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穿梭超時空

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內容簡介

全球媒體、讀者盛讚不斷 絕不可錯過的科普經典
世界知名物理學家、超弦理論奠基人 加來道雄 博士
長銷不墜代表作

  顛覆三次元的超空間革命!
  搭乘時光機器穿梭未來與過去、通過蟲洞在平行世界裡跳躍旅行,
  探索多重宇宙、次元窗口、瞬間移動……
  最不思議的科幻狂想和宇宙奧祕

  古埃及人認為地球是平的,就像一個二次元的平面;以他們有限的知識,根本無法解釋氣候的成因。

  如果用火箭把他們送上外太空,讓他們看看地球環繞太陽的景象,一切就會豁然開朗。

  同樣地,我們無法藉著從物體表面切下的一個小部份去判斷它的整體結構,而超空間理論正是搭載我們突破這個盲點的火箭,讓我們得以進入色彩繽紛的高次元抽象世界,以更宏觀的思維角度創造出一套條理分明的美妙宇宙觀。

  在本書中,作者將以符合科學且淺顯易懂的方式介紹當前對超時空理論的研究;從超空間理論早期的歷史談起,並進一步探究不可見的宇宙--也就是幾何學和時空的世界。最後作者也提出,超空間理論不該僅是純理論的紙上談兵,更是一個必須實際考量的問題:許多科學家都認為宇宙終將滅亡,而我們必須具備何種科技,才能成為駕馭超空間的主人,逃過大崩墜(the Big Crunch)的浩劫,使人類文明得以永續存活?

作者簡介

加來道雄(Michio Kaku)

  紐約市立大學(City College of the City University of New York)理論物理學教授。哈佛大學畢業,加州大學柏克萊分校物理博士。著有《超越愛因斯坦》(Beyond Einstein)、《量子理論》(Quantum Field Theory)、《超弦與M理論入門》(Introduction to Superstring and M-Theory)及《物理學的未來》(Physics of the Future)等大眾取向的科普書,並在紐約市的WBAI廣播電台主持每周一次的節目《Explorations》。

譯者簡介

蔡承志

  曾經參與編輯《劍橋百科全書》,Discovery頻道翻譯。尤擅長於科學新知與尖端技術介紹之節目系列。自小偏好科幻書籍與科幻影視作品,對恐龍學研究略有心得,並曾經擔任恐龍遊戲光碟編審。

潘恩典

  政治大學西洋語言學系暨研究所畢業,譯有《神奇的π》、《一個世界、多種解答》等書。

 

目錄

出版緣起:開創科學新視野∕何飛鵬
導讀:人文關懷多於科幻情節∕高文芳 (交通大學物理所教授)
作者序:簡化自然律

※ 第一部 進入第五次元 ※

第一章 超越時空的世界
第二章 數學家和神幻術士
第三章 能夠「看到」第四次元的人
第四章 光的祕密:第五次元的振動

※ 第二部 在十次元統一 ※

第五章 量子異端
第六章 愛因斯坦的復仇
第七章 超弦
第八章 來自十次元的蛛絲馬跡
第九章 創世之前

※ 第三部 蟲洞:進入另一個宇宙的通道 ※

第十章 黑洞與平行宇宙
第十一章 建造時間機器
第十二章 碰撞宇宙

※ 第四部 超空間的主宰 ※

第十三章 未來之外
第十四章 宇宙的命運
第十五章 結語

 

導讀

◆人文關懷多於科幻情節◇高文芳

  ◆當代物理進程盡收眼底◇

  在頗受歡迎的電視影集《銀河飛龍第二代》(Star Trek:Next Generation)裡,面對著不可知的未來,船長皮卡率領企業號星艦所有成員,勇敢地深入人跡未至的宇宙邊荒,探索宇宙造物主的意圖與心思。

  從某個角度來看,企業號的任務和多數物理學家所投身的工作,有頗多雷同之處。企業號經常出入宇宙深空,不時要面對諸如黑洞、蟲洞、星際旅行、時光隧道之類的科幻情節,處處撼動觀眾一顆顆欲神遊宇宙太虛的心緒。

  當你把心思流駐於這本著作時,可能會懷疑,這本書講的到底是物理還是科幻情節?要不然怎麼會通篇首尾,俯拾可見諸如黑洞、蟲洞、星際旅行、時光隧道之類的字眼,所差者僅是作者意圖解釋清楚,反覆舉例而已。唯恐說理不清,作者竟然還把這些科幻情節的歷史淵源詳細交代,又將歷代大物理學家及大數學家悉數請出,為他的論述佐證。尤有甚者,作者似乎怕讀者無法吸收他想傳達的理念,對單一新鮮事物,竟然不惜篇幅,從不同角度,以他認為讀者可以理解的圖解或例說,反覆陳述。

  儘管如此,這些角度不同的切入方式,讀來仍然趣味十足。總而言之,要不是有人告訴讀者,這本書是不折不扣的科普推廣書籍,通篇讀來簡直就活脫是一本煽情的科幻小說,更像是科幻影集的導讀或是科幻名詞的說文解字。

  讀者會有這種感覺,一點都不意外。原因是理論高能物理是物理學非常活躍的一支,近年來的發展,連投身其中的諾貝爾物理獎得主(一九七九)溫伯格都曾感言:理論物理的研究已經越來越像科幻小說了。其實另外一個原因是,科幻小說的情節在熱衷科普教育的物理學者的推波助瀾下,已經越來越接近我們對真實宇宙和物理理論的認知。

  換句話說,只要說理明確,便能將理論物理學家致力研究的宇宙的內涵,轉化為精采刺激的文字,而能夠與科幻影片平起平坐。其中任教於紐約市大學(City University of New York,CUNY)物理系,從事理論物理研究工作的加來道雄教授,就是箇中好手。

  加來先生在弦論相關領域的研究工作上,有相當的知名度。除了著作等身之外,還寫了幾本頗受歡迎的研究所教科書。他也在紐約市的一個電台,主持一個全美播放的現場扣應科普教育節目,廣受歡迎。他也自承,這個節目讓他有機會訪問到物理界及其他領域的學界領柚,進而豐富了他好幾本叫好又叫座的科普讀物的可看性。

  根據他自己的說法,他從小就很喜歡看一些科幻小說及節目,然而對坊間科幻著作說理不清的失望,促使他立志從事理論物理的研究,希望深入理解諸如星際旅行、時光隧道之類的理論機制,以補當時科幻小說的不足。作者並誓言有生之年,一定要寫一些讓一般高中生都能輕鬆上手的科普書籍。從這個角度來看,我認為這本談論超空間(hyerspace)的著作,確實是一時之選。

  這篇短文雖然名為導讀,其實原書敘理甚明,而且第一章就把全書的脈絡交代清楚,讀者只要耐心看完第一章,就可以掌握當代物理的精髓。

  ◆解放人類的三次元思維◇

  超空間指的是比我們直覺與感官所能理解的三次元(維)空間,更高次元的抽象空間。但是,由於相對論的成功受到大部分物理學家的支持,有時候作者指的超空間是指較四次元時空更高次元的空間。

  大數學家黎曼(Rieman)於一八五四年在哥廷根大學的一場演講,首度將人類的思維從三次元的直覺世界,帶入色彩繽紛的高次元抽象世界。這一場對人類思維的解放革命,影響後世甚鉅。作者即依此鋪陳了這本著作所要介紹的八○年代物理革命。正如文中所述:

  ▲二千年來,沒有人能夠質疑動搖的希臘古典幾何學也為之徹底撼動。……在他演說之後的三十年內,「神秘的第二次元」將會影影歐洲的藝術、哲學與文學的進展。在黎曼演說之後的六十年內,愛因斯坦將會使用第四次元的黎曼幾何學,來解釋宇宙的起源與演化。在他演講之後的一百三十年,物理學家將試圖以十次元幾何學,統整所有的物理宇宙定律。△

  其中「六十年內」指的是愛因斯坦於一九一六年發表的廣義相對論;而「在他演講之後的一百三十年」指的是一九八四年敗部復活,只能存活於十次元超空間的超弦理論。

  由於目前硬果僅存的超弦理論,是唯一可以合理統一自然界四大作用力(即重力、電磁力、強作用力及弱作用力)的理論。加上它的合理性或自洽(self-consistent)必須建立在十次元超空間的基礎上,否則無法成立,和弦論超乎尋常的完美特質等原因,震撼了物理界及數學界,促使理論高能物理學界正視高次元空間存在的可能性,並進而探討它在宇宙演化過程中,甚至生命與文明是否能夠永續存活等議題上所扮演的角色。

  作者藉著超空間如果存在,它可能造成的種種只能見諸於科幻小說的奇妙現象為軸,詳述了高次元空間這種觀念的形成、演變,同時也描述了它如何突破保守世代的壓力,進而一統天下(至少對為數頗眾的一大群理論物理學家而言),這段期間可歌可泣的物理史詩。

  ◆逃脫滅絕的危機◇

  當然,正如《銀河飛龍》劇情的重點不是在科技的展現,而是藉由人類面對前所未有的挑戰與考驗,探討人類文明的弱點,以及應否,甚至如何調適時代的改變,使人類文明得以永續存活。作者也在字裡行間時時關心地球文明在大宇宙的演化過程,和可能遭遇到的劫數與災難。他所流露的殷殷之情,和《銀河飛龍》一樣,對人文的關懷遠甚於科幻情節。

  作者將人類文明程度依其所能掌控的能源分成三類:第一類文明能掌控所在行星的能源;第二類文明能掌控所在恆星的能源;第三類文明能掌控所在星系的能源。是故人類文明還處於第零類的落後階段。作者更進一步預估,人類或能在一百年內躍身為第一類文明,並開始在太陽系殖民。進入第二類文明可能要一千年,這時候人類已經可以操控重力場,隨意扭曲空間並利用蟲洞進行星際旅行,最後人類可能要經過數千年的努力,才有能力掌控整個銀河系的能量並隨意操控高次元空間。

  作者同時也指出,生存於地球上,物種會面臨到種種劫數,有些可以預知,有些則否。比方說,地球可能每二千六百萬年會發生一次大滅絕;太陽會在五十億年後死亡;整個宇宙可能會在千百億年之後,不是熱死便是冷死;到處流竄的小行星可能會突然地闖入地球;太陽鄰近的恆星死亡形成超新星而毀掉整個太陽系;銀河系和別的星系發生碰撞而毀掉整個銀河系等等。而處於文明相當落後,文化相對野蠻的現代人類,由於物質文明的發生遠遠超前文化演進,而讓自己陷於核戰與生態雙重危機裡,而隨時瀕臨滅絕的可能。作者更相信地球上的文明已經因為核戰或生態危機而滅絕、輪迴了好幾回,才輪到人類在這裡為了生存與時間競賽。

  如果我們對物理的認知大體上無誤,我們的確是在和時間競賽。那麼如何消弭人類彼此間的互相猜疑和仇恨,及時進入第二類文明,以便有足夠的能力應付大部分演化過程中可能遇到的危機,真的值得全人類細細思量。

▲(本文作者為交大物理所教授)△

 

詳細資料

  • ISBN:9789862724453
  • 叢書系列:科學新視野
  • 規格:平裝 / 448頁 / 15 x 21 cm / 普通級 / 單色印刷 / 初版
  • 出版地:台灣
 

內容連載

◆第1部 進入第五次元◇

◆第1章 超越時空的世界◇


我想知道上帝是如何創造這個世界。
我對於瑣碎的現象並沒有興趣。
我想知道祂的意向,其他的都只是末節。
愛因斯坦

◆一位物理學家的教育◇

童年發生的兩件事,豐富了我對世界的認識,並引導我成為一名理論物理學者。

我記得,當時我的父母親有時候會帶我去拜訪舊金山著名的日本茶苑(Japanese Tea Garden)。我的童年最快樂回憶之一,就是蹲在茶苑的池塘旁邊,看著池中的鯉魚閃耀著醉人的色彩,在睡蓮底下悠然滑過。

在寧靜的片刻,我自在地讓想像力任意奔馳;當時我會問自己一些只有小孩才會問的可笑問題,像是,池塘裡的鯉魚是如何看待牠們周圍的世界。我心想,牠們身處的世界是多麼奇妙啊!
那些鯉魚一輩子都活在淺池塘裡面,必然會認為牠們的「宇宙」只包含了泥濘的池水和睡蓮。

牠們大部分的時間都在池底覓食,只會隱約察覺水面上或許存在著奇異的世界。我身處的世界實在是牠們所無法理解的。我當時感到困惑的是,我就坐在離鯉魚幾英寸遠的地方,與牠們的距離卻有如間隔著鴻溝。鯉魚和我各自在不同的世界裡生活,從來不曾進入對方的世界,但我們之間卻只隔著一道最薄的界限,也就是水面。

我有一次想像在魚群裡面說不定有一群鯉魚「科學家」。我想,如果有某一條魚提出假設,認為在睡蓮之上存在著平行的宇宙,這些科學家一定會加以嘲弄。對一位鯉魚「科學家」而言,只有魚類能夠看得到或觸摸得到的東西才是真實的。池塘就是一切。池塘之外看不到的宇宙根本就是不科學的。

我有一次碰到暴風雨,看到成千上萬的細小雨滴衝擊著池面。池塘表面波濤洶湧,睡蓮也因為水波的推動而四處擺盪。我一邊尋找地方躲避風雨,一邊覺得疑惑,鯉魚會如何看待這一切。

對鯉魚而言,睡蓮看起來根本就是自己在四處移動,沒有任何東西在推動它們。牠們所生活的水就像我們周圍的空氣和空間一樣是不可見的,牠們一定會對睡蓮能夠自行移動而感到奇怪。

我當時想像,牠們的科學家大概會虛擬出一種聰明的構想,稱之為「作用力」(force),這樣就可以隱瞞牠們的無知。由於牠們無法了解在不可見的水面上會產生波浪,於是下了這樣的結論:睡蓮可以在沒有外力的碰觸下自由移動,這是一種不可見的神秘實體,也就是所謂的作用力造成的現象。他們或許會為這種幻覺賦予一個令人印象深刻,而高不可攀的名稱(例如:超距作用[action-at-distance],或者在沒有任何東西碰觸情況下睡蓮的移動能力)。

我有一次想像,如果我伸手下去把一條鯉魚科學家撈出池塘水面,會如何。在我觀察這條魚並把他丟回水裡之前,牠一定會猛烈地扭動。我很好奇,其他的鯉魚對此會有什麼看法。對牠們而言,這根本就是無法解釋的事件。牠們首先會注意到,一位科學家從牠們的世界裡消失了。

牠就這樣消失無踪。無論牠們如何尋找,這條鯉魚就這樣從牠們的世界裡消失,完全不留痕跡。

接著在幾秒鐘之後,當我把牠丟回池塘裡,這位科學家又會突然出現。對其他鯉魚而言,這完全是一個奇蹟。

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