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[英] 戈登·弗雷泽 著，江向东，黄艳华 译

图书标签:

• 物理学
• 反物质
• 粒子物理
• 宇宙学
• 科学普及
• 前沿科技
• 量子力学
• 现代物理
• 科普读物
• 理论物理

出版社： 上海科技教育出版社

ISBN：9787542849069

版次：1

商品编码：12119321

包装：平装

丛书名： 世纪人文

开本：16开

出版时间：2009-12-01

用纸：胶版纸

页数：213

字数：194000

正文语种：中文

内容简介

　　欧洲核子研究中心的物理学家们创造了一批真正的反物质原子，这个激动人心的消息顿时震惊了科学界。在日常世界里，反物质并不存在。而在宇宙创生之初，反物质却可能与物质同样重要。可如今宇宙中似乎只有物质而没有反物质。这是怎么回事呢？面对陌生的反物质——只要不到10-18克就会使一个人瞬间汽化的东西，你是不是感到非常惊奇？本书明快易懂地讲述了反物质这个科学幻想是如何变成科学事实的。作者尽量避免使用艰深的专业语言或复杂烦人的方程式，而是从《阿丽思镜中奇遇记》里的镜像世界开始，通俗地介绍反物质世界。作者通过讲述物理学中的镜像对称性，循序渐进地揭示了反物质的性质。同时他还讲述了随着欧洲和美国大型粒子加速器的建成使用，由高能碰撞产生的反物质碎片如何为研究其性质提供了新的线索，如何使得在量子尺度上的反粒子的发现愈来愈激荡人心。

作者简介

　　戈登·弗雷泽（Gordon Fraser，1943～ ），瑞士日内瓦的欧洲核子研究中心《CERN信使》（CERNCourier，一份涵盖高能物理学各个方面的国际性月刊）编辑，科学作家。获得伦敦帝国学院粒子物理学博士学位后，弗雷泽便投身科技刊物的出版，同时撰写科学图书。他曾作为访问学者到英国多所大学进行学术交流。著有《寻找无限——解开宇宙之谜》、《夸克机器——欧洲如何打粒子物理战》、《反物质——世界的最终镜像》、《21世纪新物理学》、《宇宙的怒火——阿卜杜斯·萨拉姆传》等。

目录

内容提要
作者简介
序
第一章 科幻小说成为科学事实
第二章 镜像世界
第三章 一套不均衡的电部件
第四章 量子大师
第五章 正电子的证据
第六章 时间的反向通道
第七章 夸克和反夸克
第八章 破缺的镜像
第九章 宇宙的塞钻
第十章 反粒子的对撞过程
第十一章 为反物质设个陷阱
第十二章 胶与反化学
第十三章 反物质在战斗
第十四章 极大引力的反物质

精彩书摘

　　“我一直真正在努力做的是使它清晰，于是便有些笨拙地想出了这种半想象的图形化的东西。我仿佛看到径迹晃呀晃呀晃呀地摇晃或者扭动。即使现在，当我谈到还在起作用的影响时，我看见的仍是这种连接，而且我取这种转折点——就似乎像是有一大口袋东西——来试验，将其集中起来，并加以扩展。”费恩曼（RichardFeynman），1这个数学能手、物理天才、撬保险箱者、爱捉弄人的人、邦戈（bongo）鼓手和诺贝尔奖得主，这样讲述了他是如何凭直觉而捕捉到电子的行为的。费恩曼的新的电子绘景，把未来将要发生的事情和过去已经发生的事情同样对待，为正电子的存在提供了一种自然的画面。物理学家们再也不必用抽象的真空和空穴的方式来思考了。
　　费恩曼的摇晃一扭动这种直觉之所以得以起作用，有赖于前几代细致而踏实的物理学家们在[物理学]原野上的精耕细作。麦克斯韦的经典方程已表明，电磁场是以光速传播的一种振动的波——电磁辐射。由于辐射是电子和其他所有带电粒子的使者，了解了电子首先就意味着了解了这种辐射。没有辐射，电荷就没有意义，这就好像有机场而没有飞机一样。原子振子
　　19世纪末，物理学家们试图解释热的物体是如何以热和光的形式发出电磁辐射的。物体被加热时，它的原子振子运动加快，像微小的两极天线那样发射电磁辐射。受热物体最初只是单纯地变热，接着发出暗红色的光，然后是橘黄色的，最后变为“白热”。物理学家们发现，热材料所发出的辐射只和温度有关，而与材料本身无关。为了理解原子振子中的基本机制，物理学家们必须能够预言这种辐射的谱线——它是如何由不同波长的辐射组成的，有多少热量，有多少种光，红外和紫外各有多少。随着温度的升高，更短的波长出现了——光的波长比热的波长更短。物理学家们的原子振子模型给出的谱线与我们所看到的一致，只是有一处例外。一些方程清楚地表明，非常热的物体会放出无穷多的短波长辐射即紫外光。这显然是错的。没有什么东西会成为一个永不枯竭的辐射源。
　　一旦物理学的方程给出明确的预言，比如狄拉克对负平方根所显示的，这些预言就值得追踪。然而，一旦方程给出不想要的无穷大解，这通常就意味着这些方程已山穷水尽，此时就必须重新推敲基本假设。尽管严格地说方程是“错的”，可这并不表示就该抛弃它们。它们只要在某一范围内有效，就是有用的。在温暖干爽的屋子里，完全可以忽视外面的雨。
　　……

前言/序言

　　反物质，这是一个如此熟悉同时又令人费解的名词。给一个日常概念加个简单的前缀反，马上就能扰乱人的理解并激发想象力。 科学幻想小说的好素材出自富于想象力的头脑。最初的一个例子是天才的阿西莫夫（lsaac Asimov）发明了以智能驱动的机器人，它用反粒子（正电子）来确定其行动路线。然后是威廉森（Jack Williamson）的“反地球”（CT）物质。 《星际迷航》（Star Trek）的创作者罗登伯里（Gene Roddenberry）也曾介绍过用反物质驱动的超光速宇宙飞船。
　　此类科学幻想小说的成功使得反物质对公众产生了不可思议的吸引力。1996年1月，一家普通报纸发表了一条来自瑞士日内瓦欧洲核子研究中心（CERN）的消息，称一个小型实验已经合成了第一批反氢原子——化学形式最简单的反物质。 由于科学幻想所产生的巨大影响，这个消息引起的轰动是惊人的——几个小时之内，这几个反原子就占据了世界各地电视节目的黄金时段和无数报纸的头条。 基础物理学引起公众如此丰富的想象，除了核武器的发展有过这样的影响之外，这乃是绝无仅有的。
　　撇开这些不谈，本书将要说明为什么反物质是严肃的科学——基本的物理学。 感谢在此项工作中给予我帮助的布尔坎（Maurice Bourquin）、克洛斯（Frank Close）、坎迪（Don Cundy）、伊兹斯（JohnEades）、吉利斯（James Gillies）、雅各布（Maurice Jacob）、兰杜亚（Rolf Landua）、默尔（Dieter Mohl）、奥尔勒特（Walter Oelert）、胡德布霍伊（ Pervez Hoodbhoy）、侯赛因（Faheem Hussain）、德鲁瑞拉（Alvaro de Rujula）、萨顿（Christine Sutton）和丁肇中（Sam Ting）。另外，还要感谢米顿（Simon Mitton）及其剑桥大学出版社的小组。

反物质：世界的终极镜像 简介 在浩瀚无垠的宇宙深处，隐藏着一种神秘莫测的物质——反物质。它与我们熟悉的一切物质看似相似，却又截然相反，如同现实世界的一面终极镜像，映照出宇宙最深邃的奥秘。本书《反物质：世界的终极镜像》并非一篇单纯的科普读物，它是一次穿越时空、探索物质本质的深度旅程，一次对我们认知边界的挑战，以及对宇宙起源和演化最深刻的哲学思考。 从古老的原子论萌芽，到现代物理学的巍峨殿堂，人类对物质的探索从未停止。我们曾经认为原子是构成世界的基本单元，不可分割，不可改变。然而，随着科学的飞速发展，我们发现了一个更加令人惊叹的事实：每一个基本粒子，如电子、质子、中子，都拥有其对应的“反粒子”。例如，电子有一个带正电荷、质量相等的正电子；质子有一个带负电荷、质量相等的反质子；中子则对应着反中子。它们之间最显著的差异在于电荷（或某些量子数），但它们在质量、自旋等方面则完全相同。 当物质与反物质相遇，将会发生什么？这并非科幻小说中的奇妙幻想，而是宇宙中普遍存在的物理现象。物质与反物质的湮灭，是自然界中最剧烈的能量释放过程之一。它们相遇时，会瞬间转化为纯粹的能量，根据爱因斯坦著名的质能方程 E=mc²，即使微小的质量也能释放出巨大的能量。这种能量转换效率之高，远超我们目前所能想象的任何化学反应或核反应，是未来能源开发的终极目标之一，也是科学家们孜孜不倦追求的梦想。 然而，反物质的神秘之处远不止于此。我们不禁要问，在如此庞大的宇宙中，为什么我们所见的绝大多数物质都是“正”物质，而反物质却如此稀少？这个问题涉及到宇宙学中最 fundamental 的一个谜团——“重子不对称性”或“物质-反物质不对称性”。宇宙大爆炸之初，理论上应该产生等量的物质和反物质，它们会相互湮灭，留下纯粹的能量。但现实是，宇宙中存在着大量的星系、恒星、行星，以及生命，这些都由正物质构成。那么，在宇宙的早期，究竟发生了什么，导致了物质相对于反物质的微小但关键的过剩？这种不对称性是如何产生的？它是宇宙演化的驱动力，还是某种更为深层的物理定律的体现？ 本书将带领读者深入探索这些令人着迷的问题。我们将从历史的角度出发，回顾那些为反物质理论奠定基石的伟大科学家们，如保罗·狄拉克，他预言了反电子的存在，从而开启了反物质研究的新纪元。狄拉克方程，这个优雅而深刻的数学表达，不仅统一了量子力学和狭义相对论，更以其独特的哲学意境，揭示了物质与反物质对称存在的可能性。我们将深入理解反粒子是如何被实验证实的，例如卡尔·安德森在宇宙射线中发现的正电子，这一发现不仅印证了狄拉克的理论，也为人类打开了认识微观世界的新窗口。 本书将详细阐述现代粒子物理学中的标准模型，并探讨反物质在其中的地位。标准模型成功地描述了已知的大部分基本粒子及其相互作用，反粒子是标准模型不可分割的一部分。我们将了解各种反粒子的性质，以及它们是如何在粒子加速器中被产生和探测的。从大型强子对撞机（LHC）的精密实验，到地下深处的暗物质探测实验，科学家们一直在努力寻找反物质的蛛丝马迹，试图理解它的起源和分布。 本书还将探讨反物质在宇宙学中的重要作用。例如，在宇宙早期，高能粒子碰撞产生的反物质可能扮演了重要的角色。虽然在今天的宇宙中，宏观尺度的反物质区域极难找到，但科学家们从未放弃搜寻。一些理论模型推测，在宇宙的某些角落，可能存在由反物质组成的星系或恒星。如果真的存在，那么这些反物质天体将与我们普通物质天体发生湮灭，产生独特的高能辐射信号，为我们提供寻找它们的关键线索。本书将介绍这些搜寻方法和潜在的观测证据。 更进一步，本书将触及反物质与我们对宇宙基本规律的理解之间的深刻联系。物质和反物质的对称性，是物理学中一个非常重要的概念。然而，现实宇宙中的不对称性，恰恰是推动宇宙演化的关键因素。我们将探讨一些可能的解释，例如CP破坏（Charge-Parity violation）。CP破坏是指，物理定律在将粒子与其反粒子以及空间坐标进行互换后，并不保持不变。这种对称性的破缺，被认为是产生物质-反物质不对称性的关键机制之一。本书将深入浅出地介绍CP破坏的概念，以及它在宇宙学和粒子物理学中的意义。 除了理论探索，本书还将关注反物质的实际应用前景。尽管大规模生产和储存反物质仍然是巨大的技术挑战，但科学家们已经在探索其潜在的用途。例如，在医疗领域，正电子发射断层扫描（PET）技术就已经广泛应用，它通过注射带有放射性同位素的示踪剂，这些同位素会衰变产生正电子，正电子与体内电子湮灭，产生伽马射线，从而构建出身体内部的三维图像，为疾病诊断提供重要依据。本书将详细介绍PET的工作原理以及反物质在医学影像领域的应用。 更具未来性的设想，包括反物质作为一种高效的推进剂。反物质发动机的能量密度极高，理论上能够实现远超现有化学火箭的速度，为星际旅行提供可能。但要实现这一目标，需要克服巨大的技术难题，包括反物质的产生、储存和控制。本书将审视这些技术挑战，并展望反物质驱动的可能性。 然而，《反物质：世界的终极镜像》并非仅仅停留在科学层面。它更是一次对哲学和形而上学的深刻探索。当我们将目光投向反物质，我们看到的不仅是粒子的另一面，更是宇宙本体论的深刻反思。我们所处的现实，是唯一的存在吗？还是仅仅是无数可能存在中的一种？反物质是否代表着某种“镜像世界”，与我们的世界并行存在？这种二元性的思想，在人类文明史上有着悠久的渊源，从阴阳对立到镜像哲学，都揭示了人类对对称性与非对称性的直觉理解。 本书将挑战读者既有的世界观，引导我们重新审视“存在”的意义。反物质的存在，是否意味着我们对“现实”的定义需要被重新构建？它是否暗示着宇宙中可能存在着我们尚未理解的对称性法则，而我们所见的“不对称”只是我们认知局限的表现？这种思考将引领我们进入更广阔的哲学视野，探讨意识、存在、以及宇宙的终极本质。 《反物质：世界的终极镜像》是一次知识的盛宴，一次思想的冒险。它将带你穿越粒子物理学的微观奇境，遨游宇宙学的宏观尺度，更将引导你进行一场关于存在本质的深刻哲学思考。本书的语言将力求通俗易懂，即使没有深厚的物理学背景，也能从中领略反物质世界的奇妙与深邃。我们将通过丰富的类比、生动的比喻，以及引人入胜的故事，将抽象的科学概念转化为可感的认知体验。 本书的架构清晰，内容详实。第一部分将从反物质的定义、性质和历史发现讲起，为读者打下坚实的基础。第二部分将深入探讨反物质在粒子物理学标准模型中的地位，以及相关的实验证据。第三部分将聚焦于宇宙学中的反物质问题，包括重子不对称性、搜寻反物质天体等。第四部分将展望反物质的实际应用前景，从医疗到太空探索。最后一部分，也是本书最具特色的部分，将深入探讨反物质所引发的哲学思考，挑战我们对现实的认知。 这是一本关于探索的书，关于好奇心的书，关于人类永不满足的求知欲的书。反物质，作为我们宇宙中最神秘的存在之一，它不仅仅是物理学中的一个概念，更是对我们理解世界、理解自身的一次终极叩问。《反物质：世界的终极镜像》期待与你一同踏上这场激动人心的旅程，共同揭示宇宙最深处的秘密，重新审视我们所知的世界。

评分☆☆☆☆☆

《反物质：世界的终极镜像》这本书，就像一位博学的向导，引领着我在宇宙的边缘漫步。我一直对爱因斯坦的相对论和量子力学充满兴趣，而这本书将这两大理论的精髓，与反物质这一概念巧妙地结合在一起。阅读过程中，我仿佛亲身经历了一场穿越时空的科学探索之旅。作者对那些微观粒子的“镜像”行为的描述，让我对我们所处世界的构成有了全新的认识。它不仅仅是原子和分子的简单叠加，而是一个充满动态和对称的宇宙。我特别欣赏作者在解释一些复杂概念时所采用的比喻和类比，它们非常形象生动，即使是对物理学不太了解的读者，也能从中获得启发。这本书让我更加深刻地理解了“对称性”在宇宙中的重要性，以及当这种对称性被打破时所产生的惊人现象。它引发了我对宇宙起源和未来演化的无限遐想，也让我对人类探索未知世界的决心和智慧充满了敬意。

评分☆☆☆☆☆

不得不说，《反物质：世界的终极镜像》是一本极其出色的思想实验之书。它并非一本教科书，也不是一本纯粹的科普读物，而是介于两者之间，更加侧重于哲学层面的探索。作者以反物质为引子，展开了一系列关于实在性、虚幻性、以及我们对“真实”的定义的讨论。我尤其赞赏书中关于“观测者效应”的探讨，反物质在观测中的表现，是否也暗示了我们在宏观世界中的认知，同样受到我们自身局限性的影响？我们所看到的“世界”，真的是它本来的样子吗？这种颠覆性的思考，让我对自己的存在和所处环境有了更加警醒的审视。这本书的语言风格非常独特，既有科学的严谨，又不乏文学的诗意，读起来引人入胜。它鼓励我去质疑，去思考，去探索那些隐藏在表象之下的深刻真理。

评分☆☆☆☆☆

《反物质：世界的终极镜像》这本书，在我的书架上占据了一个特殊的位置。它不是那种读完就遗忘的书，而是会在你的脑海中留下深深的印记，让你在日常生活中不自觉地回味和思考。我尤其对书中关于“正反物质湮灭”的描述印象深刻。那种极致的能量转化，既是终结，也是新的开始。作者将这种物理现象，赋予了哲学上的解读，让我联想到了生命中的许多“湮灭”和“重生”的时刻。它让我思考，我们所经历的每一个结束，是否都孕育着新的可能？我们对“终结”的恐惧，是否源于我们对未知转化的不理解？这本书的伟大之处在于，它能够将看似遥远的科学概念，与我们最切身的生命体验联系起来，引发深刻的共鸣。作者的笔触细腻而富有洞察力，他能够捕捉到那些转瞬即逝的灵感，并将其化为文字，引领读者进行一次又一次的头脑风暴。

评分☆☆☆☆☆

这本《反物质：世界的终极镜像》在我手中，感觉沉甸甸的，不仅仅是纸张和油墨的重量，更像是承载着一种沉甸甸的哲学思辨。从封面上那抽象而引人遐思的图案开始，我就被一种莫名的吸引力笼罩。翻开书页，首先映入眼帘的是序言，作者用一种近乎诗意的语言，描绘了反物质在我们认知边缘的幽灵般的舞动，它既是物理学上的一个概念，又似乎触及了我们内心深处对“另一面”的探求。我一直对宇宙的本质充满好奇，尤其是在那些我们尚未触及的领域，反物质无疑是其中最神秘、最令人着迷的一员。我期待着这本书能够带我深入这个未知的领域，不仅仅是了解它的科学原理，更希望能够从中窥探到它可能对我们理解存在、意识乃至整个宇宙扮演的更深层次的角色。想象一下，如果存在着一个与我们物质世界完全相反的镜像世界，那将是怎样一番景象？那里的一切是否都颠倒过来？时间、空间、甚至是因果律？这本书似乎承诺着要将我们带入这样一个充满奇幻色彩的哲学之旅，尽管我明白其核心必然是严谨的科学探讨，但作者在字里行间流露出的那种对宇宙奥秘的敬畏和探索精神，已经深深地打动了我。

评分☆☆☆☆☆

这本书《反物质：世界的终极镜像》，在我看来，是一次对人类认知边界的勇敢触碰。作者以反物质为核心，巧妙地编织了一个关于宇宙、存在和镜像世界的宏大叙事。我尤其被书中关于“时空反演”的设想所吸引。如果存在一个反物质世界，那么时间是否也以相反的方向流淌？这种颠覆性的思考，让我对我们所习以为常的时间概念产生了深刻的怀疑。它不仅仅是一本科普书籍，更是一本激发想象力的哲学著作。作者的语言风格充满了力量和感染力，他能够将复杂的科学概念，用清晰而富有哲理的语言表达出来，让读者在享受阅读乐趣的同时，获得深刻的启迪。

评分☆☆☆☆☆

《反物质：世界的终极镜像》这本书，给我最大的触动，在于它让我重新审视了“存在”的定义。反物质，这个我们日常生活中难以接触到的概念，在作者的笔下，仿佛成为了一个通往未知宇宙的窗口。我尤其欣赏书中关于“虚空”和“实体”之间关系的探讨。反物质的存在，是否意味着我们所认知的“物质”并非唯一的存在形式？“虚空”之中，又隐藏着怎样的能量和可能性？这种思考，将我带入了对宇宙更深层次的探索。作者的叙述方式非常独特，他能够将抽象的科学理论，转化为富有诗意的哲学思考，让我仿佛置身于一个思想的殿堂，不断地被新的观点所震撼。这本书的价值，在于它鼓励我们打破思维的局限，去探索那些我们尚未触及的未知领域。

评分☆☆☆☆☆

《反物质：世界的终极镜像》这本书，在我手中，宛如一本开启未知宇宙的钥匙。它并非仅仅罗列科学事实，而是将反物质这一概念，升华到了一个哲学的高度，引发了我对“镜像”和“真实”的深度思考。我尤其对书中关于“相干性”和“叠加态”的讨论，以及它们与反物质世界的潜在联系，感到无比着迷。作者的文字充满了智慧的光芒，他能够用一种极其生动和富有启发性的方式，将深奥的科学原理，融入到对宇宙奥秘的探索之中。这本书让我意识到，我们对世界的认知，可能只是冰山一角。反物质的存在，或许正是宇宙更深层规则的体现，而这本书，则为我们提供了一个窥探这些规则的绝佳视角。

评分☆☆☆☆☆

当我合上《反物质：世界的终极镜像》时，心中涌起的不是疲惫，而是一种难以言喻的、近乎狂喜的智识满足感。这本书的独特之处在于，它并没有将反物质仅仅作为一个纯粹的科学对象来解读，而是将其视为一个撬动我们理解世界、理解自身认知的支点。作者在论述过程中，巧妙地穿插了许多历史上的科学探索故事，以及不同文明对“另一面”的哲学想象，这使得原本可能枯燥的科学概念变得生动有趣，也极大地拓展了我对反物质的理解维度。我尤其被书中关于“湮灭”的讨论所吸引，那种能量的瞬间释放，既是毁灭，又是转化的象征。作者将这种物理现象，与我们对生命、存在和消亡的哲学思考联系起来，引发了我对“存在”本身的深刻反思。我们所经历的现实，是否只是某种更宏大能量守恒定律下短暂的显现？反物质的存在，是否暗示着宇宙的某种“平衡”机制？这本书的价值，在于它不仅提供了知识，更提供了一种看问题的全新视角，一种敢于挑战固有认知的勇气。

评分☆☆☆☆☆

我必须承认，《反物质：世界的终极镜像》这本书在我阅读的初期，就给我带来了前所未有的思维冲击。作者并没有选择直接铺陈晦涩难懂的公式，而是以一种非常巧妙的方式，将反物质这一前沿科学概念，巧妙地融入了对人类哲学思考的探索之中。读到关于“镜像对称性”的部分，我反复品味了好几遍。那种“负负得正”的直观感受，在宏观宇宙层面被赋予了更为深刻的含义。作者仿佛在引导我们思考，在我们所处的现实世界之外，是否存在着一个与我们“相反”的存在，它以一种我们难以想象的方式回应着我们？这种“镜像”的概念，不仅仅局限于物理学上的粒子对，更延伸到了我们对自身存在的认知。我们是否只是某个更大、更奇妙的“镜像”中的一部分？这本书迫使我跳出固有的思维模式，去审视那些我们习以为常的“真理”，去思考是否存在着截然不同的可能性。作者的文字充满了一种智性的魅力，它既有科学的严谨，又不失哲学式的思辨深度，让我仿佛置身于一个思想的迷宫，但每一步都充满了惊喜和启发。

评分☆☆☆☆☆

我对《反物质：世界的终极镜像》这本书的评价，可以用“惊艳”二字来概括。它成功地将一个极具挑战性的科学概念——反物质，以一种引人入胜、发人深省的方式呈现给读者。我特别喜欢作者在探讨反物质的性质时，所引用的那些关于对称性和守恒律的哲学思考。它让我意识到，我们所处的宇宙，远比我们想象的更加精妙和有序。那种“镜像”的概念，不仅仅局限于物理层面，更触及到了我们对“自我”和“他者”的认知。我们是否只是某个更大存在的“反面”？这种颠覆性的猜想，在作者的笔下，显得既大胆又合理。这本书的文字充满了智慧的光芒，它在提供科学知识的同时，也激发了读者对宇宙、生命和存在的无限好奇。每一次阅读，都能从中获得新的感悟和启发。