【《一名物理学家的教育历程》有关资料】 物理学家排名
【作者介绍】加道雄美籍日裔物理学毕业美国哈佛学获加利福尼亚学伯克利分校哲学博士学位任纽约市立学城市学院理论物理学教授。
主要著作有《超越爱因斯坦》(与特雷纳合著)、《量子场论》《超弦导论》。
【相关知识】了更地理课我们要了些相关理论物理学知识、统场论根据现代物理学知识将我们宇宙结合起力有四种引力、电磁力、强核力和弱核力。
物理学运用量子力学已把三种力统起(美籍华裔物理学杨振宁和他学生米尔斯提出杨米尔斯场理论了这问题被称标准模型。
、高维空现代理论物理学认统四种力前景高维空(如十维或更高)理论确立。
比如对古人讲风暴是怎样产生风暴会击什么地方什么候什么候结束他们是无所知因他们生活平坦地上只能靠肉眼从近似二维平面角观察即使有简单预报也都是靠验推测。
现有了气象卫星从太空这样三维角观察地球地面上看神莫测风暴被看得清二楚可以精准地预报风暴动向。
样理论物理学认传统四维(空三维加上)理论太不能释宇宙四种力。
当他们超越四维而更高维(如十维或更高)寻统这四种力就能得到种简单、漂亮模型(科学认宇宙应该是简单、和谐)。
高维空理论认宇宙爆炸03秒十维宇宙分成四维宇宙和六维宇宙四维宇宙暴胀近50亿年演变成今天我们生活宇宙。
爆炸035秒统力分开。
但是高维空理论很难实验室得到证实因要模拟当环境要能量太根无法做到所以现高维空理论只能是理论。
【与课相关节(加道雄)】面向五维由境贫寒我父母担忧我将不能把己实验和教育继续下。
幸运是我我各种科学计划争取助学金行动引起了原子科学泰勒(rllr)。
他妻子慷慨地安排我接受四年奖学金哈佛学学习允许我那里实现己梦想。
具有讽刺味是尽管我哈佛开始了己理论物理方面正规教育但也正是这里我对更高维数兴趣消失殆尽。
像别物理工作者样我开始严格而又全面地学习与每种然力所对应高等数学这些然力彼是完全孤立。
我仍然记得给我电动力学老师题然我又问他如空更高维数弯曲那么答案可能会是怎样。
他以种奇异方式看着我像我有疯狂似。
像比我先人样我不久就学会把孩提代关更高维数空念头搁置边。
我被告知超维空不是合适严肃研究课题。
我从就不满足对物理学这种支离破碎处理思绪常要飘回到茶鲤鱼身上。
虽然我们常用电磁场方程9世纪就被麦克斯韦发现他这工作十分完美但方程像相当随。
我觉得物理学们(像鲤鱼那样)发明这些力实际上掩盖了我们对物体怎样能够不彼接触而运动这问题无知。
通学习我知道9世纪有场争论就是光怎样真空传播。
(事实上从恒星上发出光可以通外部空无物空毫不费力地传播几万亿千米。
)实验也毫无疑问证明了光是种波。
但是如光是波话那就要些使它发生波动媒质。
声波要空气水波要水而真空却没有可以使光波动东西人们对深感疑惑。
没有使光波动媒质它怎能成波呢?是物理学们就捏造出种所谓以太物质这种物质作光媒质而充满整真空空。
然而实验却无可辩驳证明了以太并不存。
令人惊奇是直到如今物理学对这难题仍然没有作出真正回答但数十年我们却对这样思想习以常即使没有什么媒质光照样可以真空传播。
──作者。
当我成加利福尼亚学伯克利分校物理学研究生我非常外地发现有变通办法尽管这办法会引起人们争论但是它可以释光怎么能真空传播。
这变通理论十分古怪因当我偶然发现它十分震惊。
这种震惊与许多美国人乍闻肯尼迪(K)总统被枪杀感觉颇相似。
他们能永远记住他们听到这惊闻那刻正干什么正和谁说话。
当我们次偶然遇到卡鲁克莱因(KlzKl)理论我们这些物理学也深感震惊。
因这理论被认是种不成熟推测因而从不研究生课程上讲述。
是留给年轻物理工作者们只是有关物偶然地发现它。
这变通理论给光作了简单释它实际上是种五维(或如神主义者通常所说那四维)上振动。
如光能通真空传播那是因真空身振动因真空实际上存四维空和维。
加上五维引力和光就能以惊人简单方式统起。
回顾我童年代茶体验我突然识到这就是我梦寐以数学理论。
然而老卡鲁克莱因理论有许多困难和技术问题这就使得它半多世纪直被束高阁。
可是0年这切都发生了变化。
这理论更高层次翻版如超引力理论特别是超弦理论已终消除了该理论不洽性。
这思想事实上已成科学研究热。
确许多理论物理学现认更高维数是导致某种无所不包理论关键步骤这理论──超维空理论──将把许多然规律统起。
如这被证明是正确那么科学史们可能会很地记下0世纪科学观念性革命就是懂得了超维空可能是开然和宇宙奥关键。
这种富启发性概念导致这方面科学研究纷至沓世界各国主要研究所理论物理学们写出了几千探超维空性质学术论。
《核物理》和《物理快报》这两种重要科学杂志登着量这方面理论分析。
例如爱因斯坦他生命光普林斯顿高等研究院(我那里写成了)现是研究高维空活跃心。
979年诺贝尔物理学奖得主温伯格(vbrg)近评述理论物理似乎变得越越像科幻说对这观念革命作了总结。
我们何以不能看见高维?这种革命性思想初看起似乎很奇怪因我们理所当然地认我们天天生活三维世界。
已故物理学帕格尔斯(zgl)曾说我们物理世界特如显而易见以至多数人从怀疑空是三维这事实。
几乎是出能我们知道任何物体可以用它长、宽、高描述。
通给出三数我们就可以空确定位置。
头两数给我们确定是街拐角处三数则描述离地面高。
飞行员也可用三数确定他们精确位置这三数是他们高和坐标格或地图上确定其位置两坐标。
事实上通精确测定这三数就可以把世界上从我们鼻子尖到可见宇宙每都准确地定出位置。
甚至婴儿也懂得这。
婴儿实验已证明他们将爬到峭壁边缘看看边缘对面然就又爬了回。
另外他们也能地懂得左右向前向向上向下。
爱因斯坦扩展了这概念把作四维包括进。
例如请某人吃饭我们必须讲明午30分曼哈顿见即了详述事件我们必须对它四维──事件发生加以描述。
物理学实际上把它当做五维但是我将遵从历史惯例。
高维空是不可能用眼睛观察因再努力也没用。
著名德国物理学亥姆霍兹(rvllz)把人们不能看见四维和盲人不能想象颜色概念相提并论。
无论我们怎么滔滔不绝盲人描述红颜色但是用语言总是不能确切地把丰富颜色告知盲人。
甚至已对高维空做了多年研究有验数学和理论物理学也承认他们不能形象化地描述高维空而是退到了数学方程世界。
尽管数学、物理学和计算机专多维空方程并没有什么困难人类发现还是无法想象他们己这宇宙外宇宙。
我们充其量只能利用各种数学技巧睹高维客体影子;这些技巧是由数学兼神主义者欣顿(rl)0世纪伊始构想出。
其他数学如布朗学数学系主任班乔夫(b)已写出计算机程序它能把高维客体投影到二维平面即计算机显示屏上而让我们操纵它。
就像古希腊哲学柏拉图(l)所说那样我们像穴居者样抱怨只能看到洞外丰富生活朦胧而灰暗影子班乔夫计算机程序也只能让我们瞥见高维客体影子。
我们能即刻认出跳跃狮子或突象并作出反应。
事实上那些能较地看出物体三维空如何运动、旋、扭曲人与那些不能看出这些运动人相比具有明显生存优势。
遗憾是人类并没有要把握四空维运动生存压力。
能够看见四空维当然无助人们抵御剑齿虎突。
)然规律高维更简单芝加哥学著名费米研究所理论物理学教授弗罗因德(rr)是喜欢用高维宇宙性质愉悦听众物理学。
他是超维空理论早期工作者当这理论与主流物理学相比被认是奇谈怪论。
而现这门学科已变成髦而又合法科研分支。
使他高兴是他早期兴趣终得到了回报。
弗罗因德与传统那种狭隘、顽固、不修边幅科学形象极不相。
相反他雅、口齿伶俐而又富教养。
他善诡谲而顽皮地笑他笑使那些非科学人士突破性科学发现迷人故事而倾倒。
他会随写上满满黑板方程式或者与别人鸡尾酒会上开无伤雅玩笑。
他说话带着浓重而明显罗马尼亚口音拥有生动迷人地释那些极神复杂物理概念绝技。
弗罗因德通常会提醒我们科学们已用怀疑眼光评述更高维数因它们既不能被测量也没有特殊用途。
然而当今科学却逐步识到任何种三维理论都太不足以描述控制我们宇宙力。
像弗罗因德强调那样0年贯穿物理学基主题是然规律高维空表述会变得更简单和优美。
高维空是然规律天然栖息地。
统然规律关键步骤是增加空维数从而能合理安排越越多力。
释什么更高维数正激发起科学世界想象力弗罗因德用了下列类比想想地球上跑得快动物猎豹它皮毛光滑而又美丽非洲热带草原上漫游。
它天然栖息地猎豹是种了不起动物简直是件艺术品它奔跑速或奔跑动作优美简直无与伦比。
现他继续说道想想被捕获并且投进动物简陋笼子里猎豹吧。
它已失了原有优雅和美丽了我们娱乐而被安排展出。
我们只看到笼子里神情绝望而不是原那种优雅和精力充沛猎豹。
然而我们只能测量那些被拆散且放笼子里展出物理规律这笼子就是我们三维实验室。
我们只能看到已被剥夺了优雅和美丽猎豹。
几十年物理学们想知道什么四种然力以如支离破碎形式出现──什么笼子里这些猎豹看起神情如绝望和可怜。
但是当我们高维空(它是物理规律天然栖息地)表述物理规律我们就看到了它们名副其实显赫和有力物理规律就变得简单而富有生命力。
现这场席卷物理学革命就是认识到了猎豹天然栖息地也许正是超维空。
了阐明如何加进较高维数就能使事情变得简单试想古罗马人是怎样打那些仗。
伟罗马战争常常包含了许多较战场它定伴随着四面八方谣言和误传把事情弄得混乱不堪。
战争多前线进行罗马将军们却常常盲目指挥。
罗马人往往是靠暴力而不是靠优美战略赢得战争胜利。
那就是什么战争首要原则是占领高地──即上升进入二维战场上方三维。
可看到战场全景巨山丘有利地位上战争喧嚣突然变了。
换句话说从三维(即从山丘顶部)观察较战场混乱结合成了幅首尾连贯单画面。
这原理──然规律高维表达可以变得较简单──另应用是爱因斯坦狭义相对论背心思想。
这进而必然导致所有用和空测量物理量统比如质量和能量。
他还发现了质量和能量统精确数学表达式这就是所有科学方程式著名质能公式。
高维理论绝不仅仅是学术理论因爱因斯坦理论简单结乃是原子弹它改变了人类命运。
──作者原。
了鉴赏这统巨威力现我们描述四种基力强调它们如何不如何高维给出这四种力统表述。
两千多年科学们发现我们宇宙切现象能够被归结四种力它们从开始就彼不相似。
电磁力电磁力以多种形式存它包括电、磁和光身。
电磁力照亮我们城市可使收音机和电唱机发出音乐充满整空可用电视给我们以娱乐用电器减少劳动用微波炉烘烤食物用雷达跟踪飞机和进行空侦察用电厂发电。
近电磁力已被用电子计算机(这使办公室、庭、学校、军队改观)和激光(这对通信、外科手术、光盘、五角楼高级武器系统甚至售货台付款机有重义)。
某种义上地球上多半国民生产总值(它代表着人类积累财富)都依赖电磁力。
如强核力突然消失太阳将团漆黑地球上切生命将会灭亡。
事实上些科学认恐龙灭绝6500万年前原因是次彗星撞击碎屑到高空气层使地球暗淡无光引起整地球温骤然下降。
具有讽刺味是也正是强核力可以天收回它赠予生命。
如不限制氢弹爆发强核力就有可能天结束地球上所有生命。
因放射性材衰变或分裂发出热弱核力使地球部深处放射性岩石变热。
这种热又偶尔会使火山把熔岩猛烈地喷向地球表面。
弱核力和电磁力还被用治疗严重疾病放射性碘被用杀死甲状腺肿瘤和抑制某些种类癌。
放射性衰变力也能致死它三英里岛和切尔诺贝利造成严重破坏;它也产生放射性废──核武器生产和商用核电厂必然副产品这些废都有可能贻害几万年。
我们用以呼吸空气将快速地扩散到太空从而使我们窒息或使地球上无法存生命。
没有太阳引力包括地球所有行星将被从太阳系扔到寒冷太空深处那里阳光不足生命无法赖以生存。
事实上没有引力太阳身也将爆炸。
太阳是引力和核力精确平衡作用结引力企图挤碎太阳核力却又想把太阳分开。
没有引力太阳将会像千万亿颗氢弹那样轰然起爆。
从爱因斯坦开始0世纪许多物理学巨人已寻但苦不到这样种统方案。
然而爱因斯坦生30年没有到答案可能就超维空。
寻统爱因斯坦曾说然呈现给我们仅仅是狮子尾巴。
尽管因狮子身躯庞而不能立即展现其身我也不会怀疑长着这条尾巴那头狮子存。
如爱因斯坦是正确话那么可能这四种力就是狮子尾巴而狮子身就是高维空。
这种思想已激起人们向往有天宇宙物理规律可以用方程阐释而这些规律造成结则由充满着图表籍布满了图馆墙壁。
对宇宙这革命性前瞻核心就是认识到更高维几何可能是统宇宙物理规律终泉。
简言尽管宇宙物质和把物质束缚起力以种使人困惑不和变化无穷复杂形式出现但是它们可能只是超空上不振动而已。
然而这概念与科学们传统思想相抵触他们把空和视被动舞台而恒星和原子是其上面主角。
对科学而言可见物质宇宙似乎比空无物而又不能运动空这种不可见宇宙舞台更加丰富和变化多端。
从历史角看粒子物理方面几乎所有科学努力以及量政府基金都被投入到诸如夸克和胶子等亚原子粒子性质上而不是领悟其几何质。
现科学们正识到和空这些无用概念可能是然美与简单性终头。
有种把光释五维振动新型引力理论按提出该理论两位科学姓氏被命名卡鲁克莱因理论它是有关高维空理论。
把它延拓到维空(这里代表任何整数)原先看起很笨拙这亚原子粒子理论便戏剧性地呈现出种惊人对称性。
然而原先卡鲁克莱因理论不能定准确值描述所有亚原子粒子也存些技术问题。
近理论上兴趣是由物理学格林(lGr)和施瓦茨(rz)98年引发他们证明了卡鲁克莱因理论新翻版即所谓超弦理论洽性这理论假设所有物质都由细振动弦组成。
令人吃惊是超弦理论预言了空精确维数十维。
①十维空优是可以给四种基力提供足够地盘。
外我们有种简单物理绘景释由型原子对撞机产生亚原子粒子杂乱混合物。
30年物理学们已仔细编排和研究了轰击原子电子和质子所产生几种亚原子粒子。
像昆虫捕捉者耐心地给量昆虫品种命名样物理学常被这些亚原子粒子多样性和复杂性所困惑。
今天这令人糊涂堆亚原子粒子可以被释只是超空理论振动而已。
我们不能看见这些高维乃因它们蜷缩成非常球这些球无法被检测到。
按照卡鲁克莱因理论这些蜷缩维叫做普朗克长相当质子万亿亿分到用我们原子对撞机也无法探测地步。
高能物理学曾指望造价0亿美元超导超级对撞机(简称)能够接揭示超维空某些线但993年0月被美国国会所否。
──作者原。