20世纪场论的概念发展(世纪人文丛书:开放人文)

20世纪场论的概念发展(世纪人文丛书:开放人文)
ISBN: 
978-7-5428-4536-8/N.741
出版日期: 
2008-12
开本: 
16开
页码: 
558
定价(元): 
55.00
作者: 
[美]曹天予
译者: 
吴新忠 李宏芳 李继堂
  

目录

目    录
1      内容提要
2      作者简介
3      出版前对本书的评价
7      引自精装版原著的评价
11    一部开创性的划时代的物理学史杰作何祚庥
27    一部为科学实在论作辩护的当代物理学思想史范岱年
39    前言

1      第1章  导论
1      1.1  科学
6      1.2  形而上学
9      1.3  因果性
12    1.4  本体论
17    1.5  历史与科学史
19    1.6  主要情节的概要

29    第2章  经典场论的兴起
29    2.1  力学框架中的物理作用
32    2.2  连续介质
37    2.3  机械以太场论
49    2.4  电磁场论

55    第一篇  基本相互作用的几何纲领
59    第3章  爱因斯坦通向引力场的道路
60    3.1  指导思想
67    3.2  狭义相对论
73    3.3  狭义相对论的几何解释
76    3.4  引力场的引入:等效原理

82    第4章  广义相对论
83    4.1  场与几何
87    4.2  场与时空:广义协变性
94    4.3  物质—时空与场:马赫原理
105  4.4  广义相对论的相容性:相对论性宇宙学的产生

116  第5章  几何纲领
116  5.1  爱因斯坦的时空观与几何观
128  5.2  几何纲领:强的与弱的版本
133  5.3  进一步的发展
145  5.4  拓扑学研究:奇点、视界与黑洞

159  第二篇  基本相互作用的量子场纲领
162  第6章  量子理论的兴起
162  6.1  运动的量子化
166  6.2  辐射的量子化
173  6.3  矩阵力学的诞生
176  6.4  物质的二象性、个体性和量子统计
179  6.5  波动力学的诞生
181  6.6  不确定性与互补性

187  第7章  量子场论概念基础的形成
188  7.1  波函数的解释
198  7.2  量子化
205  7.3  场的量子化
223  7.4  真空
228  7.5  相互作用
239  7.6  重正化

270  第8章  量子场纲领
270  8.1  本质特征
273  8.2  失败的尝试
275  8.3  对于可重正化性的各种态度
279  8.4  公理化方法
282  8.5  S矩阵理论
295  8.6  部分守恒轴矢流假说和流代数
316  8.7  反常
328  8.8  重正化群
335  8.9  来回摆动

343  第三篇  基本相互作用的规范场纲领
347  第9章  通往规范场之路
347  9.1  规范不变性
350  9.2  确定相互作用形式的规范原理
352  9.3  早期努力

358  第10章  规范场论概念基础的形成
358  10.1  短程相互作用的机制(Ⅰ):自发对称性破缺
372  10.2  短程相互作用的机制(Ⅱ):渐近自由
378  10.3  可重正化性
391  10.4  整体特征
397  10.5  未解决的问题

406  第11章  规范场纲领
407  11.1  标准模型的兴起
416  11.2  进一步的延伸
422  11.3  规范场纲领:几何纲领与量子场纲领的综合
430  11.4  停滞与新方向:有效场论

448  第12章  本体论综合与科学实在论
448  12.1  科学如何发展的两种观点
451  12.2  反对不可通约性论题的框架
454  12.3  本体论的结构属性
456  12.4  经由本体论综合的概念革命
461  12.5  概念革命与科学实在论
463  12.6  概念革命与科学合理性

467  附录
467  附录1  内蕴几何学、局域几何学和动力几何学的兴起
473  附录2  同伦类与同伦群

476  参考书目
528  人名索引
539  主题索引

内容提要

       本书给出了20世纪场论的概念发展的广泛综述,涉及从广义相对论到量子场论和规范场论的概念发展。作者针对这些理论的概念基础给出了一种历史批判性的阐述,揭示了这些自然概念演进的模式。
       理论物理学的专家与学生将在这本书中发现对他们所从事的学科的基本问题的一种论述,这有助于他们理解本学科的内在逻辑和发展动力。另外,对于职业科学史学家和科学哲学家,尤其是物理学史学家和物理学哲学家,本书将为他们对这些理论进行更深刻的历史、文化和社会学分析提供概念基础。这本书也包含相当多的哲学(形而上学的、方法论的和语义学的)反思材料。最后,有一定科学素养的一般读者将发现,本书对物理世界的当代概念作出了较之本学科的通俗说明更为深入的分析。
       当代数理物理学核心部分的这种令人着迷的论述,将使从专业研究者到受过教育的普通读者的各个水平上的物理学家、科学史学家、科学哲学家和科学社会学家产生浓厚的兴趣。

前言

       这部作品的目的是给出20世纪场论——从广义相对论到量子场论与规范场论——的一个广泛的综述。这些理论首先被看作是据以形成我们关于物理世界的概念的概念框架。本书的意图是给出关于场论的概念基础的一个历史批判的说明,从而考察这些概念在演化发展中的模式。

       作为文化的重要组成部分,物理世界的概念涉及自然界的构成和运作方式的模型,包括关于物质的终极成分之间的基本相互作用的机制的假设以及关于空间和时间本质的解释。也就是说,这个概念涉及哲学家通常所谓的形而上学假设。现在,谈论形而上学已经不时髦了。这在科学研究的行业中尤其如此,目前大家首先关心的是局部的、基于经验的成功,以及社会利益和权力关系。在连观测事实的客观地位也受到社会建构论者挑战的时代,谁会在意弯曲时空或虚量子的本体论地位呢?但是,正如我们将在正文中看到的那样,形而上学的考虑对于在研究中另辟蹊径的物理学家是至关重要的。其中的一个理由是这些考虑构成了他们的概念框架的基本组成部分。但是,目前形而上学在文化上的重要性比其对专业研究的贡献更深入也更广泛了。我自己的经历也可以说明这一点。

       在阅读了笛卡儿(Descartes)、康德(Kant)、黑格尔(Hegel)、罗素(Russell)、爱因斯坦(Einstein)、海森伯(Heisenberg)和玻姆(David  Bohm)的哲学著作以后,我开始研究理论物理学,我被物理学所吸引纯粹出于文化好奇心,试图获得被物理学最新发展所认同的[xiv]物理世界图景。我被告知牛顿图景是不合适的,机械世界观在19世纪已被实质上是场论世界图景的电磁世界观所取代。我也了解到,在20世纪,我们已经目睹了两次由相对论与量子论带来的物理科学中深刻的概念革命和本体论革命。物理学革命的结果是,探究物理世界基础的新概念框架把我们武装起来了。但是,由这些革命性理论所揭示的整合的世界图景是怎样的呢?在12年前,当我在英国剑桥大学开始从事科学史与科学哲学的研究时,我企图从20世纪的物理学家、物理学哲学家和物理学史学家的著作中寻找这样一幅图景,结果却劳而无功。

       当然,我也从卡西勒(Ernst  Cassirer)、石里克(Moritz  Schlick)、赖辛巴赫(Hans  Reichenbach)、波普尔(Karl  Popper)、霍尔顿(Gerald  Holton)、格林鲍姆(Adolf  Grünbaum)、斯泰因(Howard  Stein)、厄曼(John Earman)、施塔赫尔(John  Stachel)、马丁·克莱因(Martin  Klein)、库恩(Thomas  Kuhn)、贝尔(John  Bell)、希莫尼(Abner  Shimony)、法因、雷德黑德,和其他许多学者那里学到了很多。例如,我已经知道,一些类似于普适性原理和对应原理的形而上学预设,在革命性理论的创立者的理论建构中起着重要的启发性作用。我也认识到,对于大多数受过教育的人们,这些理论的某些形而上学意义,诸如机械以太的取消、平直时空的废除,以及在微观世界中个体事件的因果描述与时空描述的不可能性,已经作为我们的世界图景的重要部分被接受。但是,我并没有发现一幅整合的图景,更不用说对这幅图景的演化以及演化模式和方向的令人信服的说明。我决定填补这个空白,这部著作就是我努力的结果。

       这部书首先是为理论物理学专业那些对他们学科中的基础问题感兴趣,并且力图从历史的视角来把握他们学科的内在逻辑和动力的学生写的。但是,我也尽力使这部作品让接受过基本科学教育的一般读者也能够理解,这些读者往往感到那些通俗作品无法满足他们对当代的自然概念的文化好奇心。我最后面对的读者是主流的科学史和科学哲学专家。虽然这部著作已经提供了这些学科的更深入的文化和社会学分析的基础,包含了许多哲学反思材料,但在目前的环境下,本书设定的方案不大可能让这些学者感兴趣甚至让他们接受。分歧来自不同的科学概念。反对目前立场的详细论证将在介绍性与总结性的章节中给出。这里,我只强调有争议的几点。

       对于很多从事科学研究的学者来说,任何根据由经验定律构成的科学理论所假设的终极成分和隐机制给出的世界图景的讨论,似乎等同于预设了建立在理论的不可观测实体和结构的基础之上的朴素实在论立场,而这简直是不可接受的。这种反实在论的立场具有悠久的传统。对于古典实证主义者来说,任何涉及诸如原子或场之类的不可观测事物的陈述,都超越了经验证据或逻辑推理的范围,因而是没有意义的,都必须从科学的论述中驱逐出去;因此,世界图景问题是个伪问题。对于生活在后经验主义时期的建构经验主义者或老练的工具主义者来说,描述假说性的不可观测事物的理论术语是允许的,但与存在状态不一致,因为这些术语只是拯救现象和作出预测的工具,或是可观测事物的一种速记。这样,他们面临的问题是,这些工具的有效性的根源是什么。

       为了回答这个问题,需要澄清工具与外部世界的关系。但是,工具主义者一直没有作出这样的澄清。不过,他们已通过借助于所谓的迪昂—奎因(Duhem Quine)的非充分决定性(underdetermination)论题来怀疑理论术语的实在论解释,根据这个论题,没有任何一个理论术语能被经验证据唯一地确定。但是,这个论题的说服力完全是建立在把经验证据视为决定一个理论所假设的本体论的可接受性的单一判据的基础之上。一旦剥夺了经验证据的这种优先地位,那么把科学理论看作只是由经验的、数理逻辑的和约定的成分构成的简约主义观点就被更站得住脚的观点取代,其中形而上学成分(例如概念框架的可理解性与似真性)也被包含在其中并被视为理论可接受性的一个判据,这样一来就把科学理论放在了各时代累积的预设所构成的更广阔的网络和一种普遍性的文化氛围中,从而单单迪昂—奎因这一论题并不足以有力到让人怀疑理论术语的实在论解释。

       更激进的是库恩的立场。如果迪昂—奎因论题全盘接受多种相互竞争的理论本体论——这些理论本体论全都与一组给定的证据相容,并平息了关于哪一个本体应当被视为真的争论——那么库恩(1970)则拒绝任何理论本体的实在性。他问道,正像科学史似乎已经向我们显示的那样,既然由科学理论假设的本体论总是被另一种不同的、经常是被后来的理论所假设的不相容的本体论所取代,而且不存在本体论发展的连贯方向,那么我们如何能够把任何一种理论本体看作是世界的真实本体呢?而历史事实却是,一些假说性的本体论总是或明或暗地存在于理论科学中。因而库恩面临的问题是,为什么理论本体论在科学的理论结构中是如此地不可或缺。

       库恩的工作已经产生了一些反响。不像那些孤傲地沉迷于科学理论的抽象逻辑和语义分析的逻辑经验主义者,库恩已经试图在对实际存在着的理论的历史考察的基础上发展他的科学观。但是,他的一些追随者对他把科学实践仅仅限制在概念方面的做法并不满意。他们大声疾呼实验和研究机构、社会利益和权力关系以及诸如此类东西的重要性。但是,据我看来,在这一点上库恩基本上是正确的:科学实践的核心在于理论建构和理论争论。实验是重要的,但是如果没有放入某个理论语境,它们的重要性就将是不可理解的。所有外在因素对于我们理解科学是有趣的和有价值的,但只有当它们与理论,即理论的产生、建构、接受、使用和结果存在关联时才是如此。否则,它们将与我们对科学的理解无关。在这一点上,福曼(Paul Forman)的著作(1971)是重要的,因为它描述了有助于接受在量子力学中发展起来的非因果性概念的德国文化氛围,虽然它没有触及在非因果性概念的形成中文化氛围是否扮演建构性角色的问题。

       与此相似的问题被科学社会学强纲领的倡导者采纳,并作出了肯定的回答,他们持科学是一种社会建构的立场(见D.Bloor, 1976;  B.Barnes, 1977;  A.Pickering, 1984)。在通常的意义上,现在很少有人与他们争论科学的社会建构特点。但是在争论中真正使人感兴趣的一点是他们关于自然的特殊立场。如果自然被设想为在科学的建构中不起作用,那么社会建构论者将没有理论源泉来提出涉及科学理论的真理地位和客观性的问题,而相对主义和怀疑论将是不可避免的。但是,如果允许自然在科学的建构中起作用,那么科学将不单单是一种社会建构,而且社会建构论者在把科学的本质解释为关于自然的知识这方面将不会有什么成就。

       科学研究的最近风尚追随着一种社会建构论者从后现代主义文化的最新时尚中吸收了大量辞藻的激进版本。时尚追求者仅仅把科学看作是事实与知识的劝导、操纵和制造的修辞艺术;知识不过是一种权力冲动,与真理或客观性全然无关;而客观性只不过是一种意识形态,与科学知识实际上是如何制作的无关。他们争辩道,从事科学研究的学者的重要任务不是要找出谁发现了事实以及谁构造了概念与理论,而是谁控制了实验室;不是要在广义相对论所预言的红移能够真正被观测到的意义上来解释为什么科学是有效的,而是要询问谁从科学中获利。这些时尚追求者面临的问题是,他们只能彼此间讨论,而永远不能与科学家严肃地讨论他们的主要活动,即他们的理论活动。

       另一种有影响的立场是普特南(Putnam)的内在实在论(1981)。这种立场允许我们谈论抽象实体、真理和实在,但只能在一个理论框架内进行。既然任何一种谈论总是在一种确定的框架内进行,人们似乎不可能回避这种立场。应当注意这种立场与卡尔纳普(Carnap)关于语义学框架的立场(1956)具有亲密关系。这两种立场都拒绝涉及独立于我们的语义学框架的理论实体的客观实在性这个外部问题。对这种立场的辩护,正如普特南所做的那样,存在于如下声明中:即使形而上学实在果真存在,我们也没有方法接近它。设想如果后继理论假设的本体论能够被证明彼此之间没有联系,那么这种立场与库恩的立场是不可分辨的。但是,如果在后继的理论中本体论承诺的演化具有一致的方向,那么意味着什么呢?因而,普特南不得不面对实在论者提出的老问题:理论演化方向一致的实体基础是什么?

       因此,为了对关注自然终极成分和运作方式之根本假设的物理学概念史作出辩护,我们必须回答两个问题。首先,为什么这些形而上学假设对于物理学是必不可少的?其次,我们是否有接近形而上学实在的方式?对第二个问题的肯定回答将在正文中给出。这里是我对第一个问题所持立场的概述。

       众所周知(见E.A.Burtt, 1925; A.Koyré,  1965),在中世纪末期,亚里士多德哲学衰落,具有毕达哥拉斯主义面孔的新柏拉图主义复兴。后者把数学看作是实在的基础,而把宇宙看作其结构根本上是数学的。人们假设可观测的现象必须符合数学结构,而数学结构应当对更进一步的观测和超越已知事实的反事实推理给出暗示。从那时候起,就存在一种强烈的倾向,特别是在数理学家中间,即把数学结构看作是描述物理世界的基本实体及其行为的概念框架。

       形而上学在同一个时期发生转变的另一个方面是,随着科学理性本身的勃兴,在因果性的概念中,目的因被动力因取代了,伴随着它的是权威的权力被理性的即因果性的推理的权力所取代。于是,力而不是亚里士多德的目的因成为因果性的动因,并被看作是自然现象的形而上学基础。在某种意义上,物理学的所有后继发展都能被看作是被寻求一种机械的或任何其他的模型所驱动的,即被寻求描述能够被理解为因果动因的力的模型所驱动。

       这些变化的同时出现,导致了在17世纪由笛卡儿、玻意耳(Boyle),在某种程度上还有牛顿(Newton),为了解释和预测而在物理学中发展起来的假说演绎法的兴起。正是在物理理论的这种特定结构中,我们能够发现本体论假设的不可或缺性的深刻根源。力、场、以太、刚性或动力学时空、虚量子、禁闭夸克、规范势,所有这些假说性的(在发展的特定阶段,它们被称为是形而上学的)实体对于理论物理学是不可或缺的,因为它们为历史上出现的、这个学科所固有的假说演绎法所必需。理论中一些终极本体的假设,提供了把实体的某一集合还原为另一个更简单的集合的基础,从而赋予这个理论一种统一的效能。不充分注意理论物理学的理论结构的这种特征,就不可能对理论物理学及其效能作出合适的理解。在这方面,我认为迈耶森(Meyerson, 1908)是对的,当时他坚持认为,现代科学作为一种自从哥白尼时代以来出现的建制,不过是自然形而上学的一个更深入的阶段,而常识则假设基于可观测现象的永恒实体的存在。

       在本书中,场论的处理是高度选择性的。考虑到这门学科的丰富内容,只能如此做。这种选择一般来说被我的科学理论观所引导,尤其是被我对场论的理解所引导。这些材料提供了考察与解释各种论题的视角,因而在最大程度上确定了在这门学科的进展中的各种论题的意义。选择和解释材料的一般框架严重依赖于一些组织化的概念,诸如那些形而上学、本体论、物质、实在、因果性、解释、进步之类的概念。但是,这些概念在文献中经常是模糊不清的。为了澄清迷雾,我在第1章致力于详细解释我对这些概念的使用,并阐述一些有关方法论重要性的论题。故事的出发点,即从经典场论[xix]的兴起和危机到洛伦兹(Lorentz)的工作,将在第2章概述。正文的主体与我希望详细阐述的对发展的结构的理解相一致,被划分为三篇:几何纲领(geometrical  programme)、量子场纲领(quantum  field  programme)和规范场纲领(gauge  field  programme)。每一篇由三章构成:前期历史,概念基础的形成,更进一步的发展与评价。理论发展的哲学含义,尤其是那些关于实在论和合理性的内容,将在总结性的章节中探讨。

       关于参考书目的说明:只有那些实际上用来为这本书做准备的著作才列在参考书目中。除了至关重要的原始著作之外,对原始著作提供解释的当代学术著作也列入了参考书目。但是,我没有试图对次级文献提供完整的参考书目;只有那些与我对这个主题的解释有直接关联的著作才包括进来。关于在前面两章中频繁提到的现代知识的历史的一般背景,我简单地要求读者查阅一些著名的历史著作,而没有给出具体的原始文本的参考书目,而这事实上能够在所提到的著作中找到。

       我分两阶段实施本书的写作计划。在第一个阶段(1983—1988年,英国剑桥大学期间),我从与我的导师赫西(Mary Hesse)和雷德黑德,以及我在剑桥最亲密的朋友巴特菲尔德(Jeremy Butterfield)的许多讨论中受益良多。他们每一位都阅读了手稿的早期几个版本,而且作了大量评注和修改建议。我对他们的宝贵批评、帮助,以及最重要的鼓励深表感谢。我也感谢莫法特(Henry K.Moffatt)的关注、鼓励和帮助,以及伍德(David  Wood)的友谊和帮助。

       第二个阶段开始于1988年,是在我离开英国剑桥大学到了美国马萨诸塞州坎布里奇市以后。在过去的七年中,我非常幸运地有大量机会与施韦伯和科恩(Robert  S.Cohen)讨论问题,我欠他们两位很多人情;我也与施塔赫尔和希莫尼有过一些详细的讨论。我对他们对当代物理学与哲学的知晓与理解印象深刻,并非常感激他们对全部或部分手稿的重要批评和建议。从20世纪80年代中叶以来,我已经从与布朗和库欣的长期友谊中获益匪浅,我对他们是非常感恩的。我非常感激哈曼(Peter  Harman)的激励和鼓舞。我也感谢很多为明辨事理而与我亲切交谈的物理学家,他们当中有阿德勒(Stephen  Adler)、巴丁(William  Bardeen)、科尔曼(Sidney  Coleman)、菲舍尔(Michael  Fisher)、乔治(Howard  Geogi)、格拉肖、格罗斯(David  Gross)、贾基夫、约翰孙(Kenneth  Johnson)、卡达诺夫(Leo  Kadanoff)、洛(Francis  Low)、南部阳一郎(Yoichiro  Nambu)、波尔钦斯基(Joseph  Polchinski)、特霍夫特(Gerardust  Hooft)、韦尔特曼、温伯格(Steven  Weinberg)、怀特曼(Arthur  Wightman)、威尔逊(Kenneth  Wilson)、吴大峻和杨振宁。

       本书写作的首批支持来自英国的海外研究学生(ORS)委员会的海外研究学生奖学金,剑桥大学的校长助学金,以及剑桥大学三一学院的海外研究学生费用助学金(1983—1985)的联合赞助;然后是三一学院的研究奖学金(1985—1990),美国国家科学基金的赞助[赞助号DIR No.9014412(459070)](1990—1991),以及布兰代斯大学的赞助(1991—1992)。没有这些慷慨的支持,我不可能完成这部著作。此外,在第二阶段,由于哈佛大学、布兰代斯大学、波士顿大学和麻省理工学院的加盟,我的工作效率已经大大提高了。对于所有这些研究机构,我都欠了很多人情。我尤其感谢哈佛大学的希伯特(Erwin  N.Hiebert)和霍尔顿(Gerald  Holton),布兰代斯大学的施韦伯,波士顿大学的科恩,以及麻省理工学院迪布纳科技史研究所的布赫瓦尔德(Jed  Buchwald)与西姆哈(Evelyn Simha)的热情。

       我所欠人情最大的是我的家庭成员,他们在困难的条件下,对我追求学术上的卓越给予毫无保留的感情支持和实际支持,而且容忍我的“书呆子气”。对于这所有的一切以及其他许多事情,我感谢他们。
                                                                                                                                                            曹天予
                                                                                                                                                         波士顿大学

作者简介

      曹天予(1941—),剑桥大学科学史和科学哲学博士,美国波士顿大学哲学系教授。曾是英国剑桥大学三一学院(Trinity  College, 1985—1990)和牛津大学万灵学院(All  Souls  College, 2000—2001)的研究员;并在美国哈佛大学(1988—1992)、麻省理工学院(1992—1994)和伦敦经济学院(1999—2000)做过访问研究;史密森学会(Smithsonian  Institution, 2000年3—8月)的高级研究员;普林斯顿高等研究院自然科学院和史学院(2004—2005)的成员。除英美两国外,还多次应邀到法国、德国、加拿大、俄国、瑞士等国和香港、台湾等地区讲学。主要研究方向为当代理论物理学中的概念问题及其历史演变。除本书外,还发表了有关重正化、对称性破缺和雷杰化(Reggeization,调和量子场论和S矩阵理论的一种努力)等问题的原创性论文及其他有关科学史方法论、科学社会学及后现代思潮的论文50多篇,并编有《量子场论的概念基础》(Conceptual  Foundations  of  the  Quantum  Field  Theory,剑桥大学出版社,1999年)和第20届世界哲学大会会议文集中的第10卷《科学哲学》(哲学文献出版社,2001年)。

精彩片段

书评

       在这部深奥但可读性强的专著中,曹天予教授注意到,对微观世界所有观测现象的一个逻辑一致的描述即将出现。这个所谓的标准模型(standard model)是在实验和理论复杂的相互作用中涌现出来的。在最近几十年中,具有极大毅力和丰厚资助的实验学家识别并且研究了那些显现为物质的基元的东西及其受到的力。同时,理论学家创造和提炼了一种数学框架——量子场论(quantum field theory)——据此,标准模型得以表达。在所有与实验有关的方面,标准模型出现凯歌高奏的局面。但到目前为止,仍然有太多的问题悬而未决。很多理论物理学家相信,一种全新的理论体系——超弦理论(superstring theory)或其他类似的理论——是需要的。

       在这些发展的进程中,当前理论的概念基础已经变得模糊。大多数物理学家过分关注他们探索的现象或建立的理论,以至于不再为其学科的逻辑基础和历史起源而费神。大多数探索科学知识和客观实在之关系的哲学家装备不佳,不足以处理量子场论中错综复杂的事物,更不用说是它的后继理论。曹天予告诫我们,在能够建立一个更好的理论,抑或理解标准模型的真实意义之前,首先必须理解我们身处何处以及我们是如何到达这一步的。他对经典场论和量子场论的发展和诠释作出了清晰的论述——在所有自然力的规范场论(gauge field theory)的创立中,这一论述达到了登峰造极的地步——这将使物理学家和哲学家都关注科学是什么以及它是如何演化的问题。

                                                                                    ——格拉肖(Sheldon Lee Glashow),哈佛大学

       曹天予的著作面向当今物理学的一个基本问题:场论不再在基本运作层面上推进我们对大自然的理解。原则上,当前的场论根据粒子物理学的量子“标准模型”和引力的经典牛顿—爱因斯坦模型(Newton Einstein model)解释了所有观测到的现象。但是,这种结构显然是不完善的:粒子物理学的成功是建立在特设的未作解释的假说基础之上,而且经典引力理论未被整合到非引力现象的量子描述之中。在一个世纪之中,场论提供了当今基本物理定律的框架,而在场论范围内推动这些问题的解决已经不可能了。在没有新的实验引导理论猜测的情况下,一些理论学家已经采用数学上优美和必要的概念来指导他们发明一种新的物理思想:弦论(string theory)。但是,人们还没有能力在实验上检验弦论是否能够成为量子场论的行得通的取代者,这就使得其他物理学家感到沮丧,而且促使科学期刊的编辑对我们的科学实在论承诺提出质疑。在场论发展的关键时刻,这本书对这一学科作了受人欢迎的综述,清楚地记载了场论发展到今天的历程以及相互冲突的观点。曹天予属于完全熟悉现代资料的技术复杂性的那一类新物理学史和物理学哲学专家。他的讨论准确、详尽、富有洞察力。科学工作者和有兴趣的读者将在书中看到当代基础物理理论的一种精彩描述。科学史学家和科学哲学家将在书中发现对潜藏在思想背后的逻辑的深刻讨论。职业研究者和学生将会欣赏到对我们的学科历史的经过审慎研究后的复述。
                                                                                          ——贾基夫(Roman Jackiw),麻省理工学院

       这一作品是富有感染力的,它主要是将对现代场论(包括广义相对论、量子场论与规范场论)的很多技术细节的理解,与哲学上捍卫理论物理学的合理性和客观性的精神追求联系起来,这种精神追求在曹天予支持结构实在论的立场中得到体现。这部著作对当代科学史和科学哲学中流行的后现代主义思潮是一服强效解毒剂。对于要对场论的现代发展的复杂历史作出连贯理解的物理学家,和要把他们的判断建立在对这些论题的技术细节的精确介绍上的科学史学家和科学哲学家,本书是同样适用的。

                                                                                          ——雷德黑德(Michael Redhead),剑桥大学

       追随马赫(Ernst Mach)和默茨(John Merz)的步伐,曹天予对20世纪基础理论物理学的概念发展,以及它们的历史根源与局限,作出了精彩、深刻的阐述。这是对物理理论所依据的形而上学的、哲学的和技术的假设的深刻的批判性研究,这些物理理论在目前的实验探测远未达到的领域内如此令人印象深刻地、精确地描述了自然界,它们是狭义和广义相对论、量子场论,尤其是作为标准模型的基本成分的相对论性量子规范理论。如同马赫一样,曹天予的探究表明了对历史敏感的哲学研究是如何揭秘物理理论的,而且他的著作无疑是有助于指示基础物理学的理论化的未来道路的有价值的路标。物理学家、科学史学家和科学哲学家会热切地阅读这部著作。

                                                                                      ——施韦伯(Silvan S.Schweber),布兰代斯大学

引自精装版原著的评价

       以20世纪场论作为科学如何演进的一个范例,该书对之进行了深入研究。这本书对于任何研究场论的专家或者场论成就的赞美者来说,都是必不可少的阅读材料。该书作为一次有水平的综合已广受赞誉。

                                                                                                           ——《欧洲核子研究中心快报》

       这是一部具有非凡眼光的著作,它把物理学与科学史和科学哲学结合起来……有可能成为关于现代场论的历史和概念基础的标准参考书目。

                                                                                           ——库欣(James T.Cushing),《今日物理》

       这本书缀满宝石……是一部不寻常的著作……[它]把历史学知识与坚实的科学探究熔为一炉,聚二者之精华以阐明场论的核心概念及其演变。该书在这一点上取得了巨大成功。在此基础上,曹天予提出了一种他称为“本体论综合”的科学变革的论述,这一论述组成了一种“结构实在论”的科学实在论。

                                                                                                         ——法因(Arthur Fine),《科学》

       这部按照上述[几何、量子场和规范场]纲领来建构的著作,是对于20世纪场论的概念起源和发展的一个最新的、博识的和详细的历史说明……围绕这一丰富的历史内容的是具有哲学特质的导言和结尾部分。对我来说,它们是这本书最能激发灵感的部分。

                                                                                                    ——艾奇逊(Ian Aitchison),《自然》

       曹天予写了一部非同寻常、富有教益的著作,对一些传统的观念提出了挑战。

                                                                                    ——布朗(Laurie M.Brown),《美国物理学杂志》

       他的工作是精确的,文献确凿,包含了对规范场论的曲折发展的详尽描述……这不仅对于物理学家,而且对于物理学史学家,同样都是一个具有非凡意义的研究……这是一部信息丰富、引人入胜的著作。正如《欧洲核子研究中心快报》(CERN Courier)的编辑弗拉泽(Gordon Fraser)告诉我的:“我的办公室少不了这本书!”

                                                                                    ——韦尔特曼(Martinus Veltman),《物理世界》

       对当代物理学的哲学理解作出最杰出贡献的著作之一……像曹天予的这样一部著作,可能有助于理论物理学学生与从事研究的青年科学家发现探索统一理论的新道路。

                                                                                               ——多拉托(Mauro Dorato),《认识论》

       曹天予关于20世纪场论的著作……抱负非凡,极其成功地尝试对物理学是如何在最基本的层面上发展起来给出连贯说明……曹天予的处理是见闻广博且造诣深厚的,然而对于大多数物理学学生和许多科学史学家与科学哲学家来说还是易于理解的。

                                                                                                  ——克拉格(Helge Kragh),《伊希斯》

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