丽莎·兰道尔

  国际理论物理学木又威，粒子物理学、弦理论、宇宙学专家。当今全球著名的额外维度物理学家。挑战爱因斯坦，9年实验首度提出第五维空间，震惊全球物理界。

  普林斯顿大学物理系di一位女性终身教授，哈佛大学、麻省理工学院di一位女性理论物理学终身教授。

  《时代周刊》“100位具影响力人物”之一，《纽约时报》超级畅销书作家，并登上《时尚》杂志封面。

   人类对宇宙的探索经历了怎样艰辛的历程？宇宙是如何起源的？

   耗资巨额建造的史上zui大型的科学仪器——大型强子对撞机（LHC），经历了怎样的曲曲折折？“上帝粒子”以及更多其他物质新组分的发现，将如何颠覆人类目前对物质世界的认知？

   科学研究的本质是什么？科学求索的艰辛与惊喜又体现在何处？

   《叩响天堂之门》语言通俗易懂、案例妙趣横生，不是聚焦于高深晦涩的术语解释，而是对科学求索的真相与未来娓娓道来，是普通读者了解物质世界的zui佳科普图书之一。

 

人类真的生活在一个具有多维空间的膜宇宙之上吗？暗物质真的是毁灭“地球霸主”恐龙的“幕后黑手”？发现了“上帝粒子”希格斯玻色子的大型强子对撞机，以及未来的超级对撞机，会为这些玄妙的问题提供深刻的答案吗？听天才理论物理学家丽莎•兰道尔教授用妙趣横生的案例、通俗易懂的语言，对科学求索的真相与未来娓娓道来，让人欲罢不能。这是时下科学研究前沿振聋发聩的声音！振奋人心，启迪心智！

——韩涛

 著名理论物理学家，美国匹兹堡大学物理天文系杰出教授

匹兹堡大学粒子物理、天体物理及宇宙学中心主任

 

我们还没有探测到暗物质，但恐龙的灭绝竟然是暗物质造成的？兰道尔“宇宙三部曲”将告诉读者，想理解地球和人类的现在、历史与未来，我们必须搞清楚物质深层次的结构和宇宙大尺度的规律！唉，我真为其他想写类似主题的作家们担心，再写出这么出色的书恐怕很难了。

——张双南

中国科学院高能物理研究所和国家天文台双聘研究员

中国科学院粒子天体物理重点实验室主任

 

兰道尔教授先后在麻省理工学院、普林斯顿大学、哈佛大学这几所世界著名的大学担任理论物理学教授，并一直开展着前沿的科学研究。在这套科普书中，兰道尔教授介绍了物理学家们是如何研究、探索宇宙之谜的。她并不满足于仅仅介绍那些已经被广泛接受的科学知识，而是着重展示科学家们现在正在进行的猜想和探索，使读者真切地欣赏到科学研究的丰富多彩和趣味，体验科学家们在构造假说、探索未知、获得新发现时所体验到的激情。我相信，想了解科学探索前沿的读者一定会享受阅读这套书带来的乐趣。

——陈学雷

 国家杰出青年科学基金奖获得者

国家天文台研究员及宇宙暗物质与暗能量研究团组首席科学家

 

在兰道尔教授的笔下，额外维度、暗物质、暗能量、对撞机，这些科学家的“烧脑伙伴”也变得平易近人起来。这套科普书系通俗易懂，与晦涩无缘，揭示了即使是门外汉都读得懂的宇宙真相。

——朱 进

 北京天文馆馆长

 

几千年来，人类一直在试图回答“宇宙是什么”这一古老问题。现代天文观测和研究揭示，宇宙包含了时空和普通物质以及很多神秘“角色”。作为世界知名的粒子物理学家，哈佛大学物理系教授丽莎·兰道尔在她的这套系列丛书中，以其渊博的知识、广阔的视野、通俗的语言，以及丰富有趣的事例，给我们讲述了宇宙的基本组成和包含万物的时空，非常值得一读。作者大胆推断，地球上恐龙的灭绝与银河系中的某种暗物质有关。如果这能够被证实，将颠覆我们对宇宙神秘物质的现有认识。

——苟利军

中国科学院国家天文台研究员，中国科学院大学教授

“第十一届文津奖”获奖图书《星际穿越》译者

 

简明扼要、通俗易懂、内容独创。地球人非读不可！

——吴 岩 

科幻作家，北京师范大学教授

 

过去几十年来，理论物理学中zui酷的话题已经从量子力学、相对论和黑洞变成了超弦、希格斯粒子和暗物质。如果说，黑洞让人着迷、量子力学让人困惑、相对论让人脑洞大开，那这些新概念则更难让人理解！不过一旦你理解了，就会获得更大的智力愉悦感。物理学家一直致力于在不用公式的情况下让公众理解物理学，丽莎·兰道尔正是这项事业的新晋翘楚。她用一贯的机智语言告诉我们，这一代的物理学正在发生什么。

——万维钢（同人于野）

科学作家，畅销书《万万没想到》作者

“得到”App《万维钢·精英日课》专栏作家

 

在这个信息爆炸的时代，我们收到的碎片化信息太多，反而难以获得真知。碎片化文章看得再多，也不如读一本真正的好书，尤其是深入浅出、结构恢弘的好书。兰道尔“宇宙三部曲”就是难得一见的、视野辽阔的好书，每一本都选择了令人好奇的话题：宇宙结构、宇宙历史、宇宙物质，并且还与恐龙灭绝这样有趣的话题相结合，更加吸引人，让人读起来手不释卷。而难得的是，兰道尔的文笔简洁、优美，你在书中找不到像一般物理学科普图书那种艰深晦涩的语句。她用小说一样的文笔娓娓道来，让你理解人类对宇宙全面的认知。

——郝景芳

2016年雨果奖获得者，《北京折叠》作者

 

丽莎·兰道尔以她诙谐、通俗的一贯风格写下了《叩响天堂之门》，她让复杂的物理理论变得迷人、易懂。她的书，将会激发你产生不一样的想法，并鼓励你对世界作出更为睿智的判断。                  

——比尔·克林顿

美国前总统

 

科学是一场头脑与心灵的战斗，战场有两处：反对迷信以及忽略事物的某个侧面；反对伪智力的蒙昧主义。能够拥有丽莎·兰道尔那不同寻常的科学理念、清晰易懂的内在逻辑以及她美丽的外表，于我们而言，实为幸事。

——理查德·道金斯

著名生物学家、科普作家

畅销书《道金斯传》《自私的基因》作者

 

兰道尔对物理学前沿理论及她自己那耀眼理念的诠释，既明晰易懂，又具有高度的启发性。她对科学知识的拥护，也是对科学进步的极大贡献......今日阅读兰道尔的书，将得以理解明日之科学。

——史蒂芬·平克

著名认知心理学家、科普作家

畅销书《心智探奇》《思想本质》《语言本能》作者

 

丽莎·兰道尔为非物理学工作者解释了现代物理学的基础科学，以及新的物理学实验有可能揭示什么。这项“科普”工作，兰道尔做得很好……《叩响天堂之门》是一本必读书目，它可以帮助我们领会未来将要发生什么。

——克雷格·文特尔

 “人造生命之父”，基因测序领域的“科学狂人”

畅销书《生命的未来》作者

 

兰道尔通过《叩响天堂之门》一书对科学的发展以及未知宇宙如何运作，做了非常好的解释。

——丹尼尔·吉尔伯特

全球幸福研究领域具影响力和木又威的研究者之一

畅销书《撞上幸福》作者

 

丽莎·兰道尔是罕见的珍品—— 一名天才理论物理学家，兼有用大众能够理解、享受的方式书写、讲授的才能。本书让非专业人士尽可能地接近宇宙背后的机制。

——劳伦斯·萨莫斯

哈佛大学名誉校长

 

兰道尔是早期的职业理论物理学家之一……她对科学与艺术之美之间的密切关系给出了漂亮的分析——把理查德·塞拉雕塑作品中的对称性破缺与标准模型核心的对称性破缺进行了比较。

——《纽约时报》

 

从提出概念到具体实行，兰道尔这部富有信服力的著作细致地讨论了大型强子对撞机（LHC）的建成历程、它所历经过的磨难，带领我们走过了一段大型强子对撞机尺度之下的宏伟的科学之旅。

——《自然》

 

兰道尔的著作是一般读者通向科学前沿不可或缺的“护照”。

——《书单》

 

这是对粒子物理学相关科学工作的一次性灵的审视……兰道尔为这个主题带来了洪钟大吕般的热情。而她自己却无比闲适，还时而会冷幽默一把……《叩响天堂之门》如星光一般灿烂。

——《科克斯书评》

[精彩样章-推荐序]

 

发现的激情

——陈学雷

国家杰出青年科学基金获得者

国家天文台研究员及宇宙暗物质与暗能量研究团组首席科学家

 

     拿到这套书的样章，让我想起20 多年前（1993年），我作为一名物理学研究生，参加了由李政道先生创办的中国高等科学技术中心组织的一个国际物理学会议。会议日程上列出的报告中有几位大名鼎鼎的学者，他们的名字，我们在粒子物理学教科书中早已熟悉。但当时还有一个我不很熟悉的名字“Lisa Randall”，而且在日程中排在十分显著的位置。会议开始后，我见到了她: 一位面容美丽、身材苗条的女子。她看上去似乎比我大不了几岁，却十分高冷。而且，我听说她酷爱攀岩。然而在会议中，无论是演讲、问答还是讨论，她都显得学识渊博、机敏睿智、充满自信，与那些年龄、资历都老得多的学者辩论时，完全不落下风，成为会议的中心人物之一。这完全打破了我那时对女性物理学家的错误刻板印象。诚然，我从小遇到过很多成绩比我更优秀的女同学，但也许是因为女孩子们的谦让、文静和不好争辩，总让我怀疑她们不过是比我更用功、更擅长作业和考试而已。对于她们是否能深刻地思索或者作出创造性的发现，我内心总有一点儿怀疑。在物理学发展史上，女性物理学家，特别是理论物理学家，也确实屈指可数。然而，站在我面前的就是一位活生生的杰出的女性物理学家，这证明之前我错了。当然，自那之后，我有幸遇到过很多优秀的女性物理学家，其中也包括丽莎·兰道尔教授的一位中国女弟子苏淑芳博士。她们都向我证明了，女性在物理学或者其他科学研究中，完全可以取得毫不逊色于男性的成就。

     兰道尔教授先后在麻省理工学院、普林斯顿大学、哈佛大学这几所世界最著名的大学担任理论物理学教授，并一直在进行着最前沿的科学研究。她有许多卓越的成就，其中最著名的是她与桑卓姆合作提出的“额外维度”模型。在这个模型中，我们所熟知的三维空间只是高维空间中的“膜”（参见《弯曲的旅行》一书）。兰道尔教授的这套科普书系，介绍了物理学家是如何研究、探索宇宙之谜的。《叩响天堂之门》一书不仅介绍了大型强子对撞机所进行的研究的意义，也用科学的道理和事实，澄清了人们对科学的各种误解；《弯曲的旅行》一书，重点是对高维空间的探索；《暗物质与恐龙》一书则介绍了作者提出的一个特别的暗物质模型，并就此提出了一种关于恐龙灭绝的有趣假说，借此又阐述了从宇宙起源到暗物质、从太阳系演化到恐龙等多方面的知识。所有这些著作的共同特点是，作者并不满足于仅仅介绍那些已经被广泛接受的科学知识，而是着重展示科学家现在正在进行的猜想和探索，当然也清楚地说明了哪些仍仅仅是猜想和假说。这些猜想也许未必都正确，其中许多可能也会被未来的实验和观测所否定。但是，对这些内容的介绍更可以使读者真切地欣赏到科学研究的丰富多彩和趣味，体验到科学家们在构造假说、探索未知、获得新发现时所体验的激情。

     我相信，想了解科学探索前沿的读者一定会享受阅读这套书带来的乐趣。我也特别希望，这些书能鼓励那些喜爱科学、希望未来从事科学研究的女孩子们。

重磅赞誉

推荐序     发现的激情

中文版序   宇宙的故事

引言     欢迎来到科学的世界

 

第一部分 从宏观到微观，探秘宇宙的历程

 

01  神奇的科学尺度

科幻界的怪力乱神

南辕北辙，科学不是魔法

有效理论，忽略细枝末节

光子与光的发展历程

 

02  伽里略的科学求索

科学时代的来临

实验观测与思想实验

将望远镜对向太空

探秘微观世界

 

03 生于物质世界

未知的尺度

宗教与科学是否彼此相容

物理关联

理性的争端与非理性的例外

 

04  物中之妙

谁是“权威”

人们为什么关心这些

 

第二部分 进入物质世界

 

05  谜般的梦幻之旅

从人类尺度到测量宇宙

物质内部的旅行

在人体与原子之间

进入原子核内部

技术之上

 

06  “眼见”为实

更小的波长，更小的尺度

把电子扯开

发现夸克

固定靶实验与粒子对撞机

哪种对撞机才是最佳选择

粒子还是反粒子

 

07 宇宙的答案

超越标准模型，粒子质量如何非零

探秘暗物质

暗能量，比暗物质更神秘的存在

寻找更多问题的答案

 

 

第三部分 大型强子对撞机的传奇历程

 

08  一个约束它们的加速环

大型强子对撞机，惊为天人的艺术品

25年，从设想到现实

加速环的成员

低温二极磁铁是关键

穿过真空而对撞

 

09 加速环的归来

世界究竟很小

大型强子对撞机是怎么炼成的

2008年9月：第一次试开机

2009年11月：姗姗来迟的胜利

 

10  吞噬世界的黑洞

担心世界毁灭的人们

大型强子对撞机中的黑洞

 

11  这是一项风险差事

世界上的风险

计算风险是第一步

缓解风险

专家的角色，科学里没有金色降落伞

超级预测

 

12  一切都是概率

科学的不确定性

测量的客观性

走运的粒子物理学家

大型强子对撞机的全新可能性

 

13  进入大型强子对撞机

一般原理

超环面仪器与紧凑μ子线圈探测器

三个跟踪器

电磁量能器

强子量能器

μ子探测器，发现有趣的碰撞

端帽

磁铁

计算

 

14  鉴定粒子

发现轻子

发现强子

发现弱相互作用载体

 

第四部分 寻找“上帝粒子”

 

15  真、美与其他科学错觉

美

看起来很好

科学中的美

美的标准并不唯一

 

16  希格斯玻色子，宇宙万物为何产生

希格斯机制，给出基本粒子质量的唯一方法

实验证据的搜寻

希格斯区，对撞足够多的质子

为什么引力如此弱？

 

17  谁才是世界的下一个顶级模型？

模型一：超对称

模型二：技术色理论

模型三：额外维度

模型四：大尺度的额外维度与等级

模型五：弯曲的额外维度

回归，等待新世界的出现

 

18 “自下而上”还是“自上而下”

弦理论

景观         

重归实地

 

第五部分 缩放宇宙，让我们极目远眺

 

19  内外翻转

宇宙之旅

大爆炸：从小到大的演变

 

20  君之须弥，我之芥子

宇宙学暴胀理论

暗黑之心

能量、宇宙物质与暗物质谜题

 

21  暗黑世界的来访者

透明物质

大型强子对撞机中的暗物质

直接测量暗物质的实验

间接测量暗物质的实验

 

第六部分 宇宙的探索仍在继续

 

22  海阔天空与脚踏实地

 

另类才能

一沙一世界

 

结 语   寻路宇宙边缘

致 谢

注 释

译者后记