叩響天堂之門：宇宙探索的歷程（簡體書）

推薦序
發現的激情
陳學雷
國家傑出青年科學基金獲得者
國家天文臺研究員及宇宙暗物質與暗能量研究團組首席科學家

拿到這套書的樣章，讓我想起20 多年前（1993年），我作為一名物理學研究生，參加了由李政道先生創辦的中國高等科學技術中心組織的一個國際物理學會議。會議日程上列出的報告中有幾位大名鼎鼎的學者，他們的名字，我們在粒子物理學教科書中早已熟悉。但當時還有一個我不很熟悉的名字“Lisa Randall”，而且在日程中排在十分顯著的位置。會議開始後，我見到了她: 一位面容美麗、身材苗條的女子。她看上去似乎比我大不了幾歲，卻十分高冷。而且，我聽說她酷愛攀岩。然而在會議中，無論是演講、問答還是討論，她都顯得學識淵博、機敏睿智、充滿自信，與那些年齡、資歷都老得多的學者辯論時，完全不落下風，成為會議的中心人物之一。這完全打破了我那時對女性物理學家的錯誤刻板印象。誠然，我從小遇到過很多成績比我更優秀的女同學，但也許是因為女孩子們的謙讓、文靜和不好爭辯，總讓我懷疑她們不過是比我更用功、更擅長作業和考試而已。對於她們是否能深刻地思索或者作出創造性的發現，我內心總有一點兒懷疑。在物理學發展史上，女性物理學家，特別是理論物理學家，也確實屈指可數。然而，站在我面前的就是一位活生生的傑出的女性物理學家，這證明之前我錯了。當然，自那之後，我有幸遇到過很多優秀的女性物理學家，其中也包括麗莎•蘭道爾教授的一位中國女弟子蘇淑芳博士。她們都向我證明了，女性在物理學或者其他科學研究中，完全可以取得毫不遜色於男性的成就。
蘭道爾教授先後在麻省理工學院、普林斯頓大學、哈佛大學這幾所世界最著名的大學擔任理論物理學教授，並一直在進行著最前沿的科學研究。她有許多卓越的成就，其中最著名的是她與桑卓姆合作提出的“額外維度”模型。在這個模型中，我們所熟知的三維空間只是高維空間中的“膜”（參見《彎曲的旅行》一書）。蘭道爾教授的這套科普書系，介紹了物理學家是如何研究、探索宇宙之謎的。《叩響天堂之門》一書不僅介紹了大型強子對撞機所進行的研究的意義，也用科學的道理和事實，澄清了人們對科學的各種誤解；《彎曲的旅行》一書，重點是對高維空間的探索；《暗物質與恐龍》一書則介紹了作者提出的一個特別的暗物質模型，並就此提出了一種關於恐龍滅絕的有趣假說，借此又闡述了從宇宙起源到暗物質、從太陽系演化到恐龍等多方面的知識。所有這些著作的共同特點是，作者並不滿足于僅僅介紹那些已經被廣泛接受的科學知識，而是著重展示科學家現在正在進行的猜想和探索，當然也清楚地說明了哪些仍僅僅是猜想和假說。這些猜想也許未必都正確，其中許多可能也會被未來的實驗和觀測所否定。但是，對這些內容的介紹更可以使讀者真切地欣賞到科學研究的豐富多彩和趣味，體驗到科學家們在構造假說、探索未知、獲得新發現時所體驗的激情。
我相信，想瞭解科學探索前沿的讀者一定會享受閱讀這套書帶來的樂趣。我也特別希望，這些書能鼓勵那些喜愛科學、希望未來從事科學研究的女孩子們。

重磅讚譽
推薦序 發現的激情
中文版序 宇宙的故事
引言 歡迎來到科學的世界
第一部分 從宏觀到微觀，探秘宇宙的歷程
01 神奇的科學尺度
科幻界的怪力亂神
南轅北轍，科學不是魔法
有效理論，忽略細枝末節
光子與光的發展歷程
02 伽裏略的科學求索
科學時代的來臨
實驗觀測與思想實驗
將望遠鏡對向太空
探秘微觀世界
03 生於物質世界
未知的尺度
宗教與科學是否彼此相容
物理關聯
理性的爭端與非理性的例外
04 物中之妙
誰是“權威”
人們為什麼關心這些
第二部分 進入物質世界
05 謎般的夢幻之旅
從人類尺度到測量宇宙
物質內部的旅行
在人體與原子之間
進入原子核內部
技術之上
06 “眼見”為實
更小的波長，更小的尺度
把電子扯開
發現誇克
固定靶實驗與粒子對撞機
哪種對撞機才是最佳選擇
粒子還是反粒子
07 宇宙的答案
超越標準模型，粒子品質如何非零
探秘暗物質
暗能量，比暗物質更神秘的存在
尋找更多問題的答案
第三部分 大型強子對撞機的傳奇歷程
08 一個約束它們的加速環
大型強子對撞機，驚為天人的藝術品
25年，從設想到現實
加速環的成員
低溫二極磁鐵是關鍵
穿過真空而對撞
09 加速環的歸來
世界究竟很小
大型強子對撞機是怎麼煉成的
2008年9月：第一次試開機
2009年11月：姍姍來遲的勝利
10 吞噬世界的黑洞
擔心世界毀滅的人們
大型強子對撞機中的黑洞
11 這是一項風險差事
世界上的風險
計算風險是第一步
緩解風險
專家的角色，科學裏沒有金色降落傘
超級預測
12 一切都是概率
科學的不確定性
測量的客觀性
走運的粒子物理學家
大型強子對撞機的全新可能性
13 進入大型強子對撞機
一般原理
超環面儀器與緊湊μ子線圈探測器
三個跟蹤器
電磁量能器
強子量能器
μ子探測器，發現有趣的碰撞
端帽
磁鐵
計算
14 鑒定粒子
發現輕子
發現強子
發現弱相互作用載體
第四部分 尋找“上帝粒子”
15 真、美與其他科學錯覺
美
看起來很好
科學中的美
美的標準並不唯一
16 希格斯玻色子，宇宙萬物為何產生
希格斯機制，給出基本粒子品質的唯一方法
實驗證據的搜尋
希格斯區，對撞足夠多的質子
為什麼引力如此弱？
17 誰才是世界的下一個頂級模型？
模型一：超對稱
模型二：技術色理論
模型三：額外維度
模型四：大尺度的額外維度與等級
模型五：彎曲的額外維度
回歸，等待新世界的出現
18 “自下而上”還是“自上而下”
弦理論
景觀
重歸實地
第五部分 縮放宇宙，讓我們極目遠眺
19 內外翻轉
宇宙之旅
大爆炸：從小到大的演變
20 君之須彌，我之芥子
宇宙學暴脹理論
暗黑之心
能量、宇宙物質與暗物質謎題
21 暗黑世界的來訪者
透明物質
大型強子對撞機中的暗物質
直接測量暗物質的實驗
間接測量暗物質的實驗
第六部分 宇宙的探索仍在繼續
22 海闊天空與腳踏實地
另類才能
一沙一世界
結 語 尋路宇宙邊緣
致 謝
注 釋
譯者後記