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发布日期:2025-09-22 11:25    点击次数:186

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Editor's Note世博shibo登录入口

在追赶“最热最新”科研热门的期间,有名物理学家徐一鸿(Anthony Zee)经受回到着手,书写一部聚焦于学科基础想想的作品。

在新作Top Ten Ideas of Physics: Foundations for Understanding the Universe中,徐西宾以严谨的科学想维、演义式的叙事节拍和私有的幽默感,形容了搭救表面物理大厦的十大最进军的搭救理念,和其背后凹凸求索的学者群像。

徐西宾自叙,他在近三、四十年来反复想索这份“Top10理念清单”,尽管排序有变,其中的中枢内容却历经期间磨真金不怕火,长久褂讪。这些想想不仅关乎物理学自身,对不同配景的读者一样具有启发价值。正如作家所言:这本书合乎通盘真的意旨上的“智识读者”——不管年长少小,只须你渴慕一睹天然真谛的本体与真容。

7月18日下昼14:30,返朴将结伙普林斯顿大学出书社中国办公室在北京万圣书园,举办徐一鸿西宾中国读者碰面会,返朴将全程直播。有意亲临现场的读者,可点击文末“阅读原文”报名。

下文翻译自Top Ten Ideas of Physics: Foundations for Understanding the Universe序言部分,经公众号普林斯顿念书汇授权转载。

撰文 | 徐一鸿(Anthony Zee)

翻译 | PUP中国办公室

恒久而冷清

我在此务请读者起初阅读这篇序言,以了解本书的目的。若读者是来寻找物理学“最热最新”的课题,还请上网搜索爆款热帖,本书或许会令你失望。

我构想这本书已至少三十年,也许有四十年了,早在我写劣等一册学术专著《天然力的调理》(译者注:原著为Unity of Forces in the Universe,无中译本,为行文流通,特添加译名)以选取一册平庸科普《可畏的对称》(Fearful Symmetry)之后不久。1(译者注:如无止境证实,本文通盘凝视均为作家自注)在写稿这些书时,我会想索“调理”(unity)和“对称”(symmetry)怎样成为了表面物理学的两大基石理念。尔后多年间,我持续写下了我方心目中“表面物理十大理念”的清单。这本书的部分灵感可说源于上世纪八十年代好意思国深宵电视节目中主理东谈主晓谕“十大榜单”的传统,尽管那些榜单时常荒唐不经(译者注:举例“最不受猫宽待的十大猫粮口味”、“十大迹象标明你可能就是班里最傻的学生”)。于是我我方也会戏谑性地列出榜单,比如“凝合态物理中最丢丑的十大术语”,挂在办公室门口以文娱共事。

直到连年,当我向普林斯顿大学出书社提交本书策动,并入辖下辖下笔时,我翻出多年来稀疏记载下的五六份表面物理的“十大理念”清单。颇为好奇好奇也令我鼎沸的是,纵令细大要有变动,排序有所调养,但中枢内容简直一致。这让我深感安危:资格了表面物理相干的潮水变迁,这些念兹在兹的想猜测底是有恒久价值,经得起岁月淘洗。

简而言之,这本书聚焦于表面物理的智识根基,而非学界风潮。即等于学识阔气、对物理颇有相干好奇的读者,也常被一类“哇哦”、骇东谈主闻听的新发现所劝诱——可这些发现对物理学家而言,有的不外乏味,有的则所幸能很快被渐忘。彰着,这背后不乏流行媒体的煽风燃烧——炒作那些只须少量数物理学家信托或矜恤的狂想更有经济效益,翻翻目次读者应能发现,本书不谈“最热最新”,只论“恒久而冷清”。

物理学的基础理念

本书每一章会辩论一个基本想想,简要推崇其精义,底下我将用一两句话折柳对书中十章进行小结:

1. 宇宙是不错被交融的。

东谈主类所怀的最弗成想议的信念,恰是天地是不错被交融的。而大天然也一次又一次对表面物理学家投以她的仁慈。

2. 物理定律无所不在、恒古不变。

若物理的存在并非渊博而长久,咱们就无法交融天地,亦无法回首其“婴儿期间”。

3. 宇宙的本体是量子的。

咱们所处日常宇宙之下,竟隐敝着一个机密的量子宇宙——在这里,知识和传统意旨上的“施行”土崩瓦解——号称是东谈主类最触动的发现。

4. 量子场,恒久不休——爱因斯坦的至爱。

天地是一场量子场的交汇之舞。这些长久之场激勉生长出咱们熟知的粒子:有些稍纵则逝,有些看似不灭——但也许并非如斯。

5. 可畏的对称:天地处处是对称。

为何越深入本体,物理越对称、越浅薄、越“优雅”?这是个真的深重的谜题。

6. 爱因斯坦:用相对论闭幕的“相对性”,编排时空之舞。

物理定律不应物理学家的视角而变——真谛并不“相对”,这与某些形而上学家向你宣扬的恰恰违抗。

7. 天然力的调理。

物理曾由缭乱词语定律组成,而20世纪简直弗成想议的配置,是将其简化为四种基本相互作用,其中三种已调理为“大一统表面”,惟独引力仍隔断入列共舞。

8. 造物主说的是数学的话语。

维格纳(Wigner)曾质疑数学之于物理的高效是否过于“分歧理”。我和多数(但非全部)表面物理学家都对此深感困惑。

9. 熵与热涨落:一切关乎“共享”。

从两个粒子的交互中无从通晓亿万粒子的集体行为——熵与期间之箭由此而生。这恰是“多者异也“的体现——举座多于部分之和。

10. 物理关乎“作用量”。

从费马(Fermat)的“最短期间旨趣”运行,咱们离开了牛顿的方程体系,转而以“作用量”构建天然的演化。这是物理最深层的话语。

以上就是十章的内容,每章辩论一个要紧理念。我曾想半开打趣地加上与歇业有关的第十一章,题为:《物理危境:谈德歇业的警世故事》2,但最终依然删去了——不外,谁知谈呢,也许将来它又会在另一册新书中冒出来。

“十大”中“十”这个数字,天然仅仅咱们这个地球上进化的正值。畴昔也许会增减。

不仅仅代入缠绵,也不是细枝末梢

物理不仅仅“代入公式,算出摈弃”。但是,中学乃至大学、相干生阶段的“题海计谋”,让学生不免得出这种印象。追求“摈弃”确是部分物理学家的能源,但绝非全部。迪克·费曼(译者注:即有名物理学家理查德·费曼的昵称,原文为 Dick Feynman)粗略以其私有的文华说得最为讲究:“物理就像性爱:天然,它可能会产生某些实在的摈弃,但这可不是咱们作念它的原因。”追赶摈弃或可赢得名声与钞票,但好多东谈主,包括我我方,更多的是被交融天地运作之奥秘的渴慕所驱使。我和一些一又友沉溺于理念之间的逻辑关联,齰舌于这些理念竟让咱们东谈主类如斯眇小的存在,得以交融从微不雅到宏不雅、简直匪夷所想的复杂天地!“匪夷所想!”这句话似乎就是为物理学量身定制的。

爱因斯坦说:“我想知谈天主怎样创造这个宇宙。我不矜恤这个或阿谁应许。我想知谈的是祂的想想,其余齐为细枝末梢。”说得多好!但或许只须他这种地位,才敢一口辩说物理学中的大部分知识为细枝小节。我当年在《可畏的对称》(Fearful Symmetry)中援用这句话,颇为惊艳,却也收到些“决斗状”般的邮件。有东谈主一辈子钻研“这个”,因此震怒相等;也有东谈主是“阿谁”方面的全球泰斗,却从未传奇“这个”。爱因斯坦已故多年,无从为这份“清闲”买单。若他尚在,粗略会狡猾地提倡我让“这个博士”与“阿谁西宾”径直相关。

削弱驰。其实通盘物理学家都在相干“这个或阿谁应许”,包括爱因斯坦我方。除了辩论时空与量子,他还相干过湿沙的粘滞性3以及雪柜的热力学旨趣——读来相映生辉。事实上,简直通盘物理学家4一世相干的都不外是爱因斯坦眼中的“这个或阿谁”。

而确然,简直通盘要紧冲突也都源于对“这个或阿谁”的相干。比如,年青的马克想·普朗克(Max Planck)首创量子创新,并非因为哲想天地,而是缘于钻研加热腔体中的电磁波;又如,暗能量的发现,建造于对超新星爆炸机制的深入交融。我常说,物理有如大马戏团,万象并存:驯兽师、空中飞东谈主到杂技怯夫5,齐有其位。物理学的前沿在诸多规模鼓舞,因此对于空间和期间本体的根人道洞见也势必——与好多物理学爱好者的瞎想大相径庭——千载难逢。是的,我交融“多者异也”的办法,进度粗略比你以为的还要深。

尽管如斯,你手中的这本书所谈的恰是物理学的基础理念,不啻境关注爱因斯坦口中的“这个或阿谁”,除非行为证实需要。是以,在读者想向我发送震怒邮件前,请先记取这一丝。虽然我知谈“细节决定成败”(devil is in the weeds),学会钻研细节很进军,但本书目的是提供全面概览。

免责声明

起初证实几点:这既不是一般的平庸读物,也不是讲义。哪怕只讲其中一个想想,伸开来也够写一册书。比如第四章所讲的量子场论,我就写过一册科普书、一册专科讲义和一册半科普半专科读物。我常需在浅薄与“不让读者统统懵圈”之间寻找均衡。因此好多必要主题被概略或一笔带过6。显而易见有些学界的同业会因此不悦,但我会饱读足勇气直面他们的牵记和怒气。

我的规划是传达这些想想的意旨,并略述其一脉相通。随机我会联接讲某一专题。举例,要讲量子物理,稳扎稳打绝无可能,于是我选了贝尔不等式(Bell’s inequality)来切入,也因为写书时恰逢三位考据该表面的实验物理学家得回诺贝尔奖。而为诠释贝尔不等式,我必须先容电子自旋——这粗略是最诡异的物理办法之一,但咱们目下的科技社会正高度依赖它。

再如,熵与信息两个办法在各人明白中常被扭曲,我便几近教科书式地详加阐释。

我提过我方出书了多本物理科普读物和教科书,因此本书内不免会近似旧作。为什么要近似?费曼早年自问此事时给出了我十分招供的回答:“因为东谈主类的每天里都有新的一代降生。因为东谈主类的历史上总有伟大理念降生,而这些理念若不刻意、明晰地传给新的一代,就无法长存。” 7

无疑,不少众人会对书中的泛畅谈述颇有微词。但若我列举通盘保留条目和详实证实,要写的或许就不是一册书,而是一整座藏书楼了。普通读者信服会不胜重担。

我一样笃定,若请别的物理学家列出物理学“十大理念”,他们的清单势必和我的不同。对此,我只可说:这份清单源于我个东谈主在表面物理上的探索旅程;而这种书势必、且最佳是:气壮理直地带有昭彰的个东谈主不雅点。若你接力于反对,我诚挚地邀请你写一册我方的书。

本书并非线性叙述,章节安排基于我我方的逻辑。就像前文所说,这些理念的排序亦经调养。若读者看完某章节未尽交融,请不妨赓续读下去。因为你并不需要这章的前置知识才能交融后一章。但是,各章的基础理念弗成幸免地交汇在悉数。举例,“法例越深入越显对称”(第五章)与“看似不同力的最终调理”(第七章)势必有关。熟悉我其他作品的读者知谈,我偏疼多半使用尾注——有些或可发东谈主深想,有些或只为引东谈主发噱。初次阅读时也不妨忽略尾注,稍后再回看。这老练个东谈主喜好问题。

临了声明,我并非历史学家,书中叙事天然不保证历史严谨性。

此书为谁而作

我在我方的数本平庸科普书的序言中都包含了这一节:“本书为谁而写?”毫无疑问,若是有中学生、大学生因本书而快活投身物理,我将无比沸腾。而在受众的另一端,我知谈还有好多在职或退休的职场东谈主士,热衷阅读平庸物理书。此书也献给他们,致意他们追求天地真谛的勇气与心计。

天然,读者若能略知爱因斯坦的时空不雅及量子物理的基础,那自是更佳;毕竟这些创新性的想想已有百年历史,本书只可狠恶点到。

总之,这本书献给通盘真的意旨上的“智识读者”:不管年长少小,只须你渴慕一识物理的本体与真容。

*热烈提倡读者,止境是年青东谈主,细读部分尾注,那儿可能有更多数学商议,以及一些做事提倡——若是你决定进入物理学规模的话。例见第三章中海森堡(Heisenberg)辩驳克罗宁(Kronig)的尾注。

凝视

1. 该书领先由麦克米伦出书,后由普林斯顿大学出书社在Princeton Science Library系列中重新出书。我自豪地说,它已被翻译成德语、日语、韩语、法语、西班牙语、土耳其语和华文(包括繁体和简体)。多年来,尤其是在旅行讲学途中,我相等欢欣能巧遇好多在其早期物理学生存中读过此书的物理学家们。

2. 供非好意思国地区读者一哂,在好意思国,“歇业法第十一章”含义时常等同于歇业。

3. 很久曩昔,一家石油勘察公司以致支付报酬让我阅读爱因斯坦这项鲜为东谈主知的孝敬。多谢了,乔!

4. 那些不这样作念的,至少在我看来,应归为数学家或形而上学家。

5. 可悲的是,在咱们当下的沉溺期间,怯夫似乎时常左右了舞台。

6. 这部老实容是为了防备亚马逊网站上那些常把教科书和科普书同日而谈的读者。

7. R. P. 费曼(R. P. Feynman)著,《这个不科学的年代》(The Meaning of It All),1963年出书。

PUP 内容速递

Top Ten Ideas of Physics: Foundations for Understanding the Universe

在本书中,徐一鸿邀请读者一同踏上探索之旅,揭晓他心目中的十大物理学旨趣,这些伟大的想想澈底改造了咱们对天地的交融。本书以这样两个信念为基础:物理宇宙是不错交融的,且物理定律在职何时空中都是一致的。跟着故事的伸开,那看似坚实的施行宇宙渐渐消融为一个交汇逾越的场之收集,而这些场在更深脉络上长远出更高脉络的对称性。读者将渐渐交融:物理真谛是普适的而非相对的,天地中的各式力并非割裂的部分,而是尚未统统兑现的调理举座。凭借他一贯的幽默格调与物理细察力,徐一鸿在本书中揭示了天然之书为何故数学话语书写,熵与信息为何精致有关,以及为何作用量旨趣是一切存在背后摆动的中枢功令。

本书章节目次

Prologue

The physical world is comprehensibleThe laws of physics are the same here, there, and everywhere, the same yesterday, today, and tomorrowThe world is quantumQuantum fields forever: Einstein’s total loveFearful symmetry: a universe full of symmetriesEinstein, the exterminator of relativity and the choreographer of spacetimeUnity of forces in the universeThe Creator speaks the language of mathematicsEntropy and thermal agitation: all about sharingPhysics is where the action is

Parting comments

Acknowledgments

Bibliography

Timeline

Index

名家推选

“(徐)将科学话语与演义家的宇宙建构能力游刃有余,写出了一部太空有天的数理神话史诗。”

——Emily Bowles,Library Journal

“不管配景怎样,读者都会可爱这本书。徐一鸿对物理中枢情念进行了不寻常而发东谈主深省的索求。”

——Edward Witten, 普林斯顿高档相干院

“本书语调亲切天然,脉络明晰地造就了每个伟大想想背后的‘运作机制’,加上裕如哲想与历史深度的辩论,令阅读进程充满乐趣。”

——Sanjoy Mahajan,The Art of Insight in Science and Engineering一书作家

“《绿野仙踪》曾劝告咱们“别去看那幕后的东谈主”,但徐经受了无视这一教导。Top Ten Ideas of Physics拉开帷幕,为咱们揭示了表面物理学宇宙的真貌,以及那些配置这一切的女性与男性。每一个逸想成为表面物理学家的学生都应当读这本书,并沉静体会其中的诸多启示。”

——Steven K. Lamoreaux, 耶鲁大学

“徐一鸿再施妙笔。他以一贯的细察力、直观、幽默、深度和原创性,为读者呈现出一系列最进军的东谈主类明白恶果——从对称性的作用到熵的调理力量。他籍此传授了极具施行意旨的一课:咱们对宇宙的交融,建造在深远而弗成动摇的基本旨趣之上。正如我对他其他文章的立场一样,我将一次次重读这本书,而我信托,从满怀情谊的青少年到学生再到资深相干者,通盘醉心物理的东谈主也会如斯。”

——Rob Phillips, 加州理工学院

“徐以好奇而太空有天的方式,指导读者探索物理学中最基础的十个中枢情念。这些办法优雅而浅薄,以致无需公式便可体会其好意思感与深意。通过他太空有天、裕如细察的翰墨,读者得以齰舌于物理宇宙的奇妙。”

——Ian Low, 好意思国西北大学

“Top Ten Ideas of Physics承诺将疏导应许沉静想考(并行使若干中学数学)的读者,深入交融现代物理的中枢内涵。这是一段不合乎心虚者的旅程,但徐松驰的文风与充满启发的历史逸事,使这段旅程变得相映生辉。”

——Curtis G. Callan Jr., 普林斯顿大学

“这不是一册面向普通各人的惯例科普读物,也不是供众人研习的物理讲义:徐独出机杼,为咱们送上一场穿越物理学历史的奇妙旅程。他以充满神往与幽默的翰墨格调,不受线性叙事的敛迹,指导读者尽览这一规模的考究宝石,并以逸事趣事与科学家速写为包装呈现。徐 并未对这些伟大想想跟蜻蜓点水——读者需要付出想考的戮力,而这种进入必将得益超卓的交融与阅读乐趣。”

——David B. Kaplan, 华盛顿大学

延迟书单

徐一鸿西宾的相干规模十分正常,触及高能物理学、场论、天地学、生物物理学、凝合态物理学、数学物理学等诸多规模。在学术相干以外,他也一直对峙写稿。他的写稿格调简要明晰,太空有天,他的科普作品广为东谈主知,撰写的讲义不管对本科生、相干生,以致是自学者来说都十分友好。PUP(普林斯顿大学出书社)共出书了他的7本文章。

徐一鸿西宾的相干规模十分正常,触及高能物理学、场论、天地学、生物物理学、凝合态物理学、数学物理学等诸多规模。在学术相干以外,他也一直对峙写稿。他的写稿格调简要明晰,太空有天,他的科普作品广为东谈主知,撰写的讲义不管对本科生、相干生,以致是自学者来说都十分友好。PUP(普林斯顿大学出书社)共出书了他的7本文章。

Quantum Field Theory, as Simply as Possible

量子场论是迄今为止物理学中最得胜的表面,但亦然最机密的表面之一。Quantum Field Theory, as Simply as Possible包含量子场论的基本知识与办法,使读者了解这个物理学中最进军但又最令东谈主困惑的主题之一。量子场论脱胎于20世纪30年代末的量子力学,由一代隆起的年青表面家发展而来,包括 Julian Schwinger 和 Richard Feynman。他们的瞻望被实考据实,其惊东谈主的准确性是其他物理学表面无法相比的。量子场论联接了量子力学和狭义相对论,从而为交融亚原子宇宙的量子奥秘提供了框架。徐一鸿西宾以其独具的忠良和物理学细察力将读者从场的经典办法引颈至量子场论的现代前沿。对于学生和普通读者来说,Quantum Field Theory, as Simply as Possible是一册私有而有价值的先容,它诠释了量子场论是怎样匡助咱们交融天地、以及它是怎样揭示物理学中一些最深重的奥秘的。

Fly by Night Physics

在本书中,徐一鸿西宾向物理学的学生和相干者们先容了怎样使用物理推导和合理猜算来措置问题,合乎物理学高年事本科生和任何想要学习高档物理的读者。在传统的物理课堂上,学生们老是试图掌执艰深复杂的数学器用,以进行精准的物理缠绵。在这种学习模式中,似乎物理学老是由界证实确的问题组成,而这些问题不错通过严格的推导身手来措置。尺度的物理教科书也强化了这种诞妄的印象,因此,即使是最优秀的学生,在运行进行物理相干时,也会发现我方对所面对的挑战毫无准备。事实上,物理学充满了各式简要估算、对数目级的忖度和逾越的逻辑。这本别具一格的教科书旨在匡助学生们调节想维,走出课堂“刷题”模式,进入真的的物理相干殿堂。本书提供了培养物理学直观的必要练习,并掩饰了物理学前沿课题中令东谈主兴奋的问题。从霍金放射到引力波,徐一鸿西宾将匡助学生愈加深入地交融他们所学的方程,何况建造对物理直观的信心。

Quantum Field Theory in a Nutshell: Second Edition

自首版以来,Quantum Field Theory in a Nutshell飞快成为这一深刻而迷东谈主的表面物理学规模最易懂全面的先容。在这一全面转换和膨大的版块中,徐一鸿西宾加上了最新进展,同期为学生提供了塌实的办法基础,使之成为目下最新、最现代的量子场论教科书。该版块增多了几个子章节,以及一个全新的章节,来刻画量子场论的最新进展。徐一鸿西宾还提供了迥殊的习题、诠释和例子,以及详实的附录、习题参考谜底,以及延迟阅读提倡。使用本教科书的高校包括加州理工学院、康奈尔大学、哈佛大学、普林斯顿大学、密歇根大学、麻省理工学院等有名学府。

On Gravity

本书提供了一份对爱因斯坦广义相对论好奇好奇且深入的解读。徐一鸿(Anthony Zee)西宾从引力波的发现脱手,商议了波折时空、黑洞放射、暗物资等与引力精致有关的话题。本书浅薄而准确,延续了作家温情崭新的写稿格调,为交融引力和时空开采了一条私有的门道。麻省理工学院物理学西宾David Kaiser评价这书好奇好奇且太空有天,能给读者们带来一段令东谈主开心的广义相对论之旅。

本书是Choice2018年度隆起学术文章奖得主之一

Einstein Gravity in a Nutshell

这本私有的教科书对爱因斯坦的广义相对论进行了喜闻乐道的先容,广义相对论极具好意思感,在物理学中占据着进军地位。徐一鸿西宾以其独具的忠良与敏感,将读者从牛顿力学基础引颈至目下最激昂东谈主心的相干前沿。与其他爱因斯坦引力主题的竹素不同,本书强调作用量旨趣和群论对物理学表面建构的指导作用。徐一鸿西宾按序渐进地论说各式课题,对入门者来说十分友好,而穿插其中的物理学史上的逸事也对学生和众人们颇具劝诱力。他先容了所需的数学知识,同期也不藏匿更进阶的数学问题,如微分花式。对黑洞的延迟商议还包括了旋转和顶点黑洞以及霍金放射。Einstein Gravity in a Nutshell是本科生和相干生的逸想教科书,也为专科物理学家提供了必要的资源,任何熟悉经典力学和电磁学的东谈主都不错阅读。本书包含多半练习以及详实的附录,涵盖了别处不易找到的繁多主题。本书有以下特征:

喜闻乐道地先容了爱因斯坦的广义相对论指导读者了解牛顿力学到现代相干前沿要点先容了对称性和爱因斯坦-希尔伯特作用量涵盖爱因斯坦引力尺度教科书中莫得的主题内含好奇好奇的历史逸事多半练习和详实的附录课后习题谜底(仅西宾可用)

本书曾荣获2013年Choice年度隆起学术文章奖

Group Theory in a Nutshell for Physicists

虽然群论属于数学学科,但从原子物理学到凝合态物理学,从粒子物理学到弦表面,它亦然现代表面物理学的好多规模弗成或缺的。它对于交融基本力尤其至关进军。但是到目下为止,还衰败一册专门为物理学家编写的现代、易懂、自成体系的教科书。Group Theory in a Nutshell for Physicists填补了这一空缺,提供了一册好用的、经过课堂老练的教科书,要点先容了物理学家最需要了解的群论有关部分。从群的基本直不雅办法运行,徐一鸿西宾一齐指导读者了解法式群的表面怎样统合了四种基本力中的三种。他还简要先容了群论所需的线性代数,因此本书十分合乎自学。

本书曾荣获2017年度好意思国专科与学术隆起出书奖(the PROSE Award)

Fearful Symmetry: The Search for Beauty in Modern Physics

对称性的办法有正常的阐扬花式和好多不同的应用——从建筑学到数学再到科学。但是,正如20世纪的物理学所揭示的那样,对称性在天然界中具有的特别中枢作用偶尔会被机密地违反。Fearful Symmetry一书将现代物理学中对称性与非对称性的惊东谈主发现带入每个东谈主的视线。徐一鸿西宾是一位隆起的物理学家、熟练的推崇者,论说了现代表面物理学家奴婢爱因斯坦的脚步,追寻大天然的浅薄之好意思的故事。Fearful Symmetry充满了奇想妙想和崇拜之情,刻画了20世纪物理学的磅礴威望和配置,这是东谈主类想想史上最伟大的篇章之一。

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