可畏的对称:探寻现代物理学的美丽_[美] 徐一鸿　著，张礼　译_9787302331681

　　科学家们以对称性作为指导原则，并深信这是揭示自然基础设计秘密的钥匙。本书将当
　　代物理学难以置信的发现以简单生动的方式讲述出来，介绍爱因斯坦和他的追随者通过近一
　　个世纪的努力所构造的近代物理学基础理论的框架。
　　本书第一部分从艺术、建筑、科学到物理学的弱作用宇称不守恒等方面探讨对称性与建筑设计到自然界基础规律的设计的关系；第二部分介绍爱因斯坦在创立相对论的过程中所得出的“对称性指挥设计”的观点；第三部分介绍对称性在认识和诠释量子世界中所取得的成果；第四部分介绍杨-米尔斯规范理论并将对称性思想再次引入物理学基础的舞台，在此基础上进一步探索“最终设计”及遇到的问题。曾被翻译为多种语言，深受世界各国读者喜爱。

更多理解科学丛书请见如下链接：http://book.dangdang.com/20140123_3xor1.从奇点到虫洞:广义相对论专题选讲（黑洞能被摧毁吗？什么样的虫洞才能成为星际旅行的通道？科普作家卢昌海将为您细致解读） 2.日出:量子力学与相对论（像小说一样好看的量子力学与相对论史话） 3.那颗星星不在星图上:寻找太阳系的疆界（科普作家卢昌海的经典之作，用细腻的笔触描写太阳系探索的武侠大片） 4.可畏的对称:探寻现代物理学的美丽（你想要知道上帝是如何创作这个世界的吗？我们要知道的是他的思想。诺贝尔物理学奖获得者李政道推荐。） 5.爱因斯坦的玩具:探寻宇宙和引力的秘密 6.物含妙理总堪寻:从爱因斯坦到霍金活动说明：1、预售期间订购任2本书，然后截取本网站的结算成功页面，连同可收快递的详细地址、收件人姓名、手机号及常用的E-mail地址发到hutongfuture@163.com 2、获赠资格以收到邮件顺序为准。3、活动截至2013年12月20日。更多理解科学丛书请见如下链接：http://book.dangdang.com/20140123_3xor1.从奇点到虫洞:广义相对论专题选讲（黑洞能被摧毁吗？什么样的虫洞才能成为星际旅行的通道？科普作家卢昌海将为您细致解读） 2.日出:量子力学与相对论（像小说一样好看的量子力学与相对论史话） 3.那颗星星不在星图上:寻找太阳系的疆界（科普作家卢昌海的经典之作，用细腻的笔触描写太阳系探索的武侠大片） 4.可畏的对称:探寻现代物理学的美丽（你想要知道上帝是如何创作这个世界的吗？我们要知道的是他的思想。诺贝尔物理学奖获得者李政道推荐。） 5.爱因斯坦的玩具:探寻宇宙和引力的秘密 6.物含妙理总堪寻:从爱因斯坦到霍金活动说明：1、预售期间订购任2本书，然后截取本网站的结算成功页面，连同可收快递的详细地址、收件人姓名、手机号及常用的E-mail地址发到hutongfuture@163.com 2、获赠资格以收到邮件顺序为准。3、活动截至2013年12月20日。你想要知道上帝是如何创作这个世界的吗？不是指这个或那个现象，这个或那个元素的能谱这种细节。我们要知道的是他的思想。爱因斯坦和他的追随者们，通过一个世纪的努力建构了近代物理学基础理论的框架。他们将对称性作为指导原则，并深信这是揭示自然基础设计秘密的钥匙。

推荐序一
对称的概念普遍地存在人类的文化中。在自然世界的运作里，对称亦以许多不同的姿色展现自己。对称，这个概念简单到幼儿即能了解与使用，但其精神又微妙地融入最深奥又成功的物理理论，形成描述自然界如何运作的中心概念。因此，对称是一种既明显又深奥的议题。
　　对称应用在许多不同的领域。有些相当的实用，例如应用于工程学，或是飞机左右对称的设计，或是桥梁建筑对称的设计，甚至普及于家具的设计，以满足人体工学的需要。另一方面，对称的其他用途很显然地是纯粹从审美的观点考虑，并且成为许多艺术创作的重心，在许多伟大的艺术作品中可见其宏伟壮丽的底蕴。在绘画、雕塑，或在音乐、文学作品中，对称已成为实际可量的准则。
　　在数学领域里，对称的概念不仅是订立深奥理论的出发点，更提供博大精深的洞见。在结晶学或是化学领域里，对称亦扮演关键性的角色。毋庸置疑地，在生物上的作用，对称亦占有重要的地位。在植物和动物世界的王国里，对称概念亦以不同的方式贡献于有机体是如何有效地运作。
　　举例来说，左右对称几乎普遍地存在动物世界。然而，此普遍性虽然偶尔受到违反，像是蜗牛壳扭转的螺旋形状看似不符合对称概念，但事实上我们发现了另一种更深奥的对称。虽不明显，但蜗牛壳在其行走转动的过程中展现对称，主因是受之于转动时一致性的扩展或收缩。
　　在现代基础物理，我们发现在对称和非对称之间有着最微妙的互动关系。20世纪的物理学，对称在自然界的基本作用力中扮演着独特的角色，有时置于核心，有时却捉摸不透地违反定律。对称的一些想法是相当简单且易于掌握的，而另一些则复杂到难以理解。但我深信这样的复杂，应不足以成为阻挡一般大众了解对称概念的借口。这些概念与想法经常展现出一种宏伟壮丽的美感。但这些概念若要以浅显易懂的方式向一般读者介绍说明，又要使其不被一些玄妙的语辞轰扰并仍能保持昂然的兴致，实非易事！而徐一鸿教授( A. Zee)成就了这项艰困的任务，在他这本经典之作《可畏的对称》，正以圆熟的思考及写作方式，如副标题所述地，带领读者探寻现代物理之美。
　　基础物理是门困难的学科。其中对称在此领域所扮演的关键性角色实在是很微妙！基于这个原因，使它经常受阻于无法对大众作充分或更俱深度且令人满意的解释。在艺术的领域里或在建筑学和工程学上，引用对称的特质通常并不那么困难，像是简单地利用一张图片，就能将对称的概念表述地淋漓尽致。又如对生物的描述，或是在书本中阐述水晶物质的自然美感，在此提出对称概念的说明可说是相对地轻而易举。另外在许多的作品中，阐述纯几何学或是纯数学的对称形式，因易于亲近与可见，使得仅有简单数学背景的读者们即可胜理解。但对于基础物理来说，阐述对称的角色显得特别困难，主因是角色本身经常性地呈现抽象状态，又它依赖于量子力学非直觉又令人混淆不清的基本原则息息相关。
　　对于量子物理学本身的需要，事实上并不容易理解。这是很微妙的，同时它对于深蕴在自然界运作时，不为人类所能理解的微妙意义有特别的重要性。直到对称和量子力学想法结合后，才巧妙地点出这微妙的精义，并对于我们理解自然界的基本作用力发挥关键性的突破。
　　我所说的这些主要在于彰显徐一鸿教授在此书所担负的重任，并为他撰写此书的宏伟成就感到万分钦佩。他为我们精辟地解说对称与美是如何结合的。藉由强调对称在自然界运作下如何呈现美感，而非让我们陷入数学细节的泥沼中，此外更进一步地说明在目前进展中所面临技术上及更深入的难题。
　　故事尚未结束，许多谜团及明显的矛盾仍然存在。当然，这也是它令人着迷而激起我们更想了解它的进展，并且认真地带领更多读者进入这前所未见的美妙世界。徐一鸿教授(A. Zee)的这本著作无疑地提供了绝佳的指南！

Roger Penrose

注：潘罗斯爵士，牛津大学荣誉教授，是当代最杰出的理论物理学家及世界畅销书的作家之一。与史蒂芬　霍金(Stephen Hawking)共同发表诸多重要的研究与著作。
推荐序二
　　从1606年利玛窦与徐光启翻译完成《几何原本》（前六卷）算起，科学传入中国已整整四百年。但遗憾的是，科学在中国一直没有扎根，因为我们始终把科学作为提高生产力的手段，而忽视了她文化的一面。我们出版的大多数传播科学的著作仅限于叙述具体的科学知识，对科学的灵魂是什么这类基本问题很少涉及。因此，在中国学科学，就像外国人学京剧一样困难。因为周围没有名家指点，我们从小只能照着各种教科书比划唱念做打，最终只能是形似，离神似总有相当的距离。由此看来，要尽快提高中国的科学水平，除了引进名家做指导外，出版一些诠释科学文化，阐扬科学义理的著作也是很重要的。因此，出版徐一鸿教授（Prof. Anthony Zee）所著的《可畏的对称》是值得所有爱好科学的中国人高兴的事情。
　　这本书与大多数科普著作不同，它不拘泥于讲述科学知识的细节，而是通过叙述科学家们如何一步步地窥探“上帝”设计世界的原则，将现代物理学的整体架构呈现给读者。正是此书使我明白了科学的灵魂在于追求自然之美。在这一点上，科学与艺术是相近的，但她们追求的层次不同，手段也不同。艺术靠感官直觉体验自然（包括社会）的表观的美、形象的美；而科学则靠抽象思维（主要是数学）体验自然（包括社会）的本质的美、抽象的美。有趣的是，不论抽象的美还是形象的美都讲究平衡与对称。事实上，对称已成为现代科学（尤其是物理学）的基本美学原则之一，因为对称意味着不变，不变意味着规律，而在千变万化的自然现象中揭示不变的东西（规律）正是科学的本质追求。从这种意义上讲，对称是可畏的，更是可爱的。
　　作为硕果仅存的上古文明，五千年来中华文明一直以开放的姿态对待其它文明。两千年前，我们向佛教文化学习，大大提升了本土文化的内涵。今天，我们又要向科学文化学习。可以预见，两种文化融合之时，就是中华文明重光之际。历史将证明，《可畏的对称》一书中译本的出版将为此做出重要贡献。

　　张红雨

　　序言
　　推荐序一
　　对称的概念普遍地存在人类的文化中。在自然世界的运作里，对称亦以许多不同的姿色展现自己。对称，这个概念简单到幼儿即能了解与使用，但其精神又微妙地融入最深奥又成功的物理理论，形成描述自然界如何运作的中心概念。因此，对称是一种既明显又深奥的议题。
　　对称应用在许多不同的领域。有些相当的实用，例如应用于工程学，或是飞机左右对称的设计，或是桥梁建筑对称的设计，甚至普及于家具的设计，以满足人体工学的需要。另一方面，对称的其他用途很显然地是纯粹从审美的观点考虑，并且成为许多艺术创作的重心，在许多伟大的艺术作品中可见其宏伟壮丽的底蕴。在绘画、雕塑，或在音乐、文学作品中，对称已成为实际可量的准则。
　　在数学领域里，对称的概念不仅是订立深奥理论的出发点，更提供博大精深的洞见。在结晶学或是化学领域里，对称亦扮演关键性的角色。毋庸置疑地，在生物上的作用，对称亦占有重要的地位。在植物和动物世界的王国里，对称概念亦以不同的方式贡献于有机体是如何有效地运作。
　　举例来说，左右对称几乎普遍地存在动物世界。然而，此普遍性虽然偶尔受到违反，像是蜗牛壳扭转的螺旋形状看似不符合对称概念，但事实上我们发现了另一种更深奥的对称。虽不明显，但蜗牛壳在其行走转动的过程中展现对称，主因是受之于转动时一致性的扩展或收缩。
　　在现代基础物理，我们发现在对称和非对称之间有着最微妙的互动关系。20世纪的物理学，对称在自然界的基本作用力中扮演着独特的角色，有时置于核心，有时却捉摸不透地违反定律。对称的一些想法是相当简单且易于掌握的，而另一些则复杂到难以理解。但我深信这样的复杂，应不足以成为阻挡一般大众了解对称概念的借口。这些概念与想法经常展现出一种宏伟壮丽的美感。但这些概念若要以浅显易懂的方式向一般读者介绍说明，又要使其不被一些玄妙的语辞轰扰并仍能保持昂然的兴致，实非易事！而徐一鸿教授( A. Zee)成就了这项艰困的任务，在他这本经典之作《可畏的对称》，正以圆熟的思考及写作方式，如副标题所述地，带领读者探寻现代物理之美。
　　基础物理是门困难的学科。其中对称在此领域所扮演的关键性角色实在是很微妙！基于这个原因，使它经常受阻于无法对大众作充分或更俱深度且令人满意的解释。在艺术的领域里或在建筑学和工程学上，引用对称的特质通常并不那么困难，像是简单地利用一张图片，就能将对称的概念表述地淋漓尽致。又如对生物的描述，或是在书本中阐述水晶物质的自然美感，在此提出对称概念的说明可说是相对地轻而易举。另外在许多的作品中，阐述纯几何学或是纯数学的对称形式，因易于亲近与可见，使得仅有简单数学背景的读者们即可胜理解。但对于基础物理来说，阐述对称的角色显得特别困难，主因是角色本身经常性地呈现抽象状态，又它依赖于量子力学非直觉又令人混淆不清的基本原则息息相关。
　　对于量子物理学本身的需要，事实上并不容易理解。这是很微妙的，同时它对于深蕴在自然界运作时，不为人类所能理解的微妙意义有特别的重要性。直到对称和量子力学想法结合后，才巧妙地点出这微妙的精义，并对于我们理解自然界的基本作用力发挥关键性的突破。
　　我所说的这些主要在于彰显徐一鸿教授在此书所担负的重任，并为他撰写此书的宏伟成就感到万分钦佩。他为我们精辟地解说对称与美是如何结合的。藉由强调对称在自然界运作下如何呈现美感，而非让我们陷入数学细节的泥沼中，此外更进一步地说明在目前进展中所面临技术上及更深入的难题。
　　故事尚未结束，许多谜团及明显的矛盾仍然存在。当然，这也是它令人着迷而激起我们更想了解它的进展，并且认真地带领更多读者进入这前所未见的美妙世界。徐一鸿教授(A. Zee)的这本著作无疑地提供了绝佳的指南！
　　罗杰?潘罗斯 (Roger Penrose)
　　注：潘罗斯爵士，牛津大学荣誉教授，是当代最杰出的理论物理学家及世界畅销书的作家之一。与史蒂芬?霍金(Stephen Hawking)共同发表诸多重要的研究与著作。
　　推荐序二
　　从1606年利玛窦与徐光启翻译完成《几何原本》（前六卷）算起，科学传入中国已整整四百年。但遗憾的是，科学在中国一直没有扎根，因为我们始终把科学作为提高生产力的手段，而忽视了她文化的一面。我们出版的大多数传播科学的著作仅限于叙述具体的科学知识，对科学的灵魂是什么这类基本问题很少涉及。因此，在中国学科学，就像外国人学京剧一样困难。因为周围没有名家指点，我们从小只能照着各种教科书比划唱念做打，最终只能是形似，离神似总有相当的距离。由此看来，要尽快提高中国的科学水平，除了引进名家做指导外，出版一些诠释科学文化，阐扬科学义理的著作也是很重要的。因此，出版徐一鸿教授（Prof. Anthony Zee）所著的《可畏的对称》是值得所有爱好科学的中国人高兴的事情。
　　这本书与大多数科普著作不同，它不拘泥于讲述科学知识的细节，而是通过叙述科学家们如何一步步地窥探“上帝”设计世界的原则，将现代物理学的整体架构呈现给读者。正是此书使我明白了科学的灵魂在于追求自然之美。在这一点上，科学与艺术是相近的，但她们追求的层次不同，手段也不同。艺术靠感官直觉体验自然（包括社会）的表观的美、形象的美；而科学则靠抽象思维（主要是数学）体验自然（包括社会）的本质的美、抽象的美。有趣的是，不论抽象的美还是形象的美都讲究平衡与对称。事实上，对称已成为现代科学（尤其是物理学）的基本美学原则之一，因为对称意味着不变，不变意味着规律，而在千变万化的自然现象中揭示不变的东西（规律）正是科学的本质追求。从这种意义上讲，对称是可畏的，更是可爱的。
　　作为硕果仅存的上古文明，五千年来中华文明一直以开放的姿态对待其它文明。两千年前，我们向佛教文化学习，大大提升了本土文化的内涵。今天，我们又要向科学文化学习。可以预见，两种文化融合之时，就是中华文明重光之际。历史将证明，《可畏的对称》一书中译本的出版将为此做出重要贡献。
　　
　　张红雨
　　众所周知，人体有着显著的左右对称性，世界分为左边和右边的概念早在人们幼年时期就被接受了。显然，生物进化造成人体和多数野兽身体左右对称。耳和眼的对称安排显然是为了立体接收的需要，腿的对称安排是为了直线行走。甚至我们在银幕上看到的外星人也被赋予左右对称。左右对称在生物世界是如此压倒一切，如果我们看到不对称的东西倒真正是又奇怪又有趣了。
　　人们都知道人脑分为具有不同功能的左脑和右脑。鸡的一个卵巢是萎缩而没有功能的，这提供了另一个例子。我所知道的最惊人的例子或许就是生活在美洲热带水域中的花科的小鱼。我从桂?穆尔契（Guy Murchie）的描述中摘引一段：
　　最不寻常的特征是雄鱼的性器官，它显然是由腹鳍演化而来的，有鱼的一半那样长。在勃起时它胀大并指向前方，在某些品种中它的尖端甚至达到了鱼的鼻子，但却向左或向右偏30°。在几个品种中，雄鱼生殖器还有指状的副肢，可以想像用它们进入雌鱼体内是很方便的。有时它还有两个弯曲的梳状鳍（显然是从边鳍演化而来）帮忙，用它们可以在此时抱紧雌鱼。但雌鱼也应该在正确的一侧长着生殖穴，左边或右边，好接受雄鱼，否则交配就失败了。
　　人类的意识喜欢基于双边对称设计的经济性。我们只要看看四周的一般建筑物，就会发现设计者经常使用这个设计原则。但人类意识也能作出奇怪的联想。
　　西方绘画年展大量地展示这两种倾向。看一下典型的文艺复兴时期的宗教画，它严格遵循将一对圣者安排在中央的神两侧。通常在神右侧的圣者在排序中比左侧的地位要高一些。画面上一般是夫妇二人，男人总是跪在右边。另一个约定是，在经典绘画中光总是从神的右侧射进来。很有趣的是，许多有名的艺术家在以销售他们的画为目的而作画时有意地违反这个约定。例如，伦勃朗就不愿意为遵守右高于左的约定而对其蚀刻画作出调整。在这里我要对读者做一个小测验。想一下在你的记忆中，在西斯廷教堂天花板上米开朗琪罗的创造人的画中，上帝是用他的右手还是左手触摸亚当？
　　男人的上衣纽扣是在右边，而女人的上衣纽扣是在左边。标准的解释是，男人在处于困境时，可以用左手很快脱去上衣，用右手拔出剑来。对用右手的人，操作钉在左边的纽扣更方便些。但夫人们不是自己穿衣和脱衣的，这是侍女们的事，所以还是纽扣在左边更方便些。
　　我们现在回到物理学。自然是否也像从前进晚餐的人那样在乎左和右？如果自然不在乎，物理学家就说世界是宇称不变或反射不变的。我在这里要精确一些，给宇称不变性一个可操作的定义。任意选一个你喜欢的物理现象，从两个台球碰撞到原子发光。放一个镜子在它前面，问下面的问题：我们在镜中看到的过程是否和我们所知的自然定律相矛盾？如果不，我们说管理这个过程的定律是宇称不变的。这个定义是小心措辞的，以避免涉及左右不对称这样本没有内在物理兴趣的问题。
　　说物理是宇称不变的，并“不是”说镜中的世界和我们的世界一样。当我在镜中看我自己时，我看到一个像我的人，但他的心脏在他的右侧，他的表针逆时针走。甚至他的DNA分子的螺旋也是反方向的。问题是说，物理定律并不禁止心脏长在右侧的人存在。如果我们一直用我们双螺旋镜像的生物分子喂养他（和他的祖先），他的双螺旋确实往相反方向转。当然创造这样一个人在生物学家能力之外，但一个钟表匠却能创造一只表针逆时针行走的表。它将遵守物理学的宇称不变的定律，并精确地保持指示同一时间。
　　对物理学家来讲，我们的心脏偏在身体左侧没有什么内在的意义，仅是生物进化的偶然事件而已。最早的钟表匠们达成了共识，让钟表的针顺时针方向走。类似地，某些有机分子的螺旋向哪一个方向旋也被认为没有什么基本的意义。化学家确实能创造自然界分子的镜像分子，它们确有同样的物理性质。我们很容易想像，在生命起源的时期，两种类型的有机分子都存在。但由于统计上的涨落，一种分子比另一种稍微多一点，结果就变成压倒性的，把另一种推到绝灭。
　　在《爱丽丝漫游奇境记》的续篇《穿过镜子》中，刘易斯?卡洛尔描绘了我们大多数人，特别是孩子，有过的幻想。我以极大的兴趣观察了我的小儿子如何对待他的镜像。一个孩子突然意识到镜中的像并不是一个独立的人以后，就用成人的眼光看镜子了。纳尔西索斯希腊神话中的人物，他爱恋自己在水中的影子而憔悴致死，死后变为水仙花。译注（Narcissus）确是一个奇怪的人。
　　爱丽丝爬过壁炉架上的镜子，发现自己到了另一个世界。卡洛尔的幻想提供给我们叙述宇称不变概念的精确方法。让我们追随爱丽丝到镜内的世界去。
　　所有的东西看起来有趣的稍有不同，这与我们无关。我们希望找到一个物理学家，并问他基本粒子如何相互作用。如果他的定律和我们所知的一样，我们就下结论：自然并不区别左和右。
　　……

你还可能感兴趣

我要评论