物理世界的数学奇迹 - (EPUB全文下载)

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版权信息
书名:物理世界的数学奇迹
作者:[英]格雷厄姆·法梅洛
译者:王乔琦
ISBN:9787521719246
彩插
牛顿《自然哲学的数学原理》一书封面。注意出版许可处的署名是因其日记而广为人知的作家萨缪尔·佩皮斯（Samuel Pepys），他在1686年7月5日以英国皇家学会会长的身份批准了《原理》一书的出版
皮埃尔-西蒙·拉普拉斯，有人称其为“法国牛顿”。这幅肖像画是索菲·费托在1842年绘制的，当时拉普拉斯已经过世（图片来源：Getty）
詹姆斯·克拉克·麦克斯韦、他的妻子凯瑟琳和他们的爱犬托比，照片摄于1869年前后（图片来源：Getty）
伟大的德国数学家赫尔曼·外尔，他对理论物理学做出了数项相当重要的贡献，尤其是开创了规范理论［图片来源：彼得·罗凯特博士（Dr.Peter Roquette）］
睿智的德国数学家埃米·诺特，她发现的诺特定理将描述物质的抽象数学理论所具有的某些对称性同实验学家可以检验的守恒物理量联系了起来
1933年，普林斯顿法恩楼外的阿尔伯特·爱因斯坦。几个月后，他在牛津发表了著名的斯宾塞演讲。照片中，爱因斯坦正与美国数学家卢瑟·艾森哈特（Luther Eisenhart）和奥地利数学家瓦尔特·迈尔（Walther Mayer）闲谈。迈尔有时也被称作“爱因斯坦的计算器”（图片来源：Getty）
默瑟街112号，爱因斯坦在普林斯顿的住所，图中展示的是书房区域。值得注意的是，墙上的相框画中有一幅是迈克尔·法拉第（左），还有一幅是詹姆斯·克拉克·麦克斯韦（右），两人都是场论的先驱。而中间这幅画则是爱因斯坦好友约瑟夫·沙尔（JosefScharl）的作品（图片来源：普林斯顿高等研究院）
普林斯顿高等研究院的富尔德楼，于1939年正式开放。自高等研究院于1933年建立以来，有许多探索过物理学与数学关系的思想家在该机构任教、工作或访问过
出生于英国的数学家和物理学家弗里曼·戴森，是量子电动力学的先驱之一，对数学与物理学间的关系有相当深刻的见解，照片摄于1955年前后（图片来源：普林斯顿高等研究院）
20世纪最伟大的几何学家之一迈克尔·阿蒂亚。20世纪70年代中期，用阿蒂亚自己的话说，他成了一名“准物理学家”，并且对基础物理学规范理论做出了重要贡献（图片来源：剑桥大学三一学院）
1957年，普林斯顿高等研究院一间办公室内的杨振宁（左）和李政道。一年前，实验学家证明了他们“弱相互作用会破坏左右对称性”的预言（图片来源：普林斯顿高等研究院）
1968年夏天，在法国安纳西湖畔小憩的加布里埃尔·韦内齐亚诺。此前不久，他首次写下了一个后来被视为弦论雏形的公式
1981年，在西西里埃里切的一期暑期活动上，当时30岁的爱德华·威滕与79岁的保罗·狄拉克正在谈话
1984年夏天，迈克尔·格林（左）和约翰·施瓦茨在科罗拉多阿斯彭郊外远足。他们当时撰写的论文很快就掀起了弦论的复兴
萨沙·波利亚科夫，出生于苏联的理论物理学家，量子场论先驱
赫拉德·特霍夫特，荷兰理论物理学家，量子场理论先驱
胡安·马尔达塞纳，照片摄于1998年。他于拍摄照片的几个月前发现了对偶性：若两个理论虽然形式上差异很大，但本质上等效，那它们就具有对偶性
2012年7月4日，普林斯顿拂晓时分，数十位物理学家聚集在普林斯顿高等研究院布隆伯格楼大厅内，庆祝欧洲核子研究组织发现（于大约1小时前宣布）疑似（事实证明的确是）大家追寻已久的新粒子——希格斯玻色子。照片中，基娅拉·纳皮（Chiara Nappi，最左）、爱德华·威滕（左二）、尼马·阿尔卡尼-哈米德（左三）和罗伯特·戴克格拉夫（右二）正欣赏着玛丽莱纳·洛韦尔德（Marilena Loverde，最右）和她的朋友劳拉·纽伯格（Laura Newburgh）制作的欧洲核子研究组织阿特拉斯（ATLAS）探测器模型
尼马·阿尔卡尼-哈米德（左）和纳蒂·塞贝格，摄于普林斯顿高等研究院，2016年
2018年5月，韦内齐亚诺公式诞生50周年庆典大会晚宴。这场晚宴的举办地是托斯卡纳郊外名为“费迪南达”的美第奇别墅，但大会的大多数活动都在韦内齐亚诺的出生地佛罗伦萨举办
题记
献给克莱尔、西蒙和亚当
形态与数字体现了世界的和谐，
数学之美则展示了自然哲学的灵魂与诗意。
——达西·汤普森（D’Arcy Thompson），
《生长和形态》（On Growth and Form，1917）
前言 倾听宇宙的声音
古人曾梦想通过纯粹的思考掌握现实的本质，我觉得这完全正确。
——阿尔伯特·爱因斯坦，《论理论物理学的方法》，1933
“爱因斯坦是个彻头彻尾的疯子。”年轻、高傲的罗伯特·奥本海默于1935年年初造访当时身处普林斯顿的爱因斯坦后，对这位全世界最著名的科学家做出了此番描述。当时，爱因斯坦已经为建立一个雄心勃勃的新理论努力了10年，而这在奥本海默等人看来，只能说明这位普林斯顿的圣人已经误入歧途。爱因斯坦几乎无视了量子理论在最小尺度上解释物质性质的物理学新进展，而是专心致志地寻找一种宏大的新理论。这个理论的目的并不是解释令人困惑的实验发现，它其实是一种智力上的探索——爱因斯坦试图仅通过数学计算，凭自己的想象就开发出一种理论。虽然这种方法在他的同行中并不流行，但在他开了先河之后，他的一些知名后辈如今已成功将之应用在前沿研究中。
奥本海默和当时的许多其他物理学家都觉得爱因斯坦的数学方法注定会失败。这也难怪：毕竟，他的方法似乎违背了过去250年来科学研究始终遵循的一条原则——做自然研究应该避免柏拉图等思想家曾坚信的纯思维的方式。当时，大多数人的看法是：物理学家应该通过在现实世界中所做的观测和实验得到的结果，验证他们关于宇宙的理论。这样一来，理论学家就可以避免自欺欺人地夸大自己对自然的认识。
爱因斯坦当然知道自己在干什么。从20世纪20年代初开始，他就经常提到：经验告诉他，为达到他的主要目标（也就是发现大自然的基础定律），数学策略是最有希望取得进展的方法。他在1925年对年轻的学生埃丝特·萨拉曼（Esther Sa ............

书籍插图：

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