【书  名】美丽之问：宇宙万物的大设计

【作　者】(美)弗兰克·维尔切克 著     

【出版者】湖南科学技术出版社

【索书号】O4-49/2024(3)

【阅览室】自然科学阅览室

作者简介

弗兰克·维尔切克（Frank Wilzcek）由于在攻读研究生期间发现夸克粒子的渐近自由，于2004年荣获诺贝尔物理学奖。他现任麻省理工学院物理系教授，拥有“赫尔曼·费什巴赫教授”的荣誉称号，并受聘于上海交通大学维尔切克量子研究中心。他在1989年出版的著作《渴望和谐》（Longing for the Harmonies）被《纽约时报》列为当年的优秀读物。他常年为《自然》杂志和《今日物理》供稿，他的文章曾入选《美国科学写作精选》（Best American Science Writing）和《诺顿打油诗选》（Norton Anthology of Light Verse）。

内容简介

我们的宇宙是一件天工神作的艺术品吗？

为了探究这一问题，诺贝尔奖获得者维尔切克带领读者踏上了人类2500年探索美的征途，沿途让我们领略了物理、艺术和哲学的锦绣风光。作者从毕达哥拉斯的万物皆数开始，历数人类在认识自然过程中所产生的美丽思考：从开普勒的行星模型，到牛顿的力学，再到麦克斯韦的电磁方程、爱因斯坦的相对论和原子运动的量子美。他指出，有些思考即使是错的，但其中蕴含的美仍然会具有强大的生命力。比如，毕达哥拉斯万物皆数的观点从现代科学角度看显然不正确，但将整数和物理现象联系起来这个想法却生存下来，在现代量子力学中得到了完美体现。

本书通过量子论和标准模型具体呈现了科学之美，建立在对称性上的标准模型昭示着基础物理已经非常接近毕达哥拉斯和柏拉图的圣殿：物理现实和数学理想之间的完美对应。作者也指出了它的缺陷，从而将读者引向更激动人心的暗物质和暗能量。

这本轻松惬意的读物让我们有机会进入当今世界最富创造力和洞察力的物理学家的头脑去了解他的意念，真是机会难得。弗兰克·维尔切克对于世界的思考令人拍案惊奇，它揭示了大道、大美和宇宙深层规律之间细腻完美的融合。

——布莱恩·格林（Brian Greene），哥伦比亚大学物理及数学教授、《宇宙的琴弦》（Elegant Universe）的作者

这是一本精致而易懂的读物，弗兰克·维尔切克把我们的宇宙当作一件艺术品来欣赏和把玩，他向我们展现了天工之美，它无所不在，隐藏在各个层面，大到广袤的银河系，小至亚原子的微观世界。他的研究具有开拓性，他能看到别人通常忽略的事物并将问题说得很清楚，这不仅为科学家指出了研究方向，也让艺术家和所有好学的人受到鼓舞。

——迈克斯·泰格马克（Max Tegmark），《我们的数学宇宙》（Our Mathematical Universe）《生命3.0》（Life3.0）的作者

这是一段关于美丽世界的精彩论述，引发了对于美的本质和实体宇宙的一系列随想，让我们的思想在音乐、色彩和当今物理学最前沿的基本概念中徜徉。如果作者换了别人，没有维尔切克的水平高度，这本趣味横生的读物很可能成为一个神秘主义者在新时代的胡言乱语。但维氏乃当今在世的物理学家中最深刻、最有想象力也是最博学的一位，无论读他的文字还是听他讲课，人的宇宙观都会变了样。这些年如果你和我有同样的体验，那么你一定会从该书中受益匪浅。

——劳伦斯·克劳斯（Lawrence Krauss），《无中生有的宇宙和星际迷航里的物理学》（ A Universe from Nothing and The Physics of Star-Trek）的作者

维尔切克先生巧妙地运用文字带领读者踏上了一段旅程，沿途让我们领略了两千五百年来的哲学和物理......此书最精彩的看点在于作者将对称之美和人类日常的体验广泛地结合在一起......他的书是一部少有的杰作：直接向上帝发问来深刻地书写人性。

——《华尔街日报》

启发性强却深入浅出…维尔切克的文字抒情而玄妙，不管大自然最终向我们揭晓什么样的答案，我们都应该心有所悟，谦卑为怀。

——《高等教育纪事报》

维氏在书中将方程（自然）之美与文学之美相结合，他的著作堪称艺术。

——《科学通讯》

引人入胜…不仅对现代物理中的一些名称进行了修改，甚至把一些基本概念也重新定义了…维尔切克敢于重新定义概念，实在勇气可嘉。

——《洛杉矶书评》

这是一部挑战性强又非比寻常的深刻之作。

——《图书馆期刊》

巧妙地将反思付诸文字......在科普书这个体裁里无疑是独一无二的作品......内容雅俗共赏，搞物理的专业人士可以从中了解到诺奖得主如何看待人类思想和太初之道之间的联系，普通读者可以更多地了解基本规律的构造。这本书让我们想到，科学和艺术之间有着千丝万缕的联系，它让我们惊叹于人类这个物种在揭开自然之谜的努力上所取得的成就。

——《今日物理》

《美丽之问》是对未知领域的探索，让我们领略到那片广阔的天地风景独好，该书还为粒子物理的发展趋势提供了一个独特的视角，令人耳目一新。

——《自然》杂志

这项深究道之本质的工作值得我们赞赏。

——《科克斯书评》

《美丽之问》详实地介绍了现代物理所取得的成就和所面临的挑战，令人信服同时也发人深省：在深入了解自然的过程中美学的意义何在？这个了解的过程对于人类的意义何在？阅读书中记载的大量史实，我们能品出其作者虚怀若谷的人性，这本书确实写得很美，我向所有立志了解科学发展动向的人推荐它。这位作者由于对科学做出了流芳百世的贡献而走进了我们的视野。

——利·斯莫林（Lee Smolin），《时间再生和物理学的烦恼》（ Time Reborn and The Trouble with Physics）的作者

物理学家常说一个理论很“美”，如果你想知道他们口中的“美”是什么意思，最好读一读《美丽之问》，在书里你会找到答案。维尔切克虽然是这门学科里的一个杰出人物，他却不畏惧使用非学术的观点说明有一种神秘的大美存在，它复杂而无形，却是我们了解实体世界的核心所在。

——彼得·沃伊特（Peter Woit），《何谈对错》（Not Even Wrong）的作者

云开日见时发现数学和太初之道乃无二致，这种机会虽然罕见但学物理的人都能感受这种令人惊叹的美。阅读维尔切克的新作，不懂数学的人也能捕捉到这种大美的惊鸿一现。

——诺亚·史密斯（Noah Smith），藤门大学（Stony Brook University）《诺亚方舟舵主》（Noahpinion）博主。

当代艺术让美凋零了，让艺术成了一件件乏味的工艺品，它们遮蔽了人的耳目，尽量让人不去关注隐藏得更深的残酷的真相，甚至丑陋的真相。在杰出的物理学家弗兰克·维尔切克看来，美在探索世界之道的过程中始终是他的指路明灯和诚实的导师。弗兰克始终以追求真理为己任，他引导我们平静而又愉悦地进入一种冥想，思考一个奇妙的问题：世界真的美吗？

——詹娜·莱文（Janna Levin），《宇宙何以立世》（How the Universe Got Its Spots ）的作者

这本书相当引人入胜，弗兰克·维尔切克提了一个有意思的问题：世界是否是各种妙想的附体？他以这个问题为起点老练地带我们进入了一段智慧之旅，沿途让我们领略了物理、艺术和哲学的锦绣风光。我们可以用维氏的方式反问作者：这本书是否表达了奇思妙想？答案仍然是肯定而且坚定的。

——马里奥·李维奥（Mario Livio），天体物理学家、《杰出的失误》（Brilliant Blunders）的作者。

还没有科学的时候就出现了自然哲学，这本书权威性强，令人叹为观止，还配有大量的插图。弗兰克·维尔切克在书中讲述了一个宏愿，它让毕达哥拉斯、哥白尼、伽利略、牛顿、麦克斯韦、爱因斯坦、诺特以及许许多多现在和过去的人前赴后继。

——乔治·戴森（George Dyson），《图灵大教堂》（Turing's Cathedral ）的作者

这本书真的写得很美，美在内容上也美在设计上，更美在弗兰克·维尔切克和我们分享的观点。该书让我了解到一位世界级的思想家如何思想，如何把美当作工具和指南去提出正确的问题并寻找正确的答案。在维尔切克看来，物理与艺术、诗歌和音乐之间没有明显的分界。物理学家们为何称他们的理论美？仔细阅读此书，让自己身临其境，然后在你抬起头休息的时候在脑子里过过电影，你立刻就明白了其中的玄机。

——理查德·穆勒（Richard Muller），《未来总统的物理课》（ Physics for Future Presidents ）的作者

一百年来科学已经否定了有关世界太初之道、大美和神力等“软”科学问题，可见弗兰克·维尔切克在提出这些问题实属“硬”科学范畴时需要多么大的勇气。所有想了解科学如何同神力并立共存的人都要读这本书，维尔切克敏锐地察觉了变化的风头，凭借着好奇心、洞察力和智慧，他用思想打破了一些神圣的界限。

——迪帕克·乔普拉博士（Deepak Chopra, M.D.）

致中国读者

每个人都应该对现代科学感兴趣。

充满好奇心的年轻人，即使立志于深度学习，也应该先试试水让自己和科学想法成为好友，然后再慢慢深入细节。阿尔伯特·爱因斯坦在孩提时代读过阿龙·伯恩斯坦（Aron Bernstein）的《大众自然科学》（People’s Book on Natural Science），他晚年时曾描述这对他的成长是如何重要。

现代科学中充满了应用广泛、出人意料和神奇美丽的想法。任何人，从孩子到退休老人，从艺术家到工人，都能通过了解和思考这些想法来丰富自己的生活和扩展自己的思想。你不一定要掌握复杂的数学计算，或学习操作复杂的仪器，你依然能受益匪浅。

即使不知道所有的细节，你仍然能理解更能享受很多科学知识。现代科学之父，伊萨克·牛顿深谙此道，留下了下面这段美丽的文字：

我不知道世界是怎样看我的。但对我自己来说，我只是海边玩耍的一个男孩，时不时会发现一枚更光滑或更漂亮的贝壳，对面前那浩瀚的真理的海洋我完全是无知的。

牛顿说的这种在探索和玩耍中获得的喜悦是我们每个人在孩提时代都经历和体会过的。进一步培养和发掘这种喜悦，我们便能丰富对世界的了解、升华自己人生、让欢乐和自己常伴。我们会因此在精神上永远年轻。

                                          II

作为一个例子，让我们看一下，关于颜色现代科学告诉了我们什么。

对于大多数人， 颜色会让他体验到的世界变得生动而绚丽。当人们化妆、挑选衣服、驻足于艺术品前时，他们是在欣赏颜色是如何让世界变得更加美丽的。不用绞尽脑汁地思考，你就可以欣赏颜色并获得快乐。

但是如果我们有好奇心，不想浮游一生，我们便会开始问问题。颜色究竟是什么？它仅仅是自然随意赐予世界的一种美妙的装饰？还是背后有更精彩的故事？

对于这样的基本问题，现代科学的答案常常出人意料。

我们发现我们其实生活在一种类似液体的媒介里，它弥漫在整个空间里被叫做电磁场。我们通常认为空间是“虚无”的，但现代物理发现空间是一种充满了各种奇妙成分的内容丰富的液体。我们就像鱼儿一样，生活在一个永远逃避不了，同时早已习惯了的海洋里。

科学进一步发现：原来，光是这种液体里一种会传播的振动。

我们都知道，声音是空气中传播的振动。太妙了，光和声音居然如此相似，这不是那种诗歌中模糊的相似，而是深刻的物理实质上的相似。

关于光科学有更多的发现。我们发现彩虹就像一个特殊的钢琴键盘，每个键上都清晰地标注了对应的音符，只是对于彩虹，每个键对应一种颜色。这种诗一般的类比其实是建立在众多事实和实验上的。你理解的事实越多，你就越能欣赏这类诗歌的美妙。

科学有更深入的发展，它告诉我们，原子其实也是一件件乐器。虽然它们发出的不是声音而是光，但它们工作的原理和我们制作的比它们大很多的乐器是一样的。

另外，还有很多我们眼睛看不到的颜色。无线电波、微波、红外光和紫外光、X射线和伽马射线和可见光一样是电磁场的波动。我们的眼睛虽然看不到它们，但是我们通过思维发现了它们的存在。我们现在可以用各种接收器、发射器来探测、控制、甚至产生它们。

尽管我多年前已经熟悉这些光、颜色、和声音的科学事实，可是我每次后静下来重温这些知识的时候，我还是赞叹不已，就像刚刚学到一样。我们生活的世界太妙了！现实的深层结构常常是神奇和隐秘的。当你一步一步深入理解它，你才会发现日常经历的世界是一个迷人的宫殿。

                                         III

结束前让我再引一段我喜爱的伊萨克·牛顿的话：

一个人甚至一代人要理解整个自然都太难了。好先确切地解决一些问题，然后把其他的问题留给后人。忌试图通过建立一堆假设来一下子理解所有的问题。

理查德·费曼，一个伟大的现代物理学家，说过类似的话

我玩的游戏非常有趣。它就是想象，一种穿着紧身衣的想象。

前面我一直在强调科学是如何揭示有趣的相似，解放我们的思维。但是这些相似之所以令人信服，这些思维解放而不疯狂，是因为牛顿和费曼在上面引言中表达的谦虚和自律。这是一个只有一条规则的游戏，这条规则是严格的：大自然是后的裁判。

弗兰克·维尔切克