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術語表(以拼音為序)

D膜,狄利克雷P-膜(D-branes, Dirichlet-p-branes):P-膜具有“黏性”開弦的端點可以附著在P-膜上。

M理論(M-theory):將5種不同版本的弦論統一起來的理論,關於所有的力與所有的物質的完整的量子力學理論,目前尚不完備。

P膜(p-brane):空間維度為P的弦論或M理論的要素之一。也見D膜。

W粒子,Z粒子(W and Z particles):傳遞弱核力的信使粒子。

A

暗能量(dark energy):假想中均一的充滿於空間的能量或壓力;是一個比宇宙常數更具普遍性意義的概念,因為其能量或壓力隨時間變化。

暗物質(dark matter):充滿空間的物質,有引力效應但是並不發光。

B

暴漲宇宙學(inflationary cosmology):宇宙學理論,認為早期宇宙曾經有過一個空間迅速膨脹的短暫時期。

暴漲子場(inflaton field):能量與負壓驅動暴漲發生的場。

背景獨立性(background independence):在一個物理理論中,空間和時間來自於更基本的概念,而不是自明地存在於理論中。

閉弦(closed string):弦論中的能量絲,環形。

標準蠟燭(standard candles):內稟亮度已知的物體;可用於測量天文學距離。

標準模型(standard model):由量子色動力學以及電弱理論組成的量子力學理論;描述除引力外的所有物質與力。基於點粒子概念。

波函數(wavefunction):見概率波。

不確定原理(uncertainty principle):量子力學原理;互補的兩種物理性質同時測量時其不確定度要受到一個基本的限制。

C

場(field):瀰漫於空間的“迷霧”或“物質”;傳遞力或者描述粒子的存在、運動。數學上,在空間中的每一個點用一組量子數來表示場的值。

超對稱(supersymmetry):一種對稱性;將整數自旋的粒子(傳遞力的粒子)與半整數自旋的粒子(物質粒子)交換時,物理定律保持不變的性質即為超對稱性。

超弦理論(superstring theory):基本元素為一維的圈(閉弦)或者振動能量片(開弦)的理論,這一理論將廣義相對論與量子力學統一起來;並且引入了超對稱。

D

大爆炸理論/標準大爆炸理論(big bang theory/standard big bang theory):認為宇宙自其誕生後便處於膨脹的理論。

大收縮(big crunch):一種可能的宇宙終結形式,類似於大爆炸的反面;空間向自身塌縮。

大統一(grand unification):試圖將強力、弱力,以及電磁統一在一個理論框架下的理論。

電磁場(electromagnetic field):施加電磁力的場。

電磁力(electromagnetic force):自然界4種基本力之一;作用於具有帶電荷的粒子。

電弱理論(electroweak theory):將電磁力與弱核力統一為電弱力的理論。

電弱希格斯場(electroweak Higgs field):在冰冷虛無的空間中獲得非零值的場;賦予基本粒子以質量。

電子場(electron field):電子為最小的組分的場。

對稱性(symmetry):在某種變換下,物理系統保持不變的性質就是對稱性(例如,將一個完美的球繞球心作旋轉運動時,球的表面不發生變化);對物理系統的變換不會對描述該物理系統的物理規律起作用,即稱該物理規律具有此種變換對稱性。

對稱性自發破缺(sPontaneous symmetry breaking):專業文獻中對希格斯海形成的稱法;對稱性自發破缺意味著本來明顯的對稱性隱藏了起來或者被破壞了。

多世界詮釋(Many Worlds interpretation):一種量子力學解釋,所有概率波允許的可能性都能在不同的宇宙中得以實現。

F

負曲率(negative curvature):小於臨界密度的空間的形狀,馬鞍狀。

G

概率波(probability wave):量子力學中描述在給定位置發現粒子的概率的波。

概率波塌縮,波函數塌縮(collapse of probability wave, collapse of wavefunction):概率波的變化,展開的概率波變成窄峰的形狀。

干涉(interference):疊加起來的波產生不同圖樣的現象。在量子力學裡,干涉意味著看起來完全不同的可能性組合到一起。

哥本哈根詮釋(Copenhagen interpretation):一種對量子力學的詮釋。大尺度上的物體遵從經典物理定律,而小尺度上的物體遵從量子力學定律。

慣性(inertia):物體保持運動狀態不變的性質。

光以太(luminiferous aether):見以太。

光子(Photon):電磁力的信使粒子,一“束”光。

廣義相對論(general relativity):愛因斯坦的引力理論;空間與時間是彎曲的。

H

黑洞(black hole):一種物理實體;只要距離足夠近(小於黑洞視界),黑洞巨大的引力場就可以吞噬一切,即使光也不能例外。

J

加速度(acceleration):速度在大小與(或)方向上的改變。

加速器,原子碰撞機(accelerator, atom smasher):粒子物理的研究工具;將粒子以高速對撞。

膠子(gluon):強核力的信使粒子。

經典物理(classical physics):本書中指的是牛頓理論與麥克斯韋理論;一般指的是所有的非量子力學理論,包括狹義相對論與廣義相對論。

糾纏,量子糾纏(entanglement, quantum entanglement):一種量子現象,空間上相隔很遠的兩個粒子之間具有關聯性。

絕對空間(absolute space):牛頓的空間觀;將空間視作永不改變的客體,並且與其內部的一切事物相獨立。

絕對論者(absolutist):持絕對空間觀點的人。

絕對時空(absolute spacetime):狹義相對論的空間觀;將空間與時間視作不可分割的統一整體,這個統一整體不會發生改變且獨立於其內部的一切事物。

K

卡魯札克萊因理論(Kaluza-Klein theory):物理理論,這一理論中的宇宙可以具有高於3的空間維度。

卡西米爾力(Casimir force):真空場漲落的不平衡產生的量子力學力。

開爾文(Kelvin):利用絕對零度(最低溫度,在攝氏溫度制中為-273℃)來標度的溫度單位。

開弦(open string):弦論中的能量絲,像一個小片。

可觀測宇宙(observable universe):在我們的宇宙視界之內的那部分宇宙;這部分宇宙由於距離我們足夠近,現今的我們可以觀測到它所發出的光,也就是說這部分是我們能夠看到的宇宙。

夸克(quarks):受強核力支配的基本粒子;有6種類型的夸克(上夸克,下夸克,奇異夸克,粲夸克,頂夸克與底夸克)。

L

量子測量疑難(quantum measurement problem):概率波所具有的無數可能性如何在測量的時候讓位於唯一的結果,這一問題就是量子測量疑難。

量子力學(quantum mechanics):20世紀20~30年代建立的理論,描述原子及亞原子尺度的物理。

量子色動力學(quantum chromodynamics):強核力的量子力學理論。

量子漲落(quantum fluctuations, quantum jitters):由於不確定原理的存在,場的值在小尺度上不可避免的急速變化。

臨界密度(critical density):使空間保持平坦所需的質量或能量密度;大約每立方米10-23克。

路徑選擇信息(which-path information):聲明粒子從源到探測器所走路徑的量子力學信息。

M

馬赫原理(Mach's principle):馬赫提出的原理,所有的運動都是相對的,靜止的標準由宇宙中的平均質量分佈提供。

膜世界方案(braneworld scenario):弦論或M理論所引申出來的一種可能性,我們熟悉的三維世界實際上是一張3-膜。

N

能量碗(energy bowl):見勢能碗。

P

平坦空間(flat space):一種可能的宇宙空間形態,其中沒有彎曲。

平移不變性,平移對稱性(translat ionalinvariance, translational symmetry):已知自然定律的一種性質;即在不同空間方位處的自然定律都是一樣的。

平直性疑難(flatness problem):宇宙學理論必須回答的疑難,即所觀測到的空間是平直的。

普朗克長度(Planck length):在這一長度(10-33厘米)之下,量子力學和廣義相對論之間的矛盾變得明顯;傳統的空間概念不再適用。

普朗克時間(Planck time):指10-43秒長的時間,這一時間內,光可以傳播普朗克長度的距離;在這樣小的時間間隔內,傳統的時間概念不再成立。

普朗克質量(Planck mass):指10-5克大小的質量(這樣大的質量只相當於一點灰塵的重量,但卻是質子質量的一千億億倍);弦的特徵質量。

Q

強核力(strong nuclear force):對夸克起作用的自然力;將所有的夸克封閉於質子和中子之內。

R

熱力學第二定律(second law of thermodynamics):平均起來,任意時刻物理系統的熵總是趨向於增加的方向。

弱核力(weak nuclear force):自然界中的基本力之一,在亞原子尺度起作用;諸如放射性之類的現象即與其有關。

S

熵(entropy):物理系統混亂度的量度;大小與系統所有基本狀態數有關。

時間反演對稱性(time-reversal symmetry):已知自然定律的一種性質,即時間指向不同方向時物理定律不發生變化。在任意時刻,過去的物理定律都與未來的物理定律精確一致。

時間片(timeslice):同一時刻的所有空間;整塊時空的一片。

時間之箭(arrow of time):時間指向——從過去到未來。

時空(sPacetime):將時間與空間整合到一起的概念,由狹義相對論首先引出的概念。

勢能(Potential energy):場或物體中的能量。

勢能碗(Potential energy bowl):場所具有的能量在給定值的形狀,專業文獻中稱為場的勢能。

視界(eventhorizon):黑洞外的假想球面;進入球面內的任何物質都無法逃離黑洞的引力。

視界疑難(horizon Problem):宇宙學理論面對的一大疑難,即解釋在彼此宇宙學視界之外的不同空間區域為何具有類似的性質。

速度(velocity):物體運動的大小和方向。

T

統一理論(unified theory):將所有的力與物質納入同一框架的理論。

W

微波背景輻射(microwave background radiation):見宇宙微波背景輻射。

X

希格斯場(Higgs field):見電弱希格斯場。

希格斯場真空期望值(Higgs field vacuum expectation value):希格斯場在真空中獲得非零期望值;希格斯海。

希格斯海(Higgso cean):在本書中特指希格斯場真空期望值。

希格斯粒子(Higgs particles):希格斯場的量子。

狹義相對論(special relativity):愛因斯坦的理論,時間和空間並不是單獨絕對的,而是取決於不同觀測者的相對運動。

弦論(string theory):物理理論,基本研究對像為振動著的一維能量絲(見超弦理論);不需要在理論中引入超對稱。有時也用作超弦理論的簡稱。

相變(phase transition):溫度在足夠大的範圍內變化時,物理系統會發生性質上的突變。

相對論者(relationist):持如下觀點的人:所有的運動都是相對的,空間不是絕對的。

信使粒子(messenger particle):最小單位的力,力的效應通過其得以傳遞。

Y

以太,光以太(aether, luminiferou saether):假想中佔據空間的物質,光以其為傳播介質;並不存在。

引力子(gravitons):假想的傳遞引力的信使粒子。

宇宙常數(cosmological constant):假想中均勻地充滿於空間的能量或壓力;起源與組成未知。

宇宙視界,視界(cosmic horizon, horizon):宇宙開始之後,其外的光就無法到達我們的位置。

宇宙微波背景輻射(cosmic microwave background radiation):早期宇宙留下的剩餘電磁輻射,瀰漫於整個空間。

宇宙學(cosmology):研究宇宙起源及演化的學科。

Z

真空(vacuum):最虛無的空間;最低能量態。

轉動不變性,轉動對稱性(rotational invariance, rotational symmetry):物理系統或物理定律在轉動變換下保持不變的性質。

自旋(sPin):基本粒子的量子力學性質。有點類似於陀螺的轉動,基本粒子也有轉動(具有內稟角動量)。