描述
开 本: 16开纸 张: 胶版纸包 装: 平装-胶订是否套装: 否国际标准书号ISBN: 9787535799593
l 我们的宇宙是一件天工神作的艺术品吗？
一部颠覆你的宇宙观，带你从蚂蚁视角上升到上帝视角的杰作！
从精神到物质，从微观世界到宏观世界，一部*美的宇宙之书！
l 跟随少年即英俊的物理学大师，踏上人类2500年探索美的征途，
从音乐、色彩到当今物理学*前沿的基本概念，且看一位世界*级的思想家如何思想，如何把美当作工具和指南去提出正确的问题并寻找正确的答案。
l 中文版由世界著名华裔物理学家、诺贝尔奖桂冠获得者李政道亲定书名并作序推荐！
自然杂志、今日物理、华尔街日报书评推荐
布莱恩•格林、迈克斯•泰格马克、劳伦斯•克劳斯重磅推荐
l 献给所有对“宇宙万物为什么会演变成今天的样子” 这个既物理又哲学的问题感兴趣的人，阅读过程不止感到行文优美更是知识饱足！
我们的宇宙是一件天工神作的艺术品吗？
为了探究这一问题，诺贝尔奖获得者维尔切克带领读者踏上了人类2500年探索美的征途，沿途让我们领略了物理、艺术和哲学的锦绣风光。作者从毕达哥拉斯的万物皆数开始，历数人类在认识自然过程中所产生的美丽思考：从开普勒的行星模型，到牛顿的力学，再到麦克斯韦的电磁方程、爱因斯坦的相对论和原子运动的量子美。他指出，有些思考即使是错的，但其中蕴含的美仍然会具有强大的生命力。比如，毕达哥拉斯万物皆数的观点从现代科学角度看显然不正确，但将整数和物理现象联系起来这个想法却生存下来，在现代量子力学中得到了完美体现。
本书通过量子论和标准模型具体呈现了科学之美，建立在对称性上的标准模型昭示着基础物理已经非常接近毕达哥拉斯和柏拉图的圣殿：物理现实和数学理想之间的完美对应。作者也指出了它的缺陷，从而将读者引向更激动人心的暗物质和暗能量。
李政道推荐序
致中国读者
读者指南
向天发问
毕达哥拉斯之一 隐其形而遁其魄
毕达哥拉斯之二 数字与和谐
柏拉图之一 对称中的结构——柏拉图多面体
柏拉图之二 逃离洞穴
牛顿之一 条理和无理
牛顿之二 色彩
牛顿之三 动态美
麦克斯韦之一 上帝的美学
麦克斯韦之二 众妙之门
对称序曲
量子之美Ⅰ 天体乐章
对称性Ⅰ爱因斯坦两部曲
量子之美Ⅱ 繁茂丰沛
对称性Ⅱ局域色彩
量子之美Ⅲ自然核心的美
对称Ⅲ 埃米·诺特——时间、能量和理智
量子之美Ⅳ 唯笃信大美
答案美妙乎？
致谢
大事记
造物主的术语表
尾注
图片来源
索引
译后记
致中国读者
每个人都应该对现代科学感兴趣。
充满好奇心的年轻人，即使立志于深度学习，也应该先试试水让自己和科学想法成为好友，然后再慢慢深入细节。阿尔伯特·爱因斯坦在孩提时代读过阿龙·伯恩斯坦（Aron
Bernstein）的《大众自然科学》（People’s
Book on Natural Science），他晚年时曾描述这对他的成长是如何重要。
现代科学中充满了应用广泛、出人意料和神奇美丽的想法。任何人，从孩子到退休老人，从艺术家到工人，都能通过了解和思考这些想法来丰富自己的生活和扩展自己的思想。你不一定要掌握复杂的数学计算，或学习操作复杂的仪器，你依然能受益匪浅。
即使不知道所有的细节，你仍然能理解更能享受很多科学知识。现代科学之父，伊萨克·牛顿深谙此道，留下了下面这段美丽的文字：
我不知道世界是怎样看我的。但对我自己来说，我只是海边玩耍的一个男孩，时不时会发现一枚更光滑或更漂亮的贝壳，对面前那浩瀚的真理的海洋我完全是无知的。
牛顿说的这种在探索和玩耍中获得的喜悦是我们每个人在孩提时代都经历和体会过的。进一步培养和发掘这种喜悦，我们便能丰富对世界的了解、升华自己人生、让欢乐和自己常伴。我们会因此在精神上永远年轻。
II
作为一个例子，让我们看一下，关于颜色现代科学告诉了我们什么。
对于大多数人， 颜色会让他体验到的世界变得生动而绚丽。当人们化妆、挑选衣服、驻足于艺术品前时，他们是在欣赏颜色是如何让世界变得更加美丽的。不用绞尽脑汁地思考，你就可以欣赏颜色并获得快乐。
但是如果我们有好奇心，不想浮游一生，我们便会开始问问题。颜色究竟是什么？它仅仅是自然随意赐予世界的一种美妙的装饰？还是背后有更精彩的故事？
对于这样的基本问题，现代科学的答案常常出人意料。
我们发现我们其实生活在一种类似液体的媒介里，它弥漫在整个空间里被叫做电磁场。我们通常认为空间是“虚无”
的，但现代物理发现空间是一种充满了各种奇妙成分的内容丰富的液体。我们就像鱼儿一样，生活在一个永远逃避不了，同时早已习惯了的海洋里。
科学进一步发现：原来，光是这种液体里一种会传播的振动。
我们都知道，声音是空气中传播的振动。太妙了，光和声音居然如此相似，这不是那种诗歌中模糊的相似，而是深刻的物理实质上的相似。
关于光科学有更多的发现。我们发现彩虹就像一个特殊的钢琴键盘，每个键上都清晰地标注了对应的音符，只是对于彩虹，每个键对应一种颜色。这种诗一般的类比其实是建立在众多事实和实验上的。你理解的事实越多，你就越能欣赏这类诗歌的美妙。
科学有更深入的发展，它告诉我们，原子其实也是一件件乐器。虽然它们发出的不是声音而是光，但它们工作的原理和我们制作的比它们大很多的乐器是一样的。
另外，还有很多我们眼睛看不到的颜色。无线电波、微波、红外光和紫外光、X射线和伽马射线和可见光一样是电磁场的波动。我们的眼睛虽然看不到它们，但是我们通过思维发现了它们的存在。我们现在可以用各种接收器、发射器来探测、控制、甚至产生它们。
尽管我多年前已经熟悉这些光、颜色、和声音的科学事实，可是我每次后静下来重温这些知识的时候，我还是赞叹不已，就像刚刚学到一样。我们生活的世界太妙了！现实的深层结构常常是神奇和隐秘的。当你一步一步深入理解它，你才会发现日常经历的世界是一个迷人的宫殿。
III
结束前让我再引一段我喜爱的伊萨克·牛顿的话：
一个人甚至一代人要理解整个自然都太难了。最好先确切地解决一些问题，然后把其他的问题留给后人。最忌试图通过建立一堆假设来一下子理解所有的问题。
理查德·费曼，一个伟大的现代物理学家，说过类似的话
我玩的游戏非常有趣。它就是想象，一种穿着紧身衣的想象。
前面我一直在强调科学是如何揭示有趣的相似，解放我们的思维。但是这些相似之所以令人信服，这些思维解放而不疯狂，是因为牛顿和费曼在上面引言中表达的谦虚和自律。这是一个只有一条规则的游戏，这条规则是严格的：大自然是最后的裁判。
弗兰克·维尔切克
正文试读：
对称性Ⅰ：爱因斯坦的两部曲
阿尔伯特·爱因斯坦（1879 – 1955）用他的两个相对论——狭义相对论和广义相对论
——类思考大自然基本原理的思维模式另辟出一条路径。爱因斯坦心中的大美蕴含于对称的具体形式里而且自成一体。美变成了创造的原则。
神话般虚构的经历
爱因斯坦说到自己的科学研究方法时，他的话听上去具有明显的“前科学”意味，感觉他似乎回到自己十分赞美的古希腊时代：
真正让我感兴趣的是上帝在创世的时候有没有别的方案可选。
爱因斯坦认为，上帝
——其称为创世的神工巧匠 – 可能别无选择。牛顿和麦克斯韦九泉之下会对此非常震惊。但是它和毕达哥拉斯普世和谐以及柏拉图永恒理想的概念契合得天衣无缝。
如果这位大工匠别无选择：他为什么不能选择？他被什么束缚了手脚呢？
有一种可能：这位大工匠内心里就是个艺术家。约束来自对美的渴望。我情愿（也确实）认为，爱因斯坦曾沿着我们问题的思路思考过
——间万物是否是各种妙想的附体？ ——充满信心地回答说：“对，就是。”
美是一个很模糊的概念，其实“力”和“能量”等概念最初也很模糊。科学家通过与自然对话，学习着让“力”和“能量”的概念不断完善，力求这些概念尽量符合世界实相的重要方面。
同样，通过研究这位大工匠的作品，我们也可以逐步完善“对称”的概念，进而最终完善“美”的概念
——些概念反映了实相的要素。与此同时我们尽量恪守保持这些词在日常语言的原意。
狭义相对论：伽利略加麦克斯韦
如果爱因斯坦是毕达哥拉斯的转世，（由于多次转世轮回）他在这过程中一定学到了很多东西。爱因斯坦当然不会摒弃牛顿、麦克斯韦以及其他科学革命时期的英雄们做出的重大发现，他也不会轻视这些人对观测到的现象及其具体事实的尊重。理查德·费曼1 称爱因斯坦是“一个巨人”，他说：“他的头脑远在云端而他的脚却踩在地上。”
爱因斯坦在他的狭义相对论中调和了两位前辈貌似矛盾的两个概念。
* 伽利略注意到，匀速的整体运动使得自然规律保持不变。这个概念是哥白尼天文学的基础，它在牛顿力学中也根深蒂固。
* 麦克斯韦方程组意味着光速是自然的基本规律的直接结果，光速不会改变。这是麦克斯韦关于光的电磁理论的明确无误的结论，而这个理论得到了赫兹和很多其他人的验证实。
但这两个概念之间却存在着冲突。经验告诉我们，如果我们本身处于运动中，那么任何观测对象的表面速度都会发生改变。阿基里斯追上了乌龟，他甚至超过了乌龟（因为在阿基里斯的眼里乌龟其实不在往前跑而是在往后跑）。可光束为什么会与众不同呢？
爱因斯坦解决了这个冲突。通过缜密地分析异地同步时钟的操作程序，以及这个同步过程如何被匀速的整体运动所改变，爱因斯坦很快意识到运动的观察者分配给一个事件的“时间”和固定的观察者分配给它的“时间”不同，而且这个不同还取决于观察者的位置。对于共同观察的事件，一个观察者的时间融合了对方的时间和空间，反之亦然。这种时间和空间上的“相对性”就是爱因斯坦狭义相对论中的全新理念。这个理论所做的两个设想本来早在爱因斯坦之前就存在而且已被广泛接受
——有人给予足够的重视来强迫它们和谐一致。
因为麦克斯韦方程组包含了光速，狭义相对论的第二个假设——利略变换下光速保持不变，直接来自于爱因斯坦的开创性想法：同时尊重麦克斯韦方程组和伽利略的对称性。但前者是一个更弱的假设。
实际上，爱因斯坦还把问题反过来进行了讨论，发现利用伽利略变换可以从麦克斯韦方程组四个方程中的一个推导出完整的方程组。（如果让电荷运动起来便会产生电流，如果让电场运动起来便会产生磁场。支配静止的电荷产生电场的定律经过伽利略变换后可以描述更一般的情况。这一招可谓意义深远，它焕发着未来的光芒。对称，而不是现有定律的推论，成了一条充满活力的主要原则。人们可以用对称性约束定律。
光照下的两首诗
将彩虹重新编织
我发觉狭义相对论的物理结果中有一个结果特别美丽，它汇集了许多深刻的主题，但我们居然可以用感官去直接体验它。前面几个章节的沉思里，我讲述了光与色彩的物理原理以及发现它们的历史，这为我们尽情享受这个美丽的结果做好了充分的铺垫。
考虑一束纯色的光，我们设想自己处在一个匀速移动的平台上，也就是做一次伽利略变换，看看这束光会如何变化。我们当然会看到一束光，那束光仍然按照以前的速度穿过空间：光速是不变的。如果一开始有一束特定颜色的纯光，那么我们看到的光束仍然有那个特定的颜色，可是…
它的颜色变了！如果我们沿着光束的方向移动（这样我们就离开了光的源头），或者说光的源头远离我们，光束的颜色就会向光谱的红端转变（如果颜色一开始就是红色，那么光束就会变为红外线）。如果我们反向移动，颜色就会向光谱的蓝端转变（或变成紫外线）。移动的速度越快效果越明显。
前一个效果在宇宙学中很常见，因为遥远的星系正在朝着远离我们的方向移动 – 用我们的行话说：宇宙在膨胀。在这种情况下，我们称这个现象为红移。正是观察到了已知光谱线的红移现象，我们才发现了宇宙的膨胀。
我们因此得出了这样一个重要的结论：所有颜色，都可以通过运动，也就是所谓的伽利略变换，从另一个颜色中产生。因为伽利略变换是自然规律中的对称性，任何颜色与其它颜色完全等价。不同的颜色只是相同事物的不同视角；那些视角虽然不同但都同等有效。
百闻不如一见，说了这么多不如看一张图！在彩图58.中你们看到的是一个纯色光束的波动图形，这束光的光源以光速的十分之七的速度向右移动。如果你们处在偏右的位置，光束会向你们靠近，这时你们感受到的颜色是蓝色。如果你们在左面，光束就会离你们渐远，你们看到的就是红色。在这个图中，光源处于靠近中心的位置。
牛顿本以为他可以证实每种颜色都和其它颜色之间存在着固有的内在区别，没有炼金术似的办法可以把一种颜色变成另一种颜色。牛顿的实验确立，每种颜色的光，无论经过反射、折射或是其它可能的转换过程，颜色都保持不变。
但是他大错特错啦！如果牛顿以每秒钟数以万米的速度飞跑过棱镜，他就会发现自己犯的错误。我当然是在开玩笑了。但我们常常听到科普作者和科学评论者一本正经地这么说 – 好像除了最新的“万物真谛”，其余的一切都是垃圾。这种观点有点让人恐惧，它让人想起没有容忍性的集权意识。我真正想要强调的观点却恰恰与之相反：牛顿的结论差一点就对了，而且这些结论一直都那么有用。
然而，发现了故事还有续集还是十分美妙的。在续集里我们读懂了，在多样的表面背后深深地隐藏着统一，正是这种统一又维持着多样性。所有的颜色只是我们在不同的运动状态下看的同一个东西。济慈曾抱怨说科学“把彩虹拆得七零八落”，科学用新的篇章对这样的抱怨做出了出色而富有诗意的回应。
让色彩恢复生气
和音调一样，色彩的物理本质也是随时间变化的信号。光的时变速度太快，我们人类的器官根本跟不上这种变化。光的频率太高了。所以，为了在这种逆境下随遇而安，我们的感官系统在处理信息的时候只将其中一小部分信息编码成了色彩。到头来在这些编密码中几乎没有任何它们起源的蛛丝马迹！当我们看到一种颜色的时候，我们看到的只是象征变化的一个符号，而不是发生变化的事物本身。
我们可以将更多隐藏的信息还原，具体地说就是恢复时变本来的状态，使它按比例变慢以适应人类所及的能力。通过这种还原变换，我们为感知敞开了更多的几扇大门。
这本轻松惬意的读物让我们有机会进入当今世界*富创造力和洞察力的物理学家的头脑去了解他的意念，真是机会难得。弗兰克·维尔切克对于世界的思考令人拍案惊奇，它揭示了大道、大美和宇宙深层规律之间细腻完美的融合。
—— 布莱恩·格林（Brian Greene），哥伦比亚大学物理及数学教授、《宇宙的琴弦》（Elegant Universe）的作者
这是一本精致而易懂的读物，弗兰克·维尔切克把我们的宇宙当作一件艺术品来欣赏和把玩，他向我们展现了天工之美，它无所不在，隐藏在各个层面，大到广袤的银河系，小至亚原子的微观世界。他的研究具有开拓性，他能看到别人通常忽略的事物并将问题说得很清楚，这不仅为科学家指出了研究方向，也让艺术家和所有好学的人受到鼓舞。
—— 迈克斯·泰格马克（Max Tegmark），《我们的数学宇宙》（Our Mathematical Universe）《生命3.0》（Life3.0）的作者
这是一段关于美丽世界的精彩论述，引发了对于美的本质和实体宇宙的一系列随想，让我们的思想在音乐、色彩和当今物理学*前沿的基本概念中徜徉。如果作者换了别人，没有维尔切克的水平高度，这本趣味横生的读物很可能成为一个神秘主义者在新时代的胡言乱语。但维氏乃当今在世的物理学家中*深刻、*有想象力也是*博学的一位，无论读他的文字还是听他讲课，人的宇宙观都会变了样。这些年如果你和我有同样的体验，那么你一定会从该书中受益匪浅。
—— 劳伦斯·克劳斯（Lawrence Krauss），《无中生有的宇宙和星际迷航里的物理学》（ A Universe from Nothing and The Physics of Star-Trek）的作者
维尔切克先生巧妙地运用文字带领读者踏上了一段旅程，沿途让我们领略了两千五百年来的哲学和物理…
此书*精彩的看点在于作者将对称之美和人类日常的体验广泛地结合在一起 … 他的书是一部少有的杰作：直接向上帝发问来深刻地书写人性。
– 《华尔街日报》
启发性强却深入浅出…维尔切克的文字抒情而玄妙，不管大自然*终向我们揭晓什么样的答案，我们都应该心有所悟，谦卑为怀。
– 《高等教育纪事报》
维氏在书中将方程（自然）之美与文学之美相结合，他的著作堪称艺术。
– 《科学通讯》
引人入胜…不仅对现代物理中的一些名称进行了修改，甚至把一些基本概念也重新定义了…维尔切克敢于重新定义概念，实在勇气可嘉。
– 《洛杉矶书评》
这是一部挑战性强又非比寻常的深刻之作。
– 《图书馆期刊》
巧妙地将反思付诸文字… 在科普书这个体裁里无疑是独一无二的作品… 内容雅俗共赏，搞物理的专业人士可以从中了解到诺奖得主如何看待人类思想和太初之道之间的联系，普通读者可以更多地了解基本规律的构造。这本书让我们想到，科学和艺术之间有着千丝万缕的联系，它让我们惊叹于人类这个物种在揭开自然之谜的努力上所取得的成就。
– 《今日物理》
《美丽之问》是对未知领域的探索，让我们领略到那片广阔的天地风景独好，该书还为粒子物理的发展趋势提供了一个独特的视角，令人耳目一新。
– 《自然》杂志
这项深究道之本质的工作值得我们赞赏。
– 《科克斯书评》
《美丽之问》详实地介绍了现代物理所取得的成就和所面临的挑战，令人信服同时也发人深省：在深入了解自然的过程中美学的意义何在？这个了解的过程对于人类的意义何在？阅读书中记载的大量史实，我们能品出其作者虚怀若谷的人性，这本书确实写得很美，我向所有立志了解科学发展动向的人推荐它。这位作者由于对科学做出了流芳百世的贡献而走进了我们的视野。
– 利·斯莫林（Lee
Smolin），《时间再生和物理学的烦恼》（ Time Reborn and The Trouble with Physics）的作者
物理学家常说一个理论很“美”，如果你想知道他们口中的“美”是什么意思，*好读一读《美丽之问》，在书里你会找到答案。维尔切克虽然是这门学科里的一个杰出人物，他却不畏惧使用非学术的观点说明有一种神秘的大美存在，它复杂而无形，却是我们了解实体世界的核心所在。
– 彼得·沃伊特（Peter
Woit），《何谈对错》（Not
Even Wrong）的作者
云开日见时发现数学和太初之道乃无二致，这种机会虽然罕见但学物理的人都能感受这种令人惊叹的美。阅读维尔切克的新作，不懂数学的人也能捕捉到这种大美的惊鸿一现。
– 诺亚·史密斯（Noah
Smith），藤门大学（Stony
Brook University）《诺亚方舟舵主》（Noahpinion）博主。
当代艺术让美凋零了，让艺术成了一件件乏味的工艺品，它们遮蔽了人的耳目，尽量让人不去关注隐藏得更深的残酷的真相，甚至丑陋的真相。在杰出的物理学家弗兰克·维尔切克看来，美在探索世界之道的过程中始终是他的指路明灯和诚实的导师。弗兰克始终以追求真理为己任，他引导我们平静而又愉悦地进入一种冥想，思考一个奇妙的问题：世界真的美吗？
– 詹娜·莱文（Janna
Levin），《宇宙何以立世》（How
the Universe Got Its Spots ）的作者
这本书相当引人入胜，弗兰克·维尔切克提了一个有意思的问题：世界是否是各种妙想的附体？他以这个问题为起点老练地带我们进入了一段智慧之旅，沿途让我们领略了物理、艺术和哲学的锦绣风光。我们可以用维氏的方式反问作者：这本书是否表达了奇思妙想？答案仍然是肯定而且坚定的。
– 马里奥·李维奥（Mario Livio），天体物理学家、《杰出的失误》（Brilliant Blunders）的作者。
还没有科学的时候就出现了自然哲学，这本书权威性强，令人叹为观止，还配有大量的插图。弗兰克·维尔切克在书中讲述了一个宏愿，它让毕达哥拉斯、哥白尼、伽利略、牛顿、麦克斯韦、爱因斯坦、诺特以及许许多多现在和过去的人前赴后继。
– 乔治·戴森（George Dyson），《图灵大教堂》（Turing’s Cathedral ）的作者
这本书真的写得很美，美在内容上也美在设计上，更美在弗兰克·维尔切克和我们分享的观点。该书让我了解到一位世界*级的思想家如何思想，如何把美当作工具和指南去提出正确的问题并寻找正确的答案。在维尔切克看来，物理与艺术、诗歌和音乐之间没有明显的分界。物理学家们为何称他们的理论美？仔细阅读此书，让自己身临其境，然后在你抬起头休息的时候在脑子里过过电影，你立刻就明白了其中的玄机。
– 理查德·穆勒（Richard Muller），《未来总统的物理课》（ Physics for Future
Presidents ）的作者
一百年来科学已经否定了有关世界太初之道、大美和神力等“软”科学问题，可见弗兰克·维尔切克在提出这些问题实属“硬”科学范畴时需要多么大的勇气。所有想了解科学如何同神力并立共存的人都要读这本书，维尔切克敏锐地察觉了变化的风头，凭借着好奇心、洞察力和智慧，他用思想打破了一些神圣的界限。
– 迪帕克·乔普拉博士（Deepak Chopra, M.D.）
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