描述
开 本: 16开纸 张: 纯质纸包 装: 平装-胶订是否套装: 否国际标准书号ISBN: 9787213075650丛书名: 财富汇
向爱因斯坦宣战的理论物理学大师、国际理论物理学权威、当今世界*权威的额外维度物理学家丽莎•兰道尔风靡世界之作。
丽莎•兰道尔“宇宙三部曲”重磅新书。
一本书读懂神秘的额外维度，科学小白与科学大V都不可错过的年度*科普巨作。
众多*科学家与科学达人挚爱推荐。美国匹兹堡大学物理天文系杰出教授韩涛，中国科学院高能物理研究所和国家天文台双聘研究员张双南，国家天文台研究员及宇宙暗物质与暗能量研究团组首席科学家陈学雷，北京天文馆馆长朱进，中国科学院国家天文台研究员苟利军，科幻作家、北京师范大学教授吴岩，科学作家万维钢，2016年雨果奖获得者、《北京折叠》作者郝景芳等众多*科学家与科学达人挚爱推荐。
湛庐文化特设“科学素养”书系专家委员会。其中，“嫦娥之父”欧阳自远担任委员会主席，其他委员有的来自中国科学院国家天文台，有的来自中国科学院高能物理研究所，有的来自国内物理学界知名学府清华大学、北京师范大学与中山大学，有的来自大洋彼岸的*名校加州理工学院。这些专家学者汇集到一起，只愿把*前沿的科学成果传递给读者，将科学家的真实的科研世界展现在读者面前。
我们了解宇宙吗？宇宙有哪些奥秘？我们生活在一个膜宇宙之上吗？
宇宙隐藏着与我们想象中完全不同的维度吗？我们将怎样证实这些维度的存在？四维世界甚至五维世界的存在，是否会颠覆传统的物理学定律？
在《弯曲的旅行》中，理论物理学大师丽莎•兰道尔以轻松愉快、浅显易懂的文风，深入浅出地介绍了宇宙的隐秘之维。跟随兰道尔教授的脚步，踏上体验额外维度的探索旅程，一窥五维空间的奥秘，一直到达令人兴奋的科学*前沿！
[目录]
重磅赞誉
推荐序1 看不见的第五维
推荐序2 发现的激情
中文版序 宇宙的故事
引 言
宇宙中的隐秘之维
部分 三维之外
01 维度之谜
从一维到多维
《巧克力工厂》旺卡梯的秘密
二生三
有效理论，忽略细枝末节
02 额外维度究竟有多大
为什么世界看起来只有三维
有额外维度的牛顿引力定律
牛顿定律与卷曲维度
额外维度必须小到不可见吗
03 我们生活在一个膜宇宙上吗
像切片一样薄
边界膜和内嵌膜
被膜俘获
神秘的膜宇宙
04 理论物理世界的奇幻旅行
自上而下，还是自下而上
进入物质内核
宇宙的想象力远比我们丰富
第二部分
20 世纪两大革命性宇宙观
05 相对论：弯曲的时空
牛顿的万有引力王国
狭义相对论，颠覆时空观念
等效原理，广义相对论的开始
两大实验，验证广义相对论
一切源于宇宙的弯曲
弯曲的时空
爱因斯坦的广义相对论
奇迹总发生在不可能的地方
06 量子力学：上帝不掷骰子
没有比量子力学更离奇的了
起源：一切就像“卡路里灾难”那样
发现原子
原子的电子轨道
粒子的使命恐惧
海森伯的不确定性原理
两个重要的能量值及其在不确定性原理下的意义
玻色子和费米子
第三部分 探秘基本粒子物理
07 物质的已知基本结构
电子与无处不在的电磁场
光子，力的传递者
量子场论
反粒子与正电子，从科幻进入现实
弱力和中微子
夸克和强力
已知的基本粒子
08
高能粒子加速器的惊人新发现
顶夸克，众里寻他千百度
标准模型的精确验证
09 对称：粒子获得质量的基本组织原则
化繁为简，完美的对称
内部对称，与空间无关
对称和力，排除虚假偏振
规范玻色子、粒子和对称
10 基本粒子的质量来源：有趣的自发对称破缺和希格斯机制
弱力谜题
希格斯场，上帝粒子的源泉
弱力对称的自发破缺
意外收获：电磁力为何如此特别
两难境地
11 大统一理论：不同尺度和能量的相互融合
从大到小
虚粒子，真实粒子鬼魅般的孪生兄弟
相互作用强度为什么会依赖于距离
大统一理论
12 等级问题：有效的涓滴理论
等级问题，大统一理论里的依赖性问题
对希格斯粒子质量的量子贡献
粒子物理的等级问题
高能量的虚粒子
13 超对称：超越标准模型的大飞跃
费米子和玻色子：一种不太可能的对称
超对称的发展历史
标准模型的超对称延伸
超对称与等级问题
破缺的超对称
希格斯粒子质量之谜
超对称：称量证据
第四部分
弦理论，神秘膜宇宙的创世者
14 弦的律动：轰动世人的超弦革命
早期的躁动
弦是一切之源
起源：强力而非引力
高潮：超弦革命
挫折：旧制度的忍耐
尾声：挑战与机会并存
15 辅助通道：膜的狂飙突进
膜的兴起
收紧的膜与失踪的粒子
十维超弦理论与十一维超引力论的对偶性
对偶性到底是什么
16 熙熙攘攘的通道：膜宇宙
被困在膜上的粒子
逃出重围的引力子
膜宇宙真的存在吗
霍扎瓦- 威滕模型
第五部分
额外维度宇宙假说
17 人迹罕至的通道：多重宇宙与隔离
我的额外维度历程
自然与隔离, 信息封锁王国
隔离，超对称的破坏者
闪光质量
18 泄露秘密的通道：四维世界的高维来客
神秘的卡鲁扎- 克莱因粒子，额外维度的印记
确定卡鲁扎- 克莱因粒子质量
实验限制
19 宽阔的通道：庞大的额外维度
大至１毫米的维度
高维引力，或将成等级问题的解
联系高维引力和低维引力
回到等级问题
寻找大的维度
高能粒子对撞机的维度探寻之旅
后续影响
20 弯曲的通道：一个五维世界
令人惊讶的弯曲几何
卷曲宇宙的伸缩
进一步发展
弯曲几何与力的统一
实验意义
一个更加离奇的可能性
五维黑洞与五维弦
尾 声
21 漫游弯曲空间王国的“爱丽丝”
去往弱力膜村
22 深远的通道：不为人知的无穷大额外维度
改变时空的引力膜
引力子的卡鲁扎-克莱因粒子伙伴
23 曲折延伸的通道：我们生活在一个四维引力的孤岛上
回 顾
当地局域化引力
第六部分
弯曲的旅行
24 额外维度：你是在里面，还是在外面
究竟什么是维度
之后，我们该思考什么
结语 即将被证实的宇宙真相
译者后记
[中文版序]
宇宙的故事
得知我的三本书将在中国出版，我感到十分兴奋。不论在理论物理学还是在实验物理学的舞台上，中国都在扮演着日益重要的角色。
我有一些优秀的中国学生以及博士后，而且我也发现，近年来在中国这片土地上，人们对我研究方向的兴趣正在不断增长。不仅如此，中国的实验物理学也在近期取得了一些重要成果。例如，在大亚湾中微子实验室中对轻、重中微子混合的振荡测量，其结果震惊了世人，而且它比人们的预期早了至少一年。现有的暗物质探测器，包括PandaX与CDEX，标定了一些重要的能量范围，并且仍在不断探索，以揭示神秘的暗物质粒子的本质。展望未来，计划在中国建造的型的对撞机至关重要，它将成为国际主要的粒子物理学实验装置，并能够胜任探索超越已知领域的重任。
作为一位理论物理学家，我的研究领域涉猎甚广，小到物质的内部结构，大到宇宙、空间的本质。这些研究令人兴奋，然而又很难向他人解释清楚——在没有对应语境的情况下更难说清。这三本书给了我一次机会，不仅可以向世人解释我的研究，还可以同时解释作为我研究基础的量子力学、相对论、粒子物理学与天体物理学等物理学知识。我将乐于讲述一些展现这些领域中研究前沿的宏大故事。
《叩响天堂之门》一书，解释了科学的本质，并强调了尺度的重要性，也即如何在基本粒子、原子、普通物质或是宇宙的尺度上思考科学问题。《叩响天堂之门》一书也探索了科学的发展历程、什么是“对”与“错”，以及创造力在科学发展中的意义。在这本书中，我还预测了大型强子对撞机（LHC）上的物理结果。大型强子对撞机是建造在日内瓦附近的大型加速器，能让高能质子对撞，以产生新的粒子与新的相互作用，它可以用来研究人类之前所不能及的更小尺度。这本书解释了大型强子对撞机如何运作，以及在这一实验中，科学家正在研究什么以及他们未来将要研究什么。
《弯曲的旅行》一书讲述了我对空间中可能存在的卷曲的额外维度的研究——额外维度是在我们容易观察到的三个维度（左- 右、前- 后、上- 下）之外的某个维度。额外维度可能具有重要意义，它将解释基本粒子的质量，并为它们之间的相互作用引入新的理论可能性。这些卷曲也将容许空间具有一个无穷大的额外维度，它将与我们观测到的一切事物相容。为了讲述这个故事，我回顾了前沿研究中的量子力学、相对论、粒子物理学的基础（既有理论，也有实验），还回顾了弦理论。在这本书中，我会讲述我们是如何把所有研究领域联系在一起，我们是如何得到了这一切，以及我们已经走到了哪一步的大故事。
《暗物质与恐龙》一书，既向外审视宇宙的宏大图景，又向内一窥物质的内部结构。它解释了暗物质的本质及其在宇宙演化中扮演的角色——暗物质是宇宙中捉摸不定的物质，只与引力而不与光相互作用。《暗物质与恐龙》一书也强调了物质的基本性质与我们今日所见的地球、宇宙之间的联系。这本书的内容不仅涵盖了宇宙学，还涉及星系、太阳系和地球之间的相互作用，及其与周边环境的联系。在这一旅程中，我还将解释我对暗物质的新理念：暗物质可能包含了某个小组分，这个组分通过自身的媒介物质——光进行相互作用，而普通物质不与之相互作用。这可能会产生激动人心的结果，包括在银河系平面上，暗物质盘将形成，其引力效应可能导致巨大的流星体撞击地球，从而终导致恐龙的灭绝。
《叩响天堂之门》《弯曲的旅行》《暗物质与恐龙》三本书包含了粒子物理学的广阔思想领域，是对我的研究以及更宽泛的粒子物理学和宇宙学的一个简述。这三本书把许多新颖且多元的理念与科学领域结合在一起，给出了对今日科学家工作状态的一个感性认知。
在完成《暗物质与恐龙》这本书之后，我已继续投身于对暗物质的研究中。在许多已有研究的基础上，暗物质已经是一个比较成熟的研究主题了。我们在实验上有了许多直接的结果，也开始着手于更好地理解用来探索宇宙的天文望远镜、人造卫星是如何阐明
“暗物质是什么”这一问题。同时，理论也在不断发展，人们已经超越了对暗物质粒子非常狭隘的假设，并对“暗物质如何相互作用”有了更深刻的想法。我正在思考关于暗物质粒子全部带电（而不只是一小部分带电）的可能性，并自问这一假设可能导出什么结果。现有的研究忽视了某些使这个假设可行的重要结果，或许这可能只是因为：暗物质着实不像粒子物理学家之前所假设的那么无趣。
理解暗物质这种神秘物质的本质，是一个非常令人兴奋的研究主题，毕竟它占据了全部物质能量的85%。我希望中国的读者能享受这一旅程：跟随我一起探索我们是由什么组成的，宇宙中的相互作用是如何发生的，以及我们这些科学家是如何研究宇宙问题的。我确信，你们将会从中学到许多新知识，同时又能提出属于自己的问题和观点。
[重磅赞誉]
人类真的生活在一个具有多维空间的膜宇宙之上吗？暗物质真的是毁灭“地球霸主”恐龙的“幕后黑手”？发现了“上帝粒子”希格斯玻色子的大型强子对撞机，以及未来的超级对撞机，会为这些玄妙的问题提供深刻的答案吗？听天才理论物理学家丽莎•兰道尔教授用妙趣横生的案例、通俗易懂的语言，对科学求索的真相与未来娓娓道来，让人欲罢不能。这是时下科学研究前沿*振聋发聩的声音！振奋人心，启迪心智！
韩涛
著名理论物理学家，美国匹兹堡大学物理天文系杰出教授
匹兹堡大学粒子物理、天体物理及宇宙学中心主任
我们还没有探测到暗物质，但恐龙的灭绝竟然是暗物质造成的？兰道尔“宇宙三部曲”将告诉读者，想理解地球和人类的现在、历史与未来，我们必须搞清楚物质*深层次的结构和宇宙*尺度的规律！唉，我真为其他想写类似主题的作家们担心，再写出这么出色的书恐怕很难了。
张双南
中国科学院高能物理研究所和国家天文台双聘研究员
中国科学院粒子天体物理重点实验室主任
兰道尔教授先后在麻省理工学院、普林斯顿大学、哈佛大学这几所世界*著名的大学担任理论物理学教授，并一直开展着*前沿的科学研究。在这套科普书中，兰道尔教授介绍了物理学家们是如何研究、探索宇宙之谜的。她并不满足于仅仅介绍那些已经被广泛接受的科学知识，而是着重展示科学家们现在正在进行的猜想和探索，使读者真切地欣赏到科学研究的丰富多彩和趣味，体验科学家们在构造假说、探索未知、获得新发现时所体验到的激情。我相信，想了解科学探索前沿的读者一定会享受阅读这套书带来的乐趣。
陈学雷
国家杰出青年科学基金奖获得者
国家天文台研究员及宇宙暗物质与暗能量研究团组首席科学家
在兰道尔教授的笔下，额外维度、暗物质、暗能量、对撞机，这些科学家的“烧脑伙伴”也变得平易近人起来。这套科普书系通俗易懂，与晦涩无缘，揭示了即使是门外汉都读得懂的宇宙真相。
朱 进
北京天文馆馆长
几千年来，人类一直在试图回答“宇宙是什么”这一古老问题。现代天文观测和研究揭示，宇宙包含了时空和普通物质以及很多神秘“角色”。作为世界知名的粒子物理学家，哈佛大学物理系教授丽莎·兰道尔在她的这套系列丛书中，以其渊博的知识、广阔的视野、通俗的语言，以及丰富有趣的事例，给我们讲述了宇宙的基本组成和包含万物的时空，非常值得一读。作者大胆推断，地球上恐龙的灭绝与银河系中的某种暗物质有关。如果这能够被证实，将颠覆我们对宇宙神秘物质的现有认识。
苟利军
中国科学院国家天文台研究员，中国科学院大学教授
“第十一届文津奖”获奖图书《星际穿越》译者
简明扼要、通俗易懂、内容独创。地球人非读不可！
吴 岩
科幻作家，北京师范大学教授
过去几十年来，理论物理学中*酷的话题已经从量子力学、相对论和黑洞变成了超弦、希格斯粒子和暗物质。如果说，黑洞让人着迷、量子力学让人困惑、相对论让人脑洞大开，那这些新概念则更难让人理解！不过一旦你理解了，就会获得更大的智力愉悦感。物理学家一直致力于在不用公式的情况下让公众理解物理学，丽莎·兰道尔正是这项事业的新晋翘楚。她用一贯的机智语言告诉我们，这一代的物理学正在发生什么。
万维钢（同人于野）
科学作家，畅销书《万万没想到》作者
“得到”App《万维钢·精英日课》专栏作家
在这个信息爆炸的时代，我们收到的碎片化信息太多，反而难以获得真知。碎片化文章看得再多，也不如读一本真正的好书，尤其是深入浅出、结构恢弘的好书。兰道尔“宇宙三部曲”就是难得一见的、视野辽阔的好书，每一本都选择了令人好奇的话题：宇宙结构、宇宙历史、宇宙物质，并且还与恐龙灭绝这样有趣的话题相结合，更加吸引人，让人读起来手不释卷。而*为难得的是，兰道尔的文笔简洁、优美，你在书中找不到像一般物理学科普图书那种艰深晦涩的语句。她用小说一样的文笔娓娓道来，让你理解人类对宇宙*全面的认知。
郝景芳
2016年雨果奖获得者，《北京折叠》作者
兰道尔说：“在物理界，有几个人从一开始就理解我们，而且相信我们是正确的。令我们感到无比幸运的是，史蒂芬·就是其中一位。”兰道尔在《弯曲的旅行》一书中重在唤起读者的好奇心，而不是讲述专业知识。她耐心地引领读者从简单的直觉经验出发，穿越当代物理学的主要概念，直达令人兴奋的科学*前沿。
史蒂芬·平克
著名认知心理学家、科普作家
畅销书《》《思想本质》《语言本能》作者
《弯曲的旅行》作者兰道尔可以说是*为杰出的宇宙学家之一。她告诉我们，在咫尺之外可能还有另外一个宇宙，可惜我们看不到它，实际上我们被束缚在了三维空间——这实在是太吸引人了！
马丁·里斯爵士
会长，天文学家、宇宙学大师
作为一名杰出的探索的先驱，兰道尔不仅讲述了自己的探索历程，而且驾轻就熟地描述了学早期发展的广阔领地。正是它们，引出了更多维度的假说。
戴维·格罗斯
诺贝尔物理学奖得主
[精彩样章-推荐序]
发现的激情
陈学雷
国家杰出青年科学基金获得者
国家天文台研究员及宇宙暗物质与暗能量研究团组首席科学家
拿到这套书的样章，让我想起20 多年前（1993年），我作为一名物理学研究生，参加了由李政道先生创办的中国高等科学技术中心组织的一个国际物理学会议。会议日程上列出的报告中有几位大名鼎鼎的学者，他们的名字，我们在粒子物理学教科书中早已熟悉。但当时还有一个我不很熟悉的名字“Lisa Randall”，而且在日程中排在十分显著的位置。会议开始后，我见到了她: 一位面容美丽、身材苗条的女子。她看上去似乎比我大不了几岁，却十分高冷。而且，我听说她酷爱攀岩。然而在会议中，无论是演讲、问答还是讨论，她都显得学识渊博、机敏睿智、充满自信，与那些年龄、资历都老得多的学者辩论时，完全不落下风，成为会议的中心人物之一。这完全打破了我那时对女性物理学家的错误刻板印象。诚然，我从小遇到过很多成绩比我更优秀的女同学，但也许是因为女孩子们的谦让、文静和不好争辩，总让我怀疑她们不过是比我更用功、更擅长作业和考试而已。对于她们是否能深刻地思索或者作出创造性的发现，我内心总有一点儿怀疑。在物理学发展史上，女性物理学家，特别是理论物理学家，也确实屈指可数。然而，站在我面前的就是一位活生生的杰出的女性物理学家，这证明之前我错了。当然，自那之后，我有幸遇到过很多优秀的女性物理学家，其中也包括丽莎·兰道尔教授的一位中国女弟子苏淑芳博士。她们都向我证明了，女性在物理学或者其他科学研究中，完全可以取得毫不逊色于男性的成就。
兰道尔教授先后在麻省理工学院、普林斯顿大学、哈佛大学这几所世界著名的大学担任理论物理学教授，并一直在进行着前沿的科学研究。她有许多卓越的成就，其中著名的是她与桑卓姆合作提出的“额外维度”模型。在这个模型中，我们所熟知的三维空间只是高维空间中的“膜”（参见《弯曲的旅行》一书）。兰道尔教授的这套科普书系，介绍了物理学家是如何研究、探索宇宙之谜的。《叩响天堂之门》一书不仅介绍了大型强子对撞机所进行的研究的意义，也用科学的道理和事实，澄清了人们对科学的各种误解；《弯曲的旅行》一书，重点是对高维空间的探索；《暗物质与恐龙》一书则介绍了作者提出的一个特别的暗物质模型，并就此提出了一种关于恐龙灭绝的有趣假说，借此又阐述了从宇宙起源到暗物质、从太阳系演化到恐龙等多方面的知识。所有这些著作的共同特点是，作者并不满足于仅仅介绍那些已经被广泛接受的科学知识，而是着重展示科学家现在正在进行的猜想和探索，当然也清楚地说明了哪些仍仅仅是猜想和假说。这些猜想也许未必都正确，其中许多可能也会被未来的实验和观测所否定。但是，对这些内容的介绍更可以使读者真切地欣赏到科学研究的丰富多彩和趣味，体验到科学家们在构造假说、探索未知、获得新发现时所体验的激情。
我相信，想了解科学探索前沿的读者一定会享受阅读这套书带来的乐趣。我也特别希望，这些书能鼓励那些喜爱科学、希望未来从事科学研究的女孩子们。
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