The Complete Idiot's Guide to String Theory pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:

作者:Musser, George

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:

价格:$ 33.84

装帧:

isbn号码:9781433275586

丛书系列:

图书标签:

String Theory
Physics
Quantum Physics
Cosmology
Theoretical Physics
Science
Popular Science
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具体描述

宇宙的终极织锦：深入探索弦理论的奥秘本书导言：超越我们所知的现实边界自古以来，人类便仰望星空，试图理解构成我们宇宙的基本要素。从亚里士多德的四元素说到牛顿的万有引力，再到爱因斯坦的相对论，物理学不断刷新着我们对实在的认知。然而，当我们将目光投向微观世界——量子领域，以及宏大宇宙——引力支配的疆域时，两种描述世界的理论却水火不容。量子力学精妙地描述了粒子和力的行为，而广义相对论则完美地诠释了时空的弯曲与引力。要构建一个“万有理论”（Theory of Everything），必须将这两大支柱整合起来。《宇宙的终极织锦》正是为了带领读者走上这条极具挑战性却又无比迷人的探索之路而创作的。它并非一本入门指南，而是为那些已经对基本物理学概念（如经典力学、电磁学、狭义相对论以及量子力学的基本原理）有所了解，并渴望深入理解现代物理学最前沿、最具争议性的理论——弦理论——的读者而准备的深度剖析。第一部分：理论的崩塌与新范式的诞生本部分将首先回顾现代物理学的两大基石及其内在的矛盾。我们将详细解析广义相对论在普朗克尺度下失效的原因，以及量子场论在处理引力子时遭遇的无穷大问题。这并非简单的知识回顾，而是着重于“为什么”我们需要弦理论。重访时空与物质的本质：我们将深入探讨爱因斯坦的几何化引力观，理解引力子作为玻色子的一种，为何难以被纳入标准的粒子物理学模型（即粒子表）。量子引力的困境：通过对费曼图的深入分析，读者将清晰地认识到传统量子场论在引力不可重整化方面的技术性难题。弦理论的萌芽：介绍费米子和玻色子在早期弦理论中的尝试性结合，以及发现超对称性（Supersymmetry）的革命性意义——如何自然地消除了理论中的有害无穷大，为引力子的存在提供了结构性的基础。第二部分：弦的几何与维度的展开弦理论的核心概念在于将基本粒子视为一维的“弦”的不同振动模式。本部分将彻底解构这一核心假设，并探讨它所必需的非直觉性后果。一维振动的优雅：详细阐述弦的两种基本类型——开弦和闭弦，以及它们如何分别对应于不同的基本粒子（如光子、胶子，以及关键的引力子）。超对称的必然性：深入探讨超对称理论如何将物质粒子（费米子）和力粒子（玻色子）配对，这是现代弦理论（超弦理论）的基石。隐藏的维度：为什么弦理论需要额外的空间维度？我们将分析数学上所需的维度数量（通常是10维或11维），并详细介绍卡拉比-丘流形（Calabi-Yau Manifolds）的概念。读者将学习到这些紧致化的额外维度是如何“卷曲”起来，以至于在我们日常的四维时空（三维空间加一维时间）中无法被直接观测到的。我们将讨论不同紧致化方案如何对应于不同的低能有效理论，解释为什么宇宙中存在着如此多样的粒子和相互作用。第三部分：五大超弦与M理论的统一在超弦理论的发展历程中，科学家们曾发展出五种自洽的理论：I型、IIA型、IIB型、异于（Heterotic）EO和异于（Heterotic）O。本部分将聚焦于这些理论如何通过对偶性（Duality）联系起来，并最终指向一个更宏大的框架——M理论。对偶性的威力：深入解析强/弱耦合对偶性（S-duality）和T-对偶性。这些数学工具揭示了看似截然不同的理论在物理上是等价的，极大地简化了对某些物理过程的计算。膜（Branes）的世界：介绍P-膜的概念，特别是D膜（Dirichlet Branes）。膜不再是理论的背景，而是可以承载弦的开放端和描述物质存在的动态实体。我们将讨论如何利用D膜来构建标准模型的粒子集。 M理论的轮廓： M理论被认为是十一种维度下的终极统一理论。我们将探讨它如何将五种超弦理论统一起来，以及它在强耦合极限下的特性。尽管M理论尚未被完全表述，但我们将探讨其基于超引力学和非交换几何的前沿猜想。第四部分：弦理论的宇宙学与实验挑战理论的优美性并不等同于其实验可检验性。本部分将探讨弦理论在宇宙学领域（如暴胀理论）的应用，以及其面临的巨大实验障碍。景观（The Landscape）问题：由于卡拉比-丘流形的紧致化方式存在天文数字般的可能性，弦理论似乎可以预测无数个不同的真空态，每个真空态对应一个拥有不同物理常数的“小宇宙”。我们将讨论这个“景观”如何影响物理学寻找“唯一解”的努力。可观测的痕迹：尽管直接探测弦的尺度（普朗克长度）遥不可及，但理论预测的某些间接效应，如超对称粒子的存在、额外维度的微小引力效应，以及宇宙微波背景辐射中的特定扰动，仍是物理学家们寻找突破的方向。黑洞熵与信息悖论：弦理论在解决黑洞热力学方面取得了重大成就，特别是通过对D膜的计数，成功地再现了贝肯斯坦-霍金的黑洞熵公式。我们将详细分析弦理论如何为霍金信息悖论提供可能的解决路径。结语：未来的方向《宇宙的终极织锦》将以对物理学未来的展望作结。弦理论仍是一个充满活力、不断发展的领域。它可能不是最终答案，但它无疑为我们提供了一套极其强大的数学语言，去探索自然界最深层次的结构。本书旨在激发读者对物理极限的思考，并理解这场人类认知史上最宏大的智力冒险。