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物理学的困惑 致谢
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每本书都先有一个想法，而本书的萌芽要感谢John Brock-man，他发现我想就民主与科学问题做点儿事情，而不是写一本模糊的学术专著。那是本书的一个主题，但正如他预见的，在特殊的科学争论的背景下，论证会显得更加有力。我要感谢他和Katinka Mastson，他们一直支持着我，请我加入第三文化组成的群体。他们为我提供了我的专业之外的氛围，改变了我的生活。
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没有哪个作者能遇到比Amanda Cook更好的编辑了，如果说本书有什么好的地方，那要归功于她的指导和参与。SaraLippin-cott以任何作者都羡慕的优美和准确做好了一切。和她们合作是我的荣幸。Holly Bemiss, WillVincent和HoughtonMifflin的每个人都满怀热情和技巧地关注着这本书。
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在过去几十年，许多同事都花时间教我弦理论、超对称和宇宙学。其中，我要特别感谢Nima Arkani-Hamed, Tom Banks, Mi-chaelDine, JacquesDistler, MichaelGreen, BrianGreene, Gary Horowitz, CliffordJohnson, RenataKallosh, JuanMaldacena, Lubos Motl, HermannNicolai, AmandaPeet, MichaelPeskin, JoePolchins-ki, LisaRandall, JohnSchwarz, SteveShenker, PaulSteinhardt, Kel-logg Stelle, Andrew Strominger, Leonard Susskind, CumrunVafa和Edward Witten，感谢他们的时间和耐心。如果说我们还有不同的意见，我希望本书不是最后的陈述，而只是小心组织的论证，是我为正在进行的对话的一点贡献——我是怀着对他们的努力的敬意和尊重参与进来的。如果证明世界是11维超对称的，我会第一个站出来欢呼他们的胜利。但是现在我要预先感谢他们允许我解释，为什么我经过长期思考以后不再相信有那种可能。
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这不是一段学术史，但我确实在讲历史，几个朋友和同事慷慨地花了很多时间给我讲了真实的故事而不是久远的传说。Julian Barbour, JoyChristian, Harry Collins, JohnStachel和AndreiStari-nets给我整个手稿加了专业注释。为了使本书尽可能浅显易读，我对注释进行了选择，产生的错误当然是我个人的责任。错误的修正和进一步的思考将贴在本书的网页上。读过手稿并提出过批评的其他朋友和家庭包括Cliff Burgess, Howard Burton, Margaret Geller, JaumeGomis, Dina Graser, Stuart Kauffman, JaronLanier, Janna Levin, Joao Magueijo, Patricia Marino, FotiniMarkopoulou, Carlo Rovelli, Michael Smolin, PaulineSmolin, RobertoMangabeira Unger, Antony Valentini和Eric Weinstein.ChrisHull, JoePolchins-ki, Pierre Ramond, Jorge Russo, MosheRozali, John Schwarz, An-drew Strominger；Arkady Tseytlin也帮我澄清了一些具体的事实和问题。
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多年来，我的研究得到了国家科学基金会的资助，对此我非常感谢。但我无比幸运地遇见了一个人，他问我，“你真的想做什么？你最疯狂、最雄心勃勃的思想是什么？”接着，出乎我的意料，Jeffrey Epstein给了我寻找我自己的答案的机会，令我难忘。
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本书的部分内容是谈有关科学共同体的价值，我很幸运地从量子时空的先驱者那里知道了我的价值：Stanley Deser, David Finklestein, JamesHartle, ChrisIsham和RogerPenrose。如果没有别人的支持和合作，我不会有任何结果。特别是AbhayAshtekar, JulianBarbour, LouisCrane和CarloRovelli。我还要感谢我最近的合作者Stephon Alexander, MohammadAnsari, OlafDreyer, Jerzy Kowalski-Glikman, JoaoMagueijo，特别是FotiniMarkopoulou，她不断的批评和挑战令我保持冷静而不自以为是。还应该说明的是，如果没有更多的不赶潮流而投身物理学基本问题的物理学家、数学家和哲学家，我们的工作是不会有意义的。本书首先要献给他们。
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如果没有朋友们的支持，我的工作和生活将贫困潦倒；他们不但让我做科学，也让我在更广大的背景下认识了科学。这些人包括SaintClairCemin, JaronLanier, DonnaMoylan, ElizabethTurk和MelanieWalker。
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每本书都是带着地域的精神写作的。我最早的两本书是纽约和伦敦。这本书则带着多伦多的精神。Pico Iyer称它为未来之城，我想我幸运地知道那是为什么。在2001年9月的某个时候，我一个外乡人来到这里，受到了大家的欢迎。我首先要感谢Dina Gra-ser，当然还有CharlieTracyMacdougal, OliviaMizzi, Hanna Sanchez和港湾帆船俱乐部（如果你去年春天没在水上看见我，就是因为它！）的其他伙伴。
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我要感谢Howard Burton和Mike Lazaridis请我到这里来。他们建立了PI理论物理研究所，对科学的远见和支持，我不知道还有什么更伟大的行动。他们真诚地相信科学的未来，一直投身于研究所的成功，关心科学的人应该对他们报以最高的赞美。我特别感谢他们为我提供了一个机会，那是我个人的机会，也是科学的机会。
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我们同甘共苦建立了研究所和研究团队，我要感谢Clifford Burgess, FreddyCachazo, LaurentFreidel, JaumeGomis, DanielGot-tesman, LucienHardy, JustinKhoury, RaymondLaoamme, Fotini Markopoulou, MicheleMosca, RobMyers, ThomasThiemann, Antony Valentini以及其他敢于冒险将自己的学术生涯投入到我们的艰苦历程中来的人，可惜不能列举他们的名字。尽管可以不说，我还是想强调一句，本书的每句话都是我自己的观点，绝不代表PI及其科学家和创建者们的正式或非正式观点。相反，本书成为可能，得益于我身在一群特别的科学家中间，他们提倡真诚的科学争论，他们知道，在科学的进程中，活跃的讨论不需要像朋友那样相互扶持。如果有更多像PI这样的地方，我就不会觉得有必要写这本书了。
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最后，我感谢父母给我的无私的爱和支持，感谢Dina，把一切都做得井井有条，令我感到了生活的乐趣，也让本书讨论的东西井然有序。
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物理学的困惑 第一篇 未完成的革命
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第一章 理论物理学的五大问题
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从物理学萌芽以来，就有人想象自己是最后一代还会面对未知的人。物理学在它的实践者们看来几乎就要圆满了。当诚实的人被迫承认他们对基础还一无所知时，这种满足就在革命中破灭了。可是，就连那些革命也仍然幻想着就在某个角落藏着我们需要的大思想——它能整合我们对知识的追求，并将圆满地终结它。
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我们就生活在那样的一个革命时期，而且经过了一个世纪。最近的一个时期是哥白尼革命，从16世纪初兴起，它颠覆了亚里士多德关于时间、空间、运动和宇宙的理论。革命的高潮是牛顿1687年出版的《自然哲学的数学原理》，他提出了物理学新理论。当前的物理学革命从1900年开始，普朗克在那年发现了描述热辐射谱能量分布的公式，证明能量不是连续的而是量子化的。这场革命还没有结束。物理学家今天需要解决的问题还没有答案，在很大程度上就是因为20世纪的革命不够彻底。
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我们没能完成这场科学革命的主要原因在于五个问题，每一个都很棘手。我从20世纪70年代开始做物理时就面对这些问题了；在过去的30多年里我们对它们有了很多的认识，但还是不能解决。任何基础物理学理论，不论什么样子的，都必须解决这五个问题，所以我们需要好好看看它们。
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爱因斯坦当然是20世纪最重要的物理学家。他最伟大的成就也许是发现了广义相对论，也是迄今为止我们最好的关于时间、空间、运动和引力的理论。他深刻地洞察到引力和运动是密切联系的，而且联系着空间和时间。这个思想打破了几百年的时空概念，那时人们一直以为时间和空间是固定而绝对的。正因为时空永恒不变，所以它们成了我们过去用于定义运动概念（如位置和能量）的背景。
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在爱因斯坦的广义相对论中，空间和时间不再充当固定不变的背景。空间与物质一样是动态的，既有运动，也有变形。结果，整个宇宙既可能膨胀，也可能收缩，而时间甚至可能有开始（在大爆炸）和结束（在黑洞）。
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爱因斯坦还有其他的贡献。他是第一个认识到需要新的物质和辐射理论的人。诚然，普朗克公式隐含着需要突破，但普朗克对其意义的认识还不够深刻，他觉得那可以与牛顿物理学协调起来。爱因斯坦的想法相反，他在1905年第一次明确地论证了那样一个理论。20多年后，那个理论才出现，就是我们熟悉的量子理论。
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这两个发现（相对论和量子论）都需要我们与牛顿物理学彻底决裂。然而，两个理论尽管在过去100年里取得了伟大的进步，却依然不够圆满。每个理论都有缺陷，意味着存在一个更深层的理论。不过，我们说每个理论都不完备，主要还是因为两者的并存。
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因为简单的理由，我们的思想呼唤着第三个理论来统一所有的物理学。大自然显而易见是“统一的”。我们所在的宇宙是相互联系的，因为万物都发生相互作用。我们决不能有两个分别覆盖不同现象而毫不相干的理论。任何所谓的终极理论都必须是一个完备的自然理论，应该囊括所有我们知道的东西。
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