神的方程式: 對萬有理論的追尋 | 誠品線上

The God Equation: The Quest for a Theory of Everything

內容簡介

內容簡介 一段史詩般的旅程—— 以加來道雄特有的熱忱和清晰文筆寫成， 娓娓道出了歷來科學家們前仆後繼追尋「神的方程式」的故事。 具有權威性又明晰易懂的出色之作！ 讀過此書，相當於將整個物理發展史走過一遍。 神的方程式——「萬有理論」，它是科學的巔峰成就、物理學的聖杯，從這則公式可以推導出其他所有方程式，那會是自從古人問道：「世界是以什麼組成的？」以來，歷經兩千年科學探尋所成就的最終產物。這是個令人屏息的願景。 加來道雄寫出這一段求知的故事——努力追尋「萬有理論」，一個革命性的「神的方程式」。愛因斯坦投入一生致力尋覓這個難以捉摸的物理聖杯，想藉此要把宇宙間所有力聯繫在一起，但他始終沒有找到它。物理學界幾位最偉大的心智，從霍金到布萊恩•葛林（Brian Greene），也接手展開搜尋，但迄今仍沒有人成功。 在《神的方程式：對萬有理論的追尋》這本書中，知名理論物理學家加來道雄帶領讀者踏上一趟令人難以置信的旅程，走過一段史詩般蜿蜒曲折的路途，那也是他終身大半期間都興味盎然的謎團。他引領我們走過現代物理學的關鍵爭執，從牛頓的重力理論經由相對論和量子力學，乃至於弦論領域的最晚近發展，讓讀者了解這段物理學家們前仆後繼探尋萬有理論的辛苦過程。這是一段講述令人眼花撩亂的突破，以及山窮水盡的死胡同的故事，由加來道雄秉持感人肺腑的熱情，以他的生花妙筆清楚道出。

各界推薦

各界推薦 【專文導讀】 侯維恕｜臺灣大學物理學系講座教授 【專業推薦】 從古到今，「神」一直存在於人類的各種文化裡。對於科學家而言，「神」是造物者或大自然的代稱，而神的方程式即是大自然運行的規律。這本書介紹了科學家們努力追尋的過程，與發現規律的感動。正是這些過程與感動，讓科學家們樂此不疲，也將使讀者如身歷其境般地踏上探險之旅！ —— 江瑛貴｜清華大學天文研究所教授 科學家們有個夢，夢想有一天能找到將四種自然力統一的萬能方程式，期待它能解開萬物的規律，宇宙的起源。這是一項艱鉅但充滿驚喜的工作。作者以淺顯易懂的故事敘述，展現了科學家們追根究柢的態度、鍥而不捨的科研歷程， 引人入勝。 —— 李景輝｜中央研究院天文及天文物理研究所研究員 到底是否存在著一個萬有理論，能解釋我們整個宇宙的所有現象?弦理論似乎是目前最有可能的候選人。身為相關理論研究的先驅，加來道雄博士在本書中從早年的物理研究，一直論述到弦理論目前的發展，讀過此書，相當於將整個物理發展史走過一遍。儘管加來教授為從事弦理論的研究，在本書中也提及有些物理學家對弦理論的疑慮，使我們能從不同角度探討此一問題，本書是一本值得推薦的科普著作。 —— 周 翊｜中央大學天文研究所所長 【國內專家學者齊聲推薦】 江瑛貴｜清華大學天文研究所教授 李景輝｜中央研究院天文及天文物理研究所研究員 周 翊｜中央大學天文研究所所長 高涌泉｜臺灣大學物理學系教授 陳文屏｜中央大學天文研究所講座教授 【各界好評推薦】 一段明晰易解的探索求知歷程，把愛因斯坦的廣義相對論和量子理論結合起來，創建出有關宇宙之本質的無所不包的「萬有理論」。 ——安得魯‧安東尼（Andrew Anthony），《觀察家報》（The Observer） 加來道雄運用易於掌握的現實闡述來解釋深奧的數學，並說明理論物理學突破是如何對人類經驗產生了有形的影響……撰述出既令人費解，卻也清晰易讀令人訝異的成果。 ——皮帕‧貝利（Pippa Bailey），《新政治家》（New Statesman） 這是一位高明的科學溝通者撰寫的出色書籍……倘若有任何人能掀開弦論的深奧數學和物理學的神祕面紗，那就是加來道雄了。而且在這本精彩的小書當中，他也正是辦到了這點——以清楚簡單的語彙，解釋了種種概念上的突破、死胡同和懸而未決的問題——投入搜尋大一統萬有理論……《神的方程式》令人驚豔……加來道雄，完美的說書人，為我們帶來一套引人入勝的、未經修飾的論述……他的書提出了理論物理學的最前沿理念，並讓讀者在下一場重大突破發生之時做好準備。」 ——《華爾街日報》（The Wall Street Journal） 具有權威性又明晰易懂！ ——《自然》（Nature） 加來道雄以生花妙筆評述我們這處宇宙的結構，彰顯知識巨人所做出的貢獻，闡述延續那趟艱鉅探索使命的人士，如何在數十年期間投入尋覓捉摸不定的萬有理論……檢視這種誘人理論，加來道雄勾勒出它的許諾、問題和它所展現的令人嘆為觀止，幾乎無從領會的種種可能性。加來道雄的這部最新作品，捕捉了宇宙、我們的行星和有關於我們自己的令人敬畏又神祕難解之美，而且凡是投入思忖存在的任何人，對此都會心醉神迷。 ——《書單》（Booklist） 令人迷醉……加來道雄發揮他釐清費解概念的專才，讓這部作品成為真正令學子大開眼界的作品。 ——《出版者周刊》（Publisher's Weekly） 記錄「物理學聖杯」之搜尋的老練著述……深具啟發性……一部重要的著作。 ——《柯克斯書評》（Kirkus Reviews）

作者介紹

作者介紹 加來道雄加來道雄 Michio Kaku／超弦論奠基者、當代物理大師 日裔美籍科學家，現為紐約市立大學理論物理學教授，也是國際公認的理論物理學權威。哈佛大學畢業，加州大學柏克萊分校物理博士，是建立「超弦理論」的科學家之一。他寫了幾本頗受歡迎的物理教科書，成為許多一流實驗室的指定讀物。過去十年來，他在紐約市電台主持一個現場call in，全美播放，是相當受聽眾歡迎的科普教育節目。他從小喜歡閱讀科幻小說，尤其深受艾西莫夫啟蒙。由於當時小說充斥著交待不清的物理情節，促使他長大後立志從事理論物理研究。著作包括《穿梭超時空》（商周）、《平行宇宙》（暖暖書屋），以及近年來的《2100科技大未來》、《2050科幻大成真》及《離開太陽系：移民火星、超人類誕生到星際旅行，探索物理學家眼中的未來世界》（時報出版）。目前加來道雄和家人定居紐約。蔡承志蔡承志 國立政治大學心理學碩士，第七屆「吳大猷科普著作獎」翻譯類金籤獎得主。一九九四年起業餘投入科普書翻譯，一九九九年轉任全職迄今，期間也從事Discovery頻道字幕翻譯三年。累計作品近九十本，包括：《眺望時光的盡頭》、《給未來總統的物理課》、《星際效應》、《好奇號帶你上火星》、《無中生有的宇宙》、《時空旅行的夢想家：史蒂芬．霍金》、《大人的物理學：從自然哲學到暗物質之謎》、《詩性的宇宙》、《大轉折：百年科學匯流史》、《伊波拉浩劫》、《下一場人類大瘟疫》和《最後一個知識人》等。

產品目錄

產品目錄 導讀 前言：簡介最終理論 第一章 一以貫之 ―古老的夢想 第二章 愛因斯坦對統一的探求 第三章 量子崛起 第四章 幾近萬有理論 第五章 暗宇宙 第六章 弦論興起：指望和問題 第七章 尋找宇宙的意義 結論 致謝 註釋 文獻選讀

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試閱文字

內文 : 前言：簡介最終理論
它的目標是要成為最終理論（final theory），那是個單一的框架，循此來統合宇宙的所有力，並編排出從膨脹宇宙的運動到次原子粒子的最細微舞動等所有動作。箇中難題在於要寫出一則具有高度數學優雅特性，並能把物理學完整包納在內的方程式。
好幾位舉世最出色的物理學家都潛心探尋。史蒂芬．霍金（Stephen Hawking）甚至還為他的一次演說冠上一則帶有喜慶意味的標題 ―〈理論物理學是否終點在望？〉（Is the End in Sight for Theoretical Physics?）。
倘若這項理論成功了，那就會成為科學的巔峰成就。它就會成為物理學的聖杯，那會是一則公式，而且原則上從它就可以推導出其他所有方程式，從大爆炸開始，接著一路進展來到宇宙的終點。那會是自從古人問道：「世界是以什麼組成的？」以來，歷經兩千年科學探尋所成就的最終產物。
這是個令人屏息的願景。

愛因斯坦的夢想
我最早是在八歲童稚時期見識了這個夢想所帶來的挑戰。有一天，報紙發布一位偉大科學家去世的消息。報紙上刊出了一幀令人難忘的照片。
那是他的書桌的影像，上面有一本攤開的筆記簿。文字說明聲稱，我們這個時代最偉大的那位科學家，沒辦法完成當初由他所啟動的工作。我覺得很驚奇。到底是什麼問題那麼困難，連偉大的愛因斯坦都解決不了？
那本簿子裡面寫了他的未完成的萬有理論（theory of everything），愛因斯坦稱之為統一場論（unified field theory）。他想擬出一則方程式，或許不比一英吋還長，藉此他就能夠，按照他的說法，「讀取上帝的心思」（read the mind of God）。
當時我並沒有完全意識到，那是個何等壯闊的問題，於是決定追隨這位偉人的腳步，期望能扮演個小角色，協力完成他的求知使命。
然而還有其他許多人都試過了，而且失敗了。如同普林斯頓的物理學家弗里曼．戴森（Freeman Dyson）所述，通往統一場論的道路上，滿失敗嘗試的屍骸。
然而，時至今日，許多領導物理學家都認為，我們終於逐步向答案趨近了。
領先的（也是我心目中唯一的）候選理論稱為弦論（string theory），根據這個學理，構成宇宙的並不是點狀粒子，而是纖小的振動弦，發出的每個音符分別對應於一顆次原子粒子。
倘若我們有一台倍率夠高的顯微鏡，我們就能看出，電子、夸克、微中子等，其實都只不過是模樣像橡皮圈的纖小環圈的振動。只要我們以種種不同方式來撥動橡皮圈充分次數，最後我們就會創造出宇宙間的所有已知次原子粒子。這就表示，所有物理學定律，全都可以歸結化為這些弦的和聲。化學就是我們能以那些弦奏出的旋律。宇宙就是一首交響樂。而上帝的心思，愛因斯坦以妙筆寫出的課題，則是在時空中共鳴的宇宙音樂。
這不單只是個學術問題。每當科學家破解了一種新的力，結果都改變了文明的進程，並扭轉了人類的命運。舉例來說，牛頓發現了運動和重力的定律，為機器時代和工業革命奠定了基礎。麥可．法拉第（Michael Faraday）和詹姆斯．馬克士威（James Clerk Maxwell）有關電與磁的學理解釋，為我們的都市照明鋪設了坦途，並帶給我們強有力的電動馬達和發電機，以及藉由電視和收音機的即時通訊。愛因斯坦的 E = mc2 解釋了恆星的動力，並協助破解了核力（nuclear force）之謎。當埃爾溫．薛丁格（Erwin Schrödinger）、維爾納．海森堡（Werner Heisenberg）和其他人解開了量子理論的祕密，他們也為我們帶來了今天的高科技革命，還賦予我們超級電腦、雷射、網際網路和我們客廳裡面的種種驚人美妙器具。
追根究柢，那所有現代技術，全都根源自逐步發現世界基本作用力的科學家。現在，科學家已經有可能把統一這四種自然力 ―重力、電磁力和強核力與弱核力 ―的理論彙整起來，構成單獨一個理論。到最後，它就有可能破解科學一切範疇的最深奧謎團和問題，好比：
● 大爆炸之前發生了什麼事情？為什麼一開始會出現大爆炸？
● 黑洞的另一端有什麼東西？
● 時光旅行有可能成真嗎？
● 是否有通往其他宇宙的蟲洞？
● 是否有更高維度？
● 是否有平行宇宙構成的多重宇宙？
本書敘述探求這種終極理論的尋覓過程，以及當中種種離奇的迂迴轉折，鋪陳出了這段無疑是物理學史上最古怪的篇章之一。我們會回顧所有先前的革命，那些變革賦予我們種種美妙的技術產物，從牛頓革命開始，接著一路推演到電磁力的掌握，還有相對論和量子理論的開展，以及今天的弦論。而且我們還會解釋，這項理論如何有可能也破解空間和時間的最深奧謎團。

批評陣營
不過障礙依然存在。儘管弦論激發出振奮激情，批評人士向來熱衷於指出它的缺陷。接著在種種宣揚炒作和狂熱舉止之後， 真正的進展遲滯了。
最明顯的問題在於，儘管媒體阿諛稱頌那項理論的美和複雜性，我們卻沒有可測試的具體證據。我們一度寄望於大型強子對撞機（Large Hadron Collider, LHC），位於瑞士日內瓦郊外的史上最大型粒子加速器，期盼它能找到最終理論的確鑿證據，如今這卻依然捉摸不定。大型強子對撞機能夠找到希格斯玻色子（Higgs boson），這種粒子號稱上帝粒子（God particle），卻只能算是最終理論一片細小的缺失拼圖。
儘管目前已經提出了好些深具雄心抱負的提案，建議建造威力更強大的機型，來接替大型強子對撞機，卻沒有人能擔保，這類昂貴的機器找不找得到任何東西，也沒有人能明確知道，到了哪個能量尺度，我們就能找到新的次原子粒子，好來驗證這項理論。
不過有關弦論的最重要批評或許就是，它提出多重宇宙的預測。有次愛因斯坦曾說，關鍵問題在於：當上帝著手創造宇宙，那時祂有沒有選擇餘地？宇宙是獨特的嗎？弦論本身是獨特的，然而它或許有為數無窮的解。物理學家把這個稱為地景問題（landscape problem）——我們的宇宙其實有可能只是眾多解之一，而且同等可信的解，如浩瀚汪洋般充沛。倘若我們的宇宙只是眾多可能性當中的一個，那麼哪一個是我們的？我們為什麼住在這處宇宙，而不是另一處裡面？那麼，弦論的預測力在哪裡呢？那是個「萬有理論」（theory of everything）呢，或者是「萬可理論」（theory of anything）呢？
我承認我和這項搜尋連帶有關。我從一九六八年起就投身從事弦論研究，它就是在那年偶然出現，沒有公開宣布，也完全出人意料之外。我見識了那項理論的驚人演變，從單獨一項公式，發展成為一門學科，而且研究論文可以填滿整座圖書館。如今，弦論構成了全世界領導實驗室所進行大半研究的根本基礎。期盼本書能帶給各位一項平衡的、客觀的分析，兼顧鋪陳弦論的突破性發展和侷限性。本書還會解釋，為什麼這項探尋抓住了世界頂尖科學家的想像力，還有為什麼這項理論醞釀出了那麼強大的熱情和爭議。

第一章 一以貫之——古老的夢想
凝望夜空壯麗景象，天際環繞著燦爛星辰，我們很容易被那種令人屏息、十足雄偉的氣勢給湮沒。我們的關注焦點轉向歷來最神秘的幾道問題。
宇宙有宏觀設計嗎？
我們如何理解看似毫無意義的宇宙？
我們的存在有什麼節律和道理嗎，或者這完全是毫無意義的？
我想起了史蒂芬•克萊恩（Stephen Crane）寫的詩：

有個人對宇宙說：
「閣下，我存在！」
「不過，」宇宙回答道，
「這件事可沒有讓我產生什麼責任感受。」

希臘人是最早認真嘗試釐清我們周遭世界混沌亂象的民族之一。亞里士多德等哲學家認為，萬物都可以歸結為四大基本成份（地、氣、火和水）的混合產物。不過，這四種元素是如何醞釀出世界的豐富複雜性？
就這個問題，希臘人提出了至少兩個答案。第一個答案出現得比亞里士多德更早，由哲學家德謨克利特（Democritus）提出。他認為，萬物都可以歸結為纖小的、看不見的、不可毀壞的粒子，他稱之為原子（atom），希臘文的意思是「不可分割的」。然而批評者指出，原子的直接證據是不可能取得的，因為它們太小了，觀測不到。不過德謨克利特仍能提出令人信服的間接證據。
舉例來說，想像一枚金戒指。多年下來，那枚戒指開始耗損。失去了一些東西。每天都有一些纖小物質碎片從戒指磨耗脫落。因此，儘管原子是看不見的，它們的存在仍是可以間接測定的。即便到了今天，我們的先進科學，大半仍是間接完成的。我們知道太陽的組成成分、DNA的細部結構，還有宇宙的年齡，全都歸功於這樣的測定結果。我們知道這一切，即便我們從來沒有前往探訪恆星，或者鑽入DNA分子或者目睹見識大霹靂。當我們討論談到試圖證明統一場論的諸般嘗試之時，直接和間接證據的這種區辨，就會變得至關重要
第二條途徑由偉大數學家畢達哥拉斯開創。畢達哥拉斯發揮獨到眼光，把數學描述應用於音樂等塵世現象，相傳他注意到彈撥里拉琴琴弦發出的聲音，和鎚擊鐵桿共鳴聲響的雷同之處。他發現，兩種聲音都發出以特定比率振動的音樂頻率。因此，美妙悅耳如音樂，其根源仍是出自共鳴的數學。他認為，這或許便表明，我們在身邊所見事物的多樣性，必然也遵守這相同的數學規則。
所以，起碼我們這個世界的兩大理論出自古希臘：有關萬物都是以看不見的、堅不可摧的原子所組成的觀點，以及自然多樣性能以振動數學來描述。
不幸，隨著古典文明崩潰，這些哲學上的討論和爭辯全都流失了。有關於世上可能有某種範式可以用來解釋宇宙的理念被人遺忘，塵封了將近一千年。黑暗籠罩西方世界，科學研究大半都被迷信、魔法和巫術的信仰所取代。

文藝復興時期的重生
十七世紀期間，好幾位偉大的科學家挺身挑戰既定秩序，投入探究宇宙本質，然而面對他們的是嚴苛對抗和迫害。約翰尼斯•克卜勒（Johannes Kepler）是最早應用數學來說明行星運動的人士之一，他是神聖羅馬帝國皇帝魯道夫二世（Emperor Rudolf II）的皇家數學家，也或許他從事科學研究之時，虔誠納入了種種宗教元素，才得倖免未受迫害。
當過僧侶的焦爾達諾•布魯諾（Giordano Bruno）就沒有那麼幸運了。一六〇〇年，他以異端邪說罪受審並被判死刑。他遭封口並在羅馬赤裸遊街示眾，最後被綁上火刑台燒死。他的首要罪名？宣揚在環繞其他恆星的行星上可能存有生命。
偉大的伽利略，實驗科學之父，險些遇上相同的命運。不過伽利略不像布魯諾那麼頑強，他在死亡之苦威脅下撤銷自己的理論。不過他以他的望遠鏡留下了一項持久遺贈，留給我們科學史上最具有革命性和煽惑性的發明。有了望遠鏡，你就可以自己親眼看到，月球密密麻麻滿佈隕石坑；金星有不同的相位，而且和它的繞日軌道對應相符；木星有成群衛星，這一切全都是異端邪說。
只可惜，他遭軟禁，不得會見訪客，最後還失明。（據說那是由於他有次用望遠鏡直接觀測太陽所致。）伽利略死時窮途潦倒。不過就在他死亡那年，一個嬰兒誕生在英格蘭，而且他會完成伽利略和克卜勒當初未能完成的理論，也帶給我們一項天空的統一理論。

最佳賣點

最佳賣點 : 具有權威性又明晰易懂的出色之作！
讀過此書，相當於將整個物理發展史走過一遍。

活動

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