強抓到一點邊。特別是關於「弦」如何構成一切物質的想像,那種萬物互聯的畫面感,真的很有衝擊力。我讀完之後,走在路上看著眼前的一草一木,都會忍不住想:咦?這是不是某種特定的「弦」在不同頻率上振動的結果啊?這種哲學層次的思考,才是這本書最吸引我的地方。它不只是在教你知識,更是在啟發你用全新的視角去看待這個我們習以為常的世界,感覺自己好像偷窺到了宇宙深處的秘密藍圖一樣,非常過癮。雖然有些部分還是需要反覆讀幾次才能真正消化,但整體來說,對於想入門現代物理學又怕被複雜公式嚇跑的朋友,這本絕對是個親切又引人入勝的選擇。它成功地將「尖端科學」和「大眾普及」這兩個看似難以共存的目標,達成了絕佳的平衡點。

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唉,這本《超弦理論:萬物都是由「弦」所構成 觀念伽利略8》,坦白說,我的感受是五味雜陳。一方面,作者試圖打破傳統物理學的框架,用一種極具想像力的語彙來描繪現實的底層結構,這種勇氣值得肯定。但另一方面,當我試圖將這些美妙的理論與我過去所學的基礎物理知識串聯起來時,中間的鴻溝似乎比我想像中還要巨大。書中對於「額外維度」的描述,雖然文字很華麗,但總覺得缺乏一些更紮實、更直觀的輔助圖解或類比,讓我時常在腦中構建不出一個穩固的圖像。我理解,畢竟這是極度前沿的學科,但對於一個渴望建立完整知識體系的讀者來說,這種跳躍感還是有點令人焦慮。它給了我很多「啟發」,卻沒有給我太多「確定性」。或許這就是超弦理論的本質吧?它更像是一種對未來的預言或數學上的優雅結構,而非已被證實的物理定律。總之,這本書適合那些享受思辨樂趣、不介意自己可能會感到「迷失」一下的讀者。它像是一場華麗的智力探險,但記得帶上你的指南針,因為路標可能不太清楚。

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這本《超弦理論:萬物都是由「弦」所構成 觀念伽利略8》讀起來,最明顯的感受就是「宏大感」。它挑戰的不是一棟房子的結構,而是整個宇宙的基石。對於習慣於傳統歐氏幾何和牛頓力學思維的讀者來說,這本書的衝擊力是革命性的。我特別欣賞作者在闡述理論時,那種非常克制的幽默感,偶爾的自嘲或是對理論局限性的坦誠,讓冰冷的科學多了幾分人味。不過,我必須指出,對於完全沒有物理背景的讀者,這本書的閱讀曲線會呈現一個陡峭的上坡,特別是當談到玻色子和費米子的區分,以及它們與弦振動模式的關聯時,如果讀者跳過任何一個小節,後面可能就會開始「霧裡看花」。這本書的結構設計,更像是為那些已經對基礎粒子物理有一定了解,但渴望知道「下一步是什麼」的進階愛好者準備的。它提供了深入探索的階梯,但讀者必須自己做好攀爬的準備。總結來說,它是一本充滿雄心壯志的作品,成功地將人類最複雜的理論,包裝在相對易讀的文字中,是科普書架上一個非常值得珍藏的位置,前提是,你願意讓你的思維空間被無限延伸。

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讀完這本《超弦理論:萬物都是由「弦」所構成 觀念伽利略8》,我必須承認,這本書的行文風格非常獨特,帶著一種古典哲學思辨的氣味,卻又包裹著最現代的物理學外衣。這不是那種冷冰冰的教科書,它更像是一位博學多聞的朋友,在你面前攤開一張宏大的宇宙畫卷,然後用充滿熱情的語氣跟你解釋,你看,連你手上這杯咖啡,其本質都可能是一條顫動的微小絲線!最讓我驚豔的是它對歷史脈絡的梳理。它並沒有一開始就拋出艱澀的理論,而是從歷史上人類認識物質的演變過程談起,從原子到夸克,再到弦,這種漸進式的引導,讓讀者很有安全感。它巧妙地將物理學的發展史融入了理論的介紹中,使得超弦理論的出現顯得不那麼突兀,而是人類認知不斷深化的一種必然結果。然而,這種風格也帶來了另一個小小的挑戰:書中某些段落的敘事性太強,有時候會讓我忘記我正在讀的是物理學,還以為我在看什麼科幻小說的設定集。但總體而言,它成功地將「科學的嚴謹性」與「故事的吸引力」融合得相當到位,對於想從人文角度切入物理學的讀者來說,這本書的價值是無法替代的。

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說老實話,這本《超弦理論:萬物都是由「弦」所構成 觀念伽利略8》的出版,對我這種長期關注科普圈動態的人來說,簡直就是一個及時雨。最近幾年,關於量子力學和相對論的矛盾似乎總是一個繞不開的話題,而超弦理論(或者M理論)一直被視為最有希望整合兩者的框架。這本書的優勢在於,它沒有過度簡化,但同時也沒讓讀者陷在無窮無盡的數學推導裡。它著重於「概念的結構」,也就是告訴你,為了讓這些理論在數學上自洽,我們必須接受怎樣的世界觀。書中對於「對稱性」的強調,尤其讓我印象深刻,彷彿宇宙的一切美感都建立在某種隱藏的對稱結構之上。這種由美學出發去探尋物理真相的論述方式,非常符合台灣讀者近年來對知識追求的「深度與美感兼具」的偏好。雖然我還不能完全掌握書中所有關於「捲曲的額外維度」的細節,但它成功地在我心中種下了一個強烈的信念:我們所感知的現實,只是冰山一角。這本書的價值,不在於提供標準答案,而在於它提出了一個極為宏大且迷人的問題集,讓人不得不去深思。

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