读书笔记(十七)再读 The Theory of Almost Everything

 

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读了费曼的《QED:The Strange Theory of Light and Matter》之后,非常有兴趣地把 The Theory of Almost Everything 这本我读过的 Kindle 书再读一遍。虽然此书之前读过并写了读书笔记,这次再读,很多内容毫无印象。可能上次一目十行读得太快,也可能是读完费曼的书后,之前读不懂的地方现在读懂了。读不懂当然印象不深。

总的来说,The Theory of Almost Everything 一书力图把理论物理中的数学尽可能浅显的解释清楚,读了之后不但对基础物理有更多的了解,而且对数学也能有更深的认识;对理论物理和数学之间的联系也会有新的体会。

虽然一开始重读爱不释手,读到最后两章(第11、12章)也索然无味了,花了四天的零散时间,虎头蛇尾读完第二遍。的确是温故而知新,比第一遍的收获更多。下面简单罗列12章的内容。

第1章,介绍经典物理学中物质和场的观点。如气体对容器的压力是由气体分子无规则运动造成。牛顿的引力场和麦克斯韦的经典电磁场的概念。

第2章,介绍狭义相对论中时间和空间融合为时空。又介绍物理中对称性和守恒的联系。

第3章,介绍薛定谔方程和量子力学的产生,可解释元素周期表和化学变化。

第4章,光有粒子特性,爱因斯坦解释光电效应的工作得到诺贝尔物理奖。反之,电子也有场的特性,甚至C60分子都有衍射现象。作者不厌其烦的重复阐述的量子力学的概率的世界观,区别于牛顿的机械世界观。这是一个重要的现代物理主流观点。自由意志由此成为可能?

第5章,狄拉克的理论预言正电子。介绍费曼的QED理论。

第6章,介绍施温格的理论,被戴森证明和费曼的QED等价。费曼、施温格和一个日本人因此获得诺贝尔物理奖。不管是费曼的理论,还是施温格理论,他们建立的相对量子场论(relativistic quantum field theory)都是有悖常识、难以理解的(即其数学理论只是描述了事件发生的概率)。这和牛顿力学与拉格朗日力学所体现出不同的物理哲学有类似之处。

第7章,云室或对撞机实验中,大量新粒子的发现。

第8章,盖尔曼提出夸克模型。丁肇中发现Charm夸克(第四种夸克)是夸克模型一大重要支持,因此得诺贝尔物理奖。关于强相互作用的QCD因此建立。

第9章,作者又花了许多笔墨解释了如何人为的建立一个类似于QED、QCD的相对量子场论(relativistic quantum field theory)。关于弱相互作用的相对量子场论就是这样建立的。弱相互作用主要体现有:beta裂变、太阳核聚变等等。QED和弱相互作用还能统一成一个相对量子场论,这工作也得到了诺贝尔物理学奖。

第10章,至此,可以复述完整的标准模型理论。该理论缺点:怎么有10多个人为的常数?为何恰有三组基本费米子(up、down夸克、电子、中微子是一组)?但基本和宇宙学的发现吻合。另介绍了我们所在世界的一大重要现象:宇称不守恒。杨振宁、李政道因此得诺贝尔物理学奖,吴健雄做实验证实。

第11章,标准模型的更多缺陷:太阳中微子问题、暗物质无法解释等等。虽然书名是The Theory of Almost Everything。但是弱算是暗物质等,标准模型所解释的只是世界的一小部分。

第12章,如何进一步发展大一统理论:超对称理论?弦论?等等。

注:此书于2006年出版,在2012年Higgs玻色子发现之前。

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