李·斯莫林讲量子引力 - (EPUB全文下载)

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本书纸版由电子科技大学出版社于2021年12月出版
作者授权湛庐文化（Cheers Publishing）作中国大陆（地区）电子版发行（限简体中文）
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书名：李·斯莫林讲量子引力
著者：李·斯莫林
电子书定价：80.99元
Three Roads to Quantum Gravity by Lee Smolin.
Copyright © 2017 by Lee Smolin.
Published by Basic Books，A Member of the Perseus
Books Group.
All rights reserved.
测一测
你对量子引力了解多少？
·　李·斯莫林参与创立了圈量子引力理论，这是构建量子引力理论最接近成功的一条道路。这种说法对吗？（　　）
A．对
B．错
·　“什么是空间和时间”是物理学中最简单也最难回答的一个问题。这种说法对吗？（　　）
A．对
B．错
·　量子引力理论是人类尝试构建“万物理论”的一个重要尝试。这种说法对吗？（　　）
A．对
B．错
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前言
什么是时间和空间
这本书要讨论的问题是物理学所有问题中最简单的一个：“什么是时间和空间？”然而，这个问题也是最难回答的问题之一。科学的进步可以用理论的革新来衡量，因为革新总会产生新的理论解释。我们现在就正处于这样一场革新之中，若干关于空间和时间的新思考、新观念已经涌现出来。借此，希望这本书能成为这个领域的最前沿报道。我写这本书的目的就是希望能用通俗易懂的语言来传递这些新观念，使任何有兴趣的读者都能了解这些令人激动的科学新发展。
我们很难去思考空间和时间，因为它们是所有人类经历的背景。事物总会在某处，事情也都发生在某一时间点上。因此，正如一个人可以不质疑本国文化而在其规则中生活，我们也可以在不了解时间和空间的本质的情况下正常存在。但在每个人的一生中，总会有一个瞬间想到关于时间的问题：时间会永远继续下去吗？有没有最初的瞬间？会有最后一刻吗？如果有最初的瞬间，那么宇宙是如何形成的呢？在那之前又发生了什么？如果没有最初的瞬间，这是否意味着所有的事情以前都发生过？空间也是一样：它是无边无际的吗？如果空间有尽头，那么尽头的另一端又有什么呢？如果没有尽头，我们能数得清宇宙中的所有物体吗？
我相信人类自诞生以来，就一直在思考这些问题。如果数万年前那些在洞穴里作画的古人，在晚餐后围坐在篝火旁时，没有互相讨论这些问题的话，那我倒会感到惊讶。
在过去100多年的时间里，人们已经知道物质是由原子构成的，而原子又是由电子、质子和中子构成的。这给我们上了重要的一课——人类的感知能力尽管有时令人惊异，但大多数时间却相当粗糙，以至于无法直接看到大自然的构成要素。人们总是需要新的工具才能看到最微小的东西。显微镜让我们看到构成人类和其他生物的细胞，但是要想看到原子，还需要放大1 000倍。现在，电子显微镜可以做到这一点了。并且，借助其他工具，如粒子加速器，我们还可以看到原子核，甚至是构成质子和中子的夸克。
所有这些发现都如此神奇，也使我们提出了更多的问题：电子和夸克是构成物质的最小单位吗？或者它们本身也是由更小的实体组成的？人们继续探索的时候，是否总能找到更小的东西，或者是否存在最小的单元？我们可能会以同样的方式探索空间：空间似乎是连续不断的，但这是真的吗？一定体积的空间能被划分成任意多个部分吗？或者存在一个最小的空间单位吗？有最小的距离吗？同样，我们也想知道，时间是无限可分的吗？有最小的时间单位吗？存在一个最简单的事件吗？
直到大约100年前，这些问题才有了一套公认的答案，这也构成了牛顿物理学的理论基础。直到20世纪初人们才认识到，这个体系虽然对科学和工程学的许多发展有很大的推动作用，但在回答关于空间和时间的基本问题时，却是完全错误的。随着牛顿物理学被推翻，这些问题终于有了新的答案。这些答案来自新的理论，主要是爱因斯坦的相对论（theory of relativity），以及尼尔斯·玻尔（Niels Bohr）、沃纳·海森堡（Werner Heisenberg）、埃尔温·薛定谔（Erwin Schrödinger）等人提出的量子理论（quantum theory）。但这仅仅是这场革新的起点，因为这两个理论都还不够完善，不足以作为物理学的新基础。虽然这两个理论都非常有用，能够解释许多事情，但每一个都是有限且不完善的。
量子理论的提出是为了解释为什么原子是稳定的，它并没有像牛顿物理学一样在描述原子结构时土崩瓦解。量子理论也解释了许多物质和辐射的性质。量子理论与牛顿理论适用的范围不同，虽然不是唯一的，但量子理论主要适用于分子及更小的单位尺度。相比之下，广义相对论（general relativity）是一个关于空间、时间和宇宙的理论。与牛顿理论相比，广义相对论适用于更大的尺度，所以许多证实广义相对论的观测都来自天文学。然而，当广义相对论遇到原子和分子的行为时，它似乎就失效了。同样，量子理论似乎与爱因斯坦的广义相对论对空间和时间的描述不相容。因此，人们不能简单地将这两者结合起来，构建一个理论来同时解释原子和太阳系，再到整个宇宙。
要解释为什么很难将相对论和量子理论结合起来并不困难。任何物理理论都不仅仅是一种关于世界上存在着什么粒子和力的记载。当我们环顾四周，开始描述所看到的东西之前，必须对自己做的科学研究做出一些假设。人们都会做梦，大多数人在醒着的时候，可以毫不费力地将梦与自身的真实经历区分开来。人们都会讲故事，大多数人也都坚信事实和虚构之间是有区别的。因此，基于梦、故事与现实之间的不同关系的假设，我们会以不同的方式谈论它们。这些假设可能因人而异，因文化而异，而且会被各类艺术家作为主题修改。但是无论有意或无意，如果它们没有被阐明，就可能会导致混乱和迷茫。所以，先阐明这些假设非常重要。
同样，不同物理理论对其所观测到的现象和事实所做的基本假设也 ............

书籍插图：

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