本书细腻生动地介绍了爱因斯坦和他的追随者通过近一个世纪的努力所构造的近代物理学基础理论的框架，分为四个部分，把近现代物理学上的基本理论和基本概念结合自己独到的理解和认识概括成通俗易懂的语言，生动形象地展现在读者眼前，是走进科学殿堂的法宝。

本书介绍爱因斯坦和他的追随者通过近一个世纪的努力所构造的近代物理学基础理 论的框架。他们将对称性作为指导原则，并深信这是揭示自然基础设计秘密的钥匙。本书第一部分从艺术、建筑、科学到物理学的弱作用宇称不守恒等方探讨对称性与建筑 设计到自然界基础规律的设计的关系；第二部分介绍爱冈斯坦在创立 相对论的过程中所得出的“对称性指挥设计”的观点；第三部分介绍对称性在认识和诠释量子世界中所取得 的成果；第四部分介绍杨米尔斯规范理论并将对称性思想再次引入物理学基础的舞台， 在此基础上进一步探索“最终设计”及遇到的问题。

I  1999年序

III 序

V 致谢

1  I 对称性与设计

  l 美的寻求  3

  2 对称性与单纯 8

  3 镜子另一端的世界 21

47 Ⅱ 爱因斯坦的遗产

  4 时间与空间联姻 49

  5 一个快乐的思想  72

  6 对称性指挥设计 90

97 Ⅲ 来到聚光灯下

  7作用量无处不在 99

  8 女士和虎  108

  9 学习去读这本伟大的书  116

  10 对称性在凯旋 126

141 Ⅳ 了解他的思想

  1l 夜间森林中的八重路 143

  12 艺术的复仇 1 72

  13 最终设计问题  195

  14 力的统一  212

  15 傲气抬头  237

  16 造物主的思想 255

264  跋

274  第9章附录  

277  跋的附录

295  注记   

316  索引

在设计师的宇宙中生活

从爱因斯坦以来的物理学家被一个深刻的事实所震惊，我们在观察自然进入越来越深的层次时，她变得越来越美丽。为什么会这样呢?我们也许会生活在一个内在很丑陋的宇宙中，就像爱因斯坦说的，"一个混沌的、无法通过思考来理解的世界。"

沿这条思路思考会在物理学家思想中唤起类似宗教的感觉。在判断一个描述宇宙的物理理论时，爱因斯坦会问他自己，如果他就是上帝，他会创造这样的世界吗?基础物理学家相信存在一个根本的设计。音乐与歌词

物理学的科普工作者经常用特定物理现象的描述来款待读者，用近代物理的奇妙发现使他们吃惊。我更感兴趣的是把当代基础物理的知识性和审美性框架传达给读者。就说歌剧吧。歌剧迷们喜欢图兰朵(Turandot)，但首先并不是冈为它的歌词，这个荒诞的故事是因为普契尼(Pucchini)的音乐而走红。另一方面，不知道故事情节而把歌剧从头听到尾也是不容易的，更不用说只听交响乐部分了。音乐和歌词是交相辉映的。

同样地，叙述众多的特定物理现象(歌词)而不把它们放在近代物理的审美框架(音乐)也令人生厌而且没有启发性。我希望给读者的是近代物理的音乐

引导物理学家的审美原则。但正像抽走声乐部分的歌剧是毫无意义的一样，脱离真实的物理现象来讨论审美也是空洞无物的。我必须叙述物理的歌词。最后我必须承认，作为基础物理学家和歌剧爱好者，我的心是更靠近音乐(而不是歌词)的

P5

在《可畏的对称》中，我希望讨论20世纪物理学的审美动机。

比起解释近代物理学的现实内容来，我更希望传达给读者的 是关于基础物理学得以运行的智能框架。

阿尔伯特·爱因斯坦曾说过：“我希望知道上帝是如何创造这 个世界的。我对这样或那样的现象、这个或那个元素的能谱不感 兴趣。我希望知道他①的思想，其余都是细节。”

作为一个物理学家，我倾心于爱因斯坦的这种情感。大多数 当代物理学家致力于解释特定的现象，这本是应该的，但同时有小 部分爱因斯坦的精神后代却变得具有更高的目标。他们进入夜间 的森林寻找自然界的基本设计，并以极端的自负宣称已经瞥见了 它的一部分。

有两个伟大的原则引导着这个寻找：对称性和重正化。重正 化是指不同特征长度的物理过程是如何相互联系的。虽然我也会 谈到重正化，但我的着重点是对称性，并把它当做基础物理学家观 察自然界的审美观点。

最近几年，人们对近代物理学的兴趣不断增长。对“新”物理学 的展示不断涌现。现在许多人都知道有数亿的星系，每一个星系又 含有数亿的星体。我们知道世界可以通过亚核粒子来理解，其中 的多数只存活几亿分之一秒。听到这些，读者会感到吃惊和眼花 缭乱。是的，近代物理的世界真是千奇百怪。带有希腊字母名称 的粒子随着量子的音乐狂舞，毫不遵守经典物理的决定论。但最终读 者会带着失望的心情走开，虽然这些事实确实很新奇，但他们也枯燥 烦人。

这本书是为愿意透过事实思考的好奇求知的读者写脬。在我的想 像中有这样一位读者的形象：这是我在年轻时一度遇到过的某个人；从 那时起，这个人成了一位建筑家，一位舞蹈家，一位股票中介人，一位生 物学家，或者一位律师；这是一位对近代物理学的思维和审美框架感兴 趣的人。

这不意味着本书对近代物理惊人的发现不作解释。相反，在进入 近代物理的知识框架的讨论之前必须对它们进行解释。但我希望读者 合上这本书时不仅是对一些惊人的事实了解并认同，而且能认识到，如 果没有这个框架，事实就仅停留为事实。

我并不想给出一个详细并全面的物理学的对称性的历史。将一个 主要的发展归功于少数人的描述不符合历史，应该予以坚决的拒绝。谈 到粒子物理的某些发展时，杰出的物理学家谢利·格拉肖(Shelly Glashow)曾说过：“挂毯是许多工匠共同完成的。在完成的工作中你辨 认不出某一个工匠的贡献，松的和错的线头被掩盖起来了。这就是粒 子物理的图画……标准理论并不是从一个物理学家的头脑中充分发展 出来的，甚至不是从三个人的头脑中①发展来的。它也是许多科学家， 包括实验家和理论家，集体奋斗的结果。”但在一个科普著作中，不可避 免地要简化历史，希望读者理解这一点。

于圣巴巴拉

1986年4月

《可畏的对称》将当代物理学难以置信的发现带到每个人理解力范围之内。作为著名物理学家和富于写作技巧的作家，徐一鸿讲述了现今的理论物理学在追求自然的美和单纯性的过程中如何追随爱因斯坦的动人故事。本书以一种崇敬和欣赏的心情描述了20世纪物理学的伟大进展与成就。最后我们怀着敬畏站在近代物理的无际的视野之前--这是人在智慧历史中最伟大的篇章之一。  《可畏的对称》以最易理解的、最生动的方式讲述近代物理和当代物理学家的故事。它使"可畏"的对称性变得简单和易懂，使燃烧的猛虎变得生动和有人性。卓越的表述，杰出的成就。  --李政道，诺贝尔物理学奖获得者  对如我一样从未接触过近代理论物理的外行来说，徐一鸿的书就如一盏明灯。我发现，一旦把握住"将对称作为美和智慧的原则"的概念，在他引导下也能知晓过去我一无所知的宇宙设计方面的一些知识。  --约翰·儒波特·马丁，普林斯顿大学艺术和考古学讲座教授  我们可以毫不费力怀着巨大的喜悦看到一颗小小宝石的深处。  --罗伯特·施里弗，诺贝尔物理学奖获得者