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出版者:Mathematical Assn of Amer

作者:Shenitzer, Abe (EDT)/ Stillwell, John (EDT)

出品人:

页数:302

译者:

出版时间:2002-2

价格:USD 39.95

装帧:Paperback

isbn号码:9780883855362

丛书系列:Spectrum Series

图书标签:

• 数学史
• 数学发展
• 数学演变
• 数学思想
• 数学哲学
• 科学史
• 数学教育
• 数学普及
• 数学文化
• 数学传承

探索未知的边界：一部关于现代物理学与宇宙深层结构的著作 书名：《时空之钥：量子引力与多维宇宙的猜想》 作者：[此处留空，或代入一个富有想象力的作者名，如：阿德里安·凡·德·维尔德] 【内容简介】 《时空之钥：量子引力与多维宇宙的猜想》并非仅仅是对现有物理学理论的梳理与总结，它是一次勇敢的、深入的思维探险，旨在叩问宇宙最深层的奥秘：时间与空间如何结合？物质的基本构成粒子是否只是更高维度投影的残影？ 本书的叙事跨越了宏观宇宙学与微观量子场论的鸿沟，聚焦于当代理论物理学最前沿、也最具争议性的领域——量子引力。我们深知，爱因斯坦的广义相对论在描述宏大引力场方面取得了无可匹敌的成功，而量子力学则精确地刻画了亚原子世界的奇异行为。然而，当两者试图在黑洞奇点或宇宙大爆炸的瞬间交汇时，数学公式便崩溃了，现有的物理学框架也随之瓦解。本书的核心目标，便是系统地梳理并推进那些试图弥合这一深刻裂痕的理论尝试。 第一部分：引力的悖论与量子化的召唤 本卷首先对经典引力理论进行了回顾，但重点很快转向了它的内在局限性。我们审视了史瓦西半径的物理意义，并深入探讨了信息悖论——落入黑洞的信息是否真的永远丢失？这不仅仅是一个哲学问题，更是对量子力学基本原理——幺正性——的严峻挑战。 随后，我们进入量子的幽暗森林。通过对标准模型的深入剖析，我们发现描述强、弱、电磁相互作用的量子场论是何等精妙，但唯独引力被排除在外。作者详细阐述了尝试将引力子引入量子场论所遇到的困难：无穷大的出现，以及重整化努力的失败。这引出了一个核心论点：我们可能需要一种全新的几何学或拓扑学来描述时空本身，而非将其视为一个被动的舞台。 第二部分：弦论的交响与膜世界的低语 本书的中间部分是献给弦理论（String Theory）这一宏伟的数学结构。我们摒弃了那些过度简化的通俗解读，转而深入研究了其数学基础——超对称性（Supersymmetry）的引入如何稳定了理论，并从一维的弦演化到更高维度的膜（Branes）。 我们细致地考察了卡拉比-丘流形（Calabi-Yau Manifolds）在紧化额外维度中的关键作用。作者解释了为何这些高度复杂的几何结构是解决“真空选择”问题的关键，以及它们如何决定了我们所观测到的基本粒子质量和耦合常数。本书并非仅仅是介绍弦论的术语，而是尝试揭示其内部的数学逻辑和美学：一个统一所有基本力的终极理论的诱人前景。 但我们同样不会回避弦论面临的巨大挑战：缺乏可直接检验的实验预测，以及理论所要求的巨大且难以想象的维度数量。 第三部分：圈量子引力与时空原子的构想 与将粒子视为基本单元的弦论相对，本书为读者呈现了另一种截然不同的量子引力路径——圈量子引力（Loop Quantum Gravity, LQG）。LQG的哲学基础在于：时空本身是量化的。 读者将跟随作者构建“自旋网络”（Spin Networks）和“自旋泡沫”（Spin Foams）的复杂图景。在这里，空间不再是平滑连续的背景，而是由离散的、相互连接的“圈”构成的网络。时间的概念也随之被重塑为离散的事件序列。本书详尽地分析了如何通过这些离散结构重新导出爱因斯坦方程的低能近似，并讨论了LQG如何自然地避免了标准模型中黑洞奇点和宇宙大爆炸奇点的出现，取而代之的是“大反弹”（Big Bounce）的图景。 第四部分：多重宇宙与信息的终极归宿 在对两种主流量子引力路径进行深入对比之后，本书将目光投向了更具思辨性的领域：多重宇宙（Multiverse）的猜想。 我们探讨了弦论景观（String Landscape）——理论允许存在海量不同真空态的可能性，以及它们如何对应于不同物理常数的宇宙集合。接着，我们转向了宇宙学层面的多重宇宙概念，如永恒暴胀（Eternal Inflation）模型如何自然地产生无数的气泡宇宙。 然而，本书的收官部分聚焦于哲学与信息论的交汇点。如果时空本身是构造出来的，那么信息是否是宇宙最基本的实体？我们审视了量子信息理论在理解时空涌现中的潜力，特别是“ER=EPR”猜想——即虫洞（爱因斯坦-罗森桥）与量子纠缠之间的深刻联系。这暗示着时空的连接性可能源于纠缠，而非反之。 【本书的独特价值】 《时空之钥》的写作风格力求严谨而富有洞察力，避免了不必要的数学推导，但确保了核心概念的清晰传达。它不是教科书，而是一份对当代物理学最前沿探索的导览图，面向的是那些对宇宙终极结构充满好奇、渴望理解我们存在基础的读者。本书不提供简单的答案，而是提供一套理解复杂问题的工具和框架，邀请读者一同参与这场对现实本质的深刻追问。它描绘了一幅关于时空、引力和物质的宏大画卷，其色彩来源于那些尚未被完全证实的、却又极其优美的数学构想。它探讨的远超“是什么”，而在于“为什么会是这样”。

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