大自然的基本力

前言

　　大自然的秘密終于被現(xiàn)代科學(xué)解破了！當(dāng)這個(gè)公開(kāi)的秘密——物質(zhì)結(jié)構(gòu)的原理——在過(guò)去的幾個(gè)世紀(jì)里被逐步揭開(kāi)的時(shí)候，它帶來(lái)的科技馬上以爆發(fā)性的力量，不斷地改變地球的面貌、人類的生活——甚至人類的命運(yùn)?！　?00年前，牛頓以超時(shí)代的眼光，提出“萬(wàn)有引力”的議題。他認(rèn)為，從樹(shù)上掉到他頭上的蘋(píng)果和繞著太陽(yáng)運(yùn)行的行星，都在同一種引力的支配下運(yùn)動(dòng)。300年來(lái)，人們通過(guò)無(wú)數(shù)觀察、計(jì)算，創(chuàng)造和修改，把牛頓“萬(wàn)有引力”的原則驚奇地推廣了：宇宙所有的結(jié)構(gòu)，所有的現(xiàn)象，從最小的原子核到最大的星云堆，都支配于同一個(gè)物理法則之下?！　≡谖覀兯镔|(zhì)的最深層，這法則就是楊振寧與米爾斯1954年提出的“規(guī)范場(chǎng)論”。他們把經(jīng)典電磁場(chǎng)特有的“規(guī)范對(duì)稱”做了躍進(jìn)性的推廣，與量子力學(xué)結(jié)合，讓理論達(dá)到奇妙的升騰。在這本書(shū)里，我們要講的就是規(guī)范場(chǎng)的故事。這故事要從牛頓說(shuō)起，因?yàn)槲锢淼陌l(fā)展是一脈相連、從沒(méi)中斷的。我們也要談實(shí)驗(yàn)的工具，因?yàn)槲锢淼幕A(chǔ)在于測(cè)量。這里陳述的故事，實(shí)際上是整個(gè)理論物理的故事。　　在最后的一章，我們探討一個(gè)最令人迷惑的問(wèn)題：為什么正確的理論不但真，而且美？讀者要是有耐心熬到最后，可以從“重正化”的角度去看它而得到新的領(lǐng)悟?！　?duì)中文版讀者，我特別有幾句話說(shuō)。在1957年，楊振寧和李政道大膽地提出自然違反左右對(duì)稱的建議。同年，吳健雄的實(shí)驗(yàn)證明了這理論，楊振寧和李政道因此作為中國(guó)人第一次獲得諾貝爾獎(jiǎng)。這些創(chuàng)舉，可以說(shuō)是打開(kāi)粒子神奇境界的第一炮。從這開(kāi)端，經(jīng)過(guò)近20年沸沸騰騰的發(fā)展，包括1975年丁肇中和里克特關(guān)于夸克的發(fā)現(xiàn)，物理界終于認(rèn)可楊振寧和米爾斯早在1954年創(chuàng)造的規(guī)范場(chǎng)論。中國(guó)人在這個(gè)領(lǐng)域上的貢獻(xiàn)是令人自豪的，特別在民族百年衰落之后。楊振寧自己就說(shuō)過(guò)，他一生最大的成就，是在于消除中國(guó)人自覺(jué)不如人的心態(tài)?！　〉?，中國(guó)人這些成就的意義是更深刻的。　　中華文化能持續(xù)5000年，原因是它能以一種包容的心胸吸收外來(lái)民族和文化。歷史上最重要的例子是五胡和佛教。在過(guò)去的150年間，為了生存，中國(guó)人不得不全力吸收西方文化，特別是科學(xué)。我們可以看到，科學(xué)現(xiàn)在已經(jīng)成為中華文化的一部分。因?yàn)檫@樣，科學(xué)正是中華民族重新崛起的重要?jiǎng)恿Α！　∽詈?，我要感謝新加坡世界科技出版公司潘國(guó)駒教授出版本書(shū)英文版，中國(guó)科學(xué)院理論物理研究所何祚庥院士向出版社推薦出版中文譯本，感謝楊建鄴先生仔細(xì)翻譯的苦功和上海辭書(shū)出版社總編輯潘濤博士的支持。

內(nèi)容概要

本書(shū)既是關(guān)于規(guī)范場(chǎng)的故事，也是整個(gè)理論物理學(xué)的故事。規(guī)范場(chǎng)是基本粒子之間攜帶信號(hào)的信使，使它們彼此發(fā)生相互作用。規(guī)范場(chǎng)始于夸克層次，后來(lái)這個(gè)基本相互作用逐漸擴(kuò)大到核和原子物理學(xué)，擴(kuò)大到化學(xué)和固體物理學(xué)。正是規(guī)范場(chǎng)使得我們的日常世界運(yùn)轉(zhuǎn)。從麥克斯韋1860年提出的經(jīng)典電磁理論，到楊振寧和米爾斯1954年創(chuàng)建的楊-米爾斯規(guī)范理論，到愛(ài)因斯坦的引力理論，作者都用規(guī)范場(chǎng)論串在了一起。本書(shū)循序漸進(jìn)介紹了規(guī)范場(chǎng)理論后面的思想以及實(shí)驗(yàn)和理論物理學(xué)中有關(guān)的人物和事件，最后歸結(jié)為美即真。

作者簡(jiǎn)介

黃克孫（Kerson Huang），美國(guó)麻省理工學(xué)院物理系榮譽(yù)教授，1928年出生于中國(guó)廣西南寧，1953年獲麻省理工學(xué)院哲學(xué)博士學(xué)位。他在理論物理方面的研究領(lǐng)域是玻色-愛(ài)因斯坦凝聚和量子場(chǎng)論。1999年從教學(xué)崗位退休后，他致力于生物物理學(xué)研究。他是美國(guó)物理學(xué)會(huì)會(huì)員，美國(guó)藝術(shù)

書(shū)籍目錄

中文版序序?qū)а?.什么使得世界運(yùn)作不息？  1.1 運(yùn)動(dòng)  1.2 引力  1.3 力場(chǎng)  1.4 等效原理  1.5 能量  1.6 動(dòng)量  1.7 最小作用量  1.8 牛頓定律正則化  1.9 機(jī)械的宇宙2.電磁理論3.真空是媒質(zhì)4.要有光5.英雄的年代：為量子理論奮斗6.量子實(shí)在7.電荷是什么？8.轉(zhuǎn)動(dòng)的禪9.楊-米爾斯場(chǎng)：非對(duì)易電荷10.真實(shí)光子和虛光子11.產(chǎn)生和湮沒(méi)12.動(dòng)力學(xué)的真空13.基本粒子14.宇稱的坍塌15.粒子爆炸16.夸克17.所有的相互作用都是局域的18.破缺的對(duì)稱19.夸克緊閉20.懸絲21.從一粒沙中看世界22.所有可能理論的空間里后記：美即真附錄 諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主（按年代排列）  諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主（按姓氏字母排列）人名索引主題索引譯后記

章節(jié)摘錄

　　不動(dòng)點(diǎn)是RG軌跡上的一點(diǎn)，它在尺度變化下不變。在這樣的一點(diǎn)上，截頻是無(wú)窮大的，因?yàn)樗粫?huì)被任何的粗粒化改變。如果我們希望截頻在我們的裸理論中是無(wú)窮大的，我們就必須調(diào)整理論中的裸參量，使理論位于一個(gè)不動(dòng)點(diǎn)。因此，一個(gè)理論模型與參量空間的一個(gè)不動(dòng)點(diǎn)對(duì)應(yīng)。　　如果我們把系統(tǒng)從不動(dòng)點(diǎn)稍稍移位，它就會(huì)由于粗粒化沿著一個(gè)軌跡移動(dòng)，離開(kāi)或接近不動(dòng)點(diǎn)。這樣的運(yùn)動(dòng)速率在不動(dòng)點(diǎn)處為零，因此這個(gè)不動(dòng)點(diǎn)是圖21.6 中標(biāo)記符號(hào)的一個(gè)聚點(diǎn)?！　‘?dāng)系統(tǒng)由于粗?；x開(kāi)，不動(dòng)點(diǎn)被系統(tǒng)看成是一個(gè)紫外（ultra-violet，簡(jiǎn)稱uV）不動(dòng)點(diǎn)，因?yàn)樗挥谝粋€(gè)更高的能量尺度處。反之，對(duì)應(yīng)于一個(gè)紅外（infrared，簡(jiǎn)稱IR）不動(dòng)點(diǎn)。21-5紫外不動(dòng)點(diǎn)：QCD　　UV不動(dòng)點(diǎn)的一個(gè)例子是QCD中的，它呈現(xiàn)漸進(jìn)自由。這意味著在高能處耦合趨于零，因此這是一個(gè)不動(dòng)點(diǎn)，如圖21.8 所示。理想的QCD由位于零耦合處的紫外不動(dòng)點(diǎn)所控制。當(dāng)我們建立了具有有限截頻的理論時(shí)，裸系統(tǒng)就位于理想軌跡之上鄰近軌跡上的一個(gè)用空心圓標(biāo)識(shí)的點(diǎn)處（如圖21.8 所示）。

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