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Lee Smolin

Einstein's Unfinished Revolution: The Search for What Lies Beyond the Quantum Hardcover – Illustrated, 9 April 2019

by Lee Smolin (Author)

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Arrives: 28 Jan - 3 Feb

A daring new vision of quantum theory from one of the leading minds of contemporary physics

Quantum physics is the golden child of modern science. It is the basis of our understanding of atoms, radiation, and so much else, from elementary particles and basic forces to the behavior of materials. But for a century it has also been the problem child of science: it has been plagued by intense disagreements between its inventors, strange paradoxes, and implications that seem like the stuff of fantasy. Whether it's Schrödinger's cat--a creature that is simultaneously dead and alive--or a belief that the world does not exist independently of our observations of it, quantum theory challenges our fundamental assumptions about reality.

In Einstein's Unfinished Revolution, theoretical physicist Lee Smolin provocatively argues that the problems which have bedeviled quantum physics since its inception are unsolved and unsolvable, for the simple reason that the theory is incomplete. There is more to quantum physics, waiting to be discovered. Our task--if we are to have simple answers to our simple questions about the universe we live in--must be to go beyond quantum mechanics to a description of the world on an atomic scale that makes sense.

In this vibrant and accessible book, Smolin takes us on a journey through the basics of quantum physics, introducing the stories of the experiments and figures that have transformed our understanding of the universe, before wrestling with the puzzles and conundrums that the quantum world presents. Along the way, he illuminates the existing theories that might solve these problems, guiding us towards a vision of the quantum that embraces common sense realism.

If we are to have any hope of completing the revolution that Einstein began nearly a century ago, we must go beyond quantum mechanics to find a theory that will give us a complete description of nature. In Einstein's Unfinished Revolution, Lee Smolin brings us a step closer to resolving one of the greatest scientific controversies of our age.

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Product details

Hardcover : 352 pages
ISBN-10 : 1594206198
ISBN-13 : 978-1594206191
Dimensions : 15.24 x 22.86 x 5.08 cm
Publisher : Penguin Press; Illustrated edition (9 April 2019)
Language: : English

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Product description

Review

[A] compelling narrative about the development of different strands of quantum physics. -- Financial Times

"Smolin is an extremely creative thinker who has been a leader in theoretical physics for many years. He is also a gifted writer who manages to translate his own insights about how science works into engaging language and compelling stories . . . Smolin's description of how quantum mechanics works is both elegant and accessible." --NPR

"[A]mbitious . . .upbeat and, finally, optimistic . . . Smolin is a lucid expositor."-- Nature

"As the latest entry into the conversation, Smolin's book feels the most immediate and personal. Here is no detached narrator, but an active participant in the fray who perceives the debate over the nature of reality in personal terms. . . While the way forward remains elusive, Smolin and others who seek to illuminate how physics got to where it is today are at least making the quest for answers a bit less costly." --The Globe and Mail (Toronto)

"Well-written and engaging." --Sabine Hossenfelder, Backreaction

"Smolin offers a masterful exposition on the state of quantum physics, smoothly blending a history of the field with clear explanations, philosophical context and an accessible introduction to fresh ideas. His narrative on how two competing perspectives on quantum behaviour hardened into Bohr's counter-intuitive orthodoxy, is spellbinding." --Financial Times (UK)

Smolin is never less than an inventive and provocative thinker, as well as an engaging writer....his explanations are especially lucid. --Philip Ball, Physics World

A tantalizing glimpse of the theoretical possibilities beyond Einstein's grasp. --Booklist, starred review

"The best explanation yet of what has yet to be explained." --George Dyson, author of Turing's Cathedral

"Lee Smolin has written a superb and sweeping book. He takes us to Bohr, Bohm, Everett and far beyond in a masterful assessment, then on to the struggle to go beyond quantum mechanics towards quantum gravity. Einstein's Unfinished Revolution is truly a fine work." --Stuart Kauffman, author of At Home in the Universe

Smolin elucidates complex science without equations . . . [and] demonstrates there isn't a thing in nature whose 'contemplation cannot be a route to a wordless sense of wonder and gratitude just to be a part of it all.' --Publishers Weekly

About the Author

Lee Smolin has made influential contributions to the search for a unification of physics. He is a founding faculty member of the Perimeter Institute for Theoretical Physics. His previous books include Time Reborn, The Trouble with Physics, and Three Roads to Quantum Gravity.

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tmatsci

Reviewed in Australia on 16 July 2019

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The. Ftyfrfu uuuj iikkk gfbnjk ebeth rum dthyrjfmu dfrgrg the app is seized up so this is gibberish very annoying

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Tahlee

Good product

Reviewed in Australia on 7 September 2020

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John

Fuzzy ideas and awkward prose

Reviewed in the United Kingdom on 13 May 2019

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The book has a bold premise, but I struggled to find it clearly articulated anywhere in the first 100 pages. As a result, I gave up. The book’s premise is that quantum mechanics is incomplete and that there is a ‘realist’ interpretation of quantum behaviour. In order to lay out his argument, he spends the first 50 pages or so with a confusing recount of quantum behaviour - mixing metaphors and using unnecessary analogies. The word smithing was so stilted and confusing that I had to abandon. He probably should have put this book to the side for a year and re approached with a fresh set of eyes. Sorry.

12 people found this helpful

Mr. P. Lewis

Rambling without direction

Reviewed in the United Kingdom on 1 June 2019

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I’m afraid I found this book to be quite rambling. I couldn’t finish it in the end, because it was just too unfocused. It also smacks a little of weirdness. I’m afraid Smolin comes across as a bit of a crank. He’s not, he’s a solid scientist. But that doesn’t come across here.

5 people found this helpful

Dr. T.

Ein Quantum Realität

Reviewed in Germany on 12 June 2019

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Die Quantenmechanik ist eine der am besten bestätigten Theorien, sie beschreibt die Phänomene ist atomaren und subatomaren Bereich mit fantastischer Genauigkeit, ihre oft bizarren Vorhersagen haben immer wieder die ausgeklügeltsten Tests der Experimentatoren bestanden, aber sie ist unvollständig – und kann damit nicht fundamental sein, so erläutert Lee Smolin in seinem neuen Buch ‘Einstein’s Unfinished Revolution‘.

Der Autor ist theoretischer Physiker am Perimeter Institut (Ontario), er leistete wesentliche Beiträge zur Quanten Loop Theorie, befasst sich aber mit Gebieten wie Kosmologie, Teilchenphysik und theoretische Biologie. Einem breiteren Publikum wurde Smolin durch seine populärwissenschaftlichen Bücher bekannt, in denen er nicht nur originelle neue Ideen propagiert sondern auch gelegentlich kritisch Stellung zu aktuellen Entwicklungen auf seinem Fachgebiet bezieht, etwa in ‘Three Roads to Quantum Gravity‘ und 'The Trouble with Physics' -- einem kritischen Diskurs zum Stringtheorie Hype.

Da sich Smolin mit seinem Buch an ein breites Publikum wendet, beginnt er mit einem kurzen Abriss der Quantenmechanik und ihrer Interpretationen. Die ersten Quantentheoretiker, allen voran Niels Bohr und Werner Heisenberg, propagierten einen anti- realistischen Standpunkt, nachdem die Quantenmechanik nicht physikalische Realität beschreibt, sondern lediglich ein mathematisches Mittel ist, um die Wahrscheinlichkeiten für die möglichen Resultate von Messungen vorherzusagen – erst durch diese Messungen entsteht überhaupt erst Realität. Dieser Standpunkt ging als Kopenhagener Deutung in die Lehrbücher ein, und wurde alsbald zum Kanon – wobei zahlreiche ‘working physicists‘ sich mit diesen Fragen der Interpretation in der Regel gar nicht weiter beschäftigen, da ihre Anwendbarkeit ja außer Frage steht, David Mermin karikiert diese Haltung mit den Worten “shut up and calculate!“. Allerdings gab es unter den Forschern durchaus kein Konsens, mindestens Einstein und de Broglie konnten sich damit nicht abfinden, letzterer entwickelte mit der Pilotwellen Theorie einen realistischen Ansatz zur Quantenmechanik, der ohne Kollaps des Zustand auskommt. Der Autor diskutiert noch eine ganze Reihe weitere solche realistische Interpretationen, darunter Kollaps- Theorien, Retrokausalität, viele Geschichten und viele interagierende klassische Welten Ansäte und ‘t Hoofts Superdeterminismus. Keine dieser Theorien ist vollständig zufriedenstellend – nach Somlins Ansicht liegt die Ursache des Scheiterns in der inhärenten Unvollständigkeit der Quantentheorie.

Ist es dann aber möglich, ein Realist in einem Quantenuniversum zu sein? – Smolin ist davon überzeugt, mehr noch, er hält einen solchen Standpunkt für die einzig aussichtsreiche Basis, um den Fortschritt auf dem Gebiet der fundamentalen Physik zu gewährleisten – wie er im Vorwort bekennt. Auf der Grundlage der Resultate von Bell, kann eine Theorie mit verborgenen Variablen nur dann mit der Quantenmechanik verträglich sein, wenn sie nicht- lokal ist – etwas, das Einstein und Bells Zeitgenossen von vornherein ausgeschlossen hatten. Der Autor, mit seinen Erfahrungen mit der Quantum Loop Gravitation Theory, wertet das hingegen als ein Indiz, dass eine eventuelle Vervollständigung der Quantenmechanik, Raumzeitstrukturen von selbst hervor bringt. Bei seiner Suche nach neuen Fundamenten, lässt sich der Autor durch Prinzipien leiten, wobei ihm Leibniz‘ Prinzip vom hinreichende Grund als Maßstab dient – physikalisch gewandet, werden daraus: Hintergrundunabhängigkeit, Relationalität von Raum und Zeit, kausale Vollständigkeit, Reziprozität und die Identität des Ununterscheidbaren. Diese Prinzipen schränken die Form einer möglichen fundamentalen Theorie ein – hinzu kommen noch einfache Hypothesen über die Natur: Zeit ist fundamental und irreversibel, Raum ist emergent.

Eine weitere Idee von Leibniz, die Monaden, adaptiert der Autor in vereinfachter Form, bei ihm heißen sie einfach nads und sind in Graphen Strukturen miteinander verknüpft. Die Umgebung eines nad besteht aus jenen Knoten, die eine, zwei usw. Kanten weit entfernt sind – Smolin nennt dies die Sicht (View) des nads vom Universum. Benachbarte Views sind sich somit ähnlich und können leichter interagieren; das kehrt Smolin um, ähnliche Views interagieren – gleich, wo sich die zugehörigen nads befinden. Diese Interaktionen wirken, analog den action Prinzipien der Mechanik, hin zur Maximierung der Diversität der Views. Nun haben einfache Systeme, wie etwa Atome, viel eher ähnliche Umgebungen, stehen somit mit größerer Häufigkeit in Kontakt, dabei sind diese Interaktionen hochgradig nichtlokal. Die Ensemble von ähnlichen Views sind dabei vollkommen real – dieser Ansatz war die Basis für Smolins Theorie verborgener Variablen, seiner Real Ensemble Formulierung der Quantenmechanik, aus deren Maximierung der Varietät konnte er die Schrödinger Gleichung ableiten – mit dieser Deutung wird ganz leicht verständlich, wieso große und komplexe Objekte keine typischen Quanteneigenschaften zeigen, während Atome das tun.

Dehnt man die Idee auch auf Views zu verschieden Zeiten aus, so gelangt man zu dem, was Smolin das Präzedenzprinzip nennt. Nach der gewöhnlichen Interpretation von Quanten Messungen, entsprechen die Wahrscheinlichkeiten für die verschieden Ergebnisse denen der Auswahl eines zufälligen Resultate aus einer Kollektion ähnlicher Instanzen aus der Vergangenheit, da die wirkenden Gesetze von der Zeit unabhängig sind (Präzedenzgesetz) . Der Autor macht nun den Vorschlag, diese Gedankengang umzukehren, also das Präzedenzgesetz vorausgesetzt, ergibt sich das Ergebnis einer Messung als zufälligen Auswahl des Resultats aus einer Kollektion ähnlicher System aus der Vergangenheit. Damit erweist sich die zeitlich Unabhängigkeit von Gesetzen als Illusion, die sich aus dem Präzedenzgesetz und dem Alter und der Größe des Universums ergibt, das folglich riesige Mengen an ähnlichen atomaren Systemen in der Vergangenheit hervorgebracht hat.

Auf der Grundlage der soweit entwickelten Ideen, versucht der Autor abschließend zu zeigen, wie mögliche Annäherungen an sein Ziel, einer fundamentalen Theorie, die die Quantenmechanik vervollständigt, aussehen könnten. Neben der Real Ensemble Formulierung hat der Autor auch Rafael Sorkins Causal Set Theory mit Energie und Impuls, als intrinsische Eigenschaften, (Energetic Causal Sets) erweitert, beide Ansätze erfüllen aber nur einige der oben vorgestellte Prinzipien, und entsprangen verschieden Forschungsprogrammen. Smolin versucht nun, gemeinsam mit Marina Cortes, zu einer Synthese beider Modelle in der Causal Theory of Views zu gelangen – die Rolle der nads spielen hier Events, und Views bestehen aus der kausalen Vergangenheit eines Events, die als dynamische Variablen fungieren, wodurch die Theorie Background unabhängig wird, Raum und Lokalität sind darin vielmehr emergent. Wie bei der Real Ensemble Formulierung, ergibt sich die Quantenmechanik aus den nichtlokalen Interaktionen als Approximation. Die Causal Theory of Views ist ein wichtiger Schritt – so schließt der Autor – auf dem Weg zu einer realistische Vervollständigung der Quantenmechanik, da die Views selbst ‘beables‘ sind; zudem beweist die Theorie, dass eine fundamentale Theorie gleichzeitig die Quantenmechanik komplettierten und ein Atommodell für die Raumzeit sein kann.

Smolins Buch zeichnet sich durch Klarheit und Originalität aus, dem Autor gelingt es, auch altbekannte physikalische Theorien und Zusammenhänge aus neuen Blickwinkeln zu beleuchten, vor allem aber scheut er sich nicht, neue Entwicklungen seines Faches auch für Laien verständlich zu erörtern. Seine Buchprojekte sind für ihn sogar eine Form mentaler Selbsttherapie, wie er im Nachwort bekennt, die in zwingen, seine unfertigen Gedanken und Intuitionen zu überdenken und sie logisch zu entwickeln. Allein die Diskussionen zu den bekannten Interpretationen der Quantenmechanik sind, wiewohl knapp gehalten, tiefsinniger und prägnanter als jene, in so populären Darstellungen wie Adam Beckers ‘What is Real‘ und Jim Baggotts ‘Farewell to Reality‘ – ohne damit deren ausgezeichnete, ausführliche historische Ausführungen zu schmälern.

Bereits in ‘Time Reborn‘ (2013), hat Smolin über das Präzedenzprinzip, Deutungen der Quantenmechanik, Real Ensembles Formulierung und die Emergenz des Raumes geschrieben, demgegenüber haben die Erläuterungen nun, dank der Konzentration auf die Aspekte der Quantenmechanik, an Klarheit gewonnen. Leider gerät dann die Vorstellung der Kandidaten für eine fundamentale Theorie etwas diffuse und die Argumente hand waving, was besonders schade ist, da es sich ja um das Fazit des Buches handelt. Das Ausbleiben eines definitiven Fortschritts auf dem Weg zur gesuchten Theorie, ist frustrierend, gesteht der Autor, zudem mögen Puristen sein Unterfangen als Naturphilosophie abtun, aber er weiß sich in bester Gesellschaft und bleibt optimistisch, dass Neugier und das menschliche Vorstellungsvermögen ausreichen, um auch dieses Problem zu lösen und damit Einsteins Revolution -- Verständnis der Quantentheorie und Vereinigung von Quanten und Gravitation --, die dem Buch den Titel verlieh, zu vollenden.

Obgleich sich das Buch an ein breites Publikum wendet, dürfte es für den Leser hilfreich sein, wenn er mit der zum Teil bizarren Natur der Quantentheorie – zumindest informativ – bereits ein wenig vertraut ist, zahlreiche Passagen sind anspruchsvoll und erfordern Geduld; auf jeden Fall gehört es in die Kategorie von Büchern, die es wert sind, mehrfach gelesen zu werden, wobei sie jedes Mal neue Facetten offenbaren. Als populärwissenschaftliches Buch ist es gut ausgestattet, neben den obligatorische Anhang mit Anmerkungen zum Text, gibt es eine recht ausführliche Liste mit Hinweisen zu weiterführender Literatur, ein Glossar und Index, leider sind die Quellenangaben nur in den Anmerkungen enthalten, eine Bibliographie fehlt hingegen.

12 people found this helpful

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Massimo

Non solo fisica, ma anche filosofia

Reviewed in Italy on 20 July 2019

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Il libro è in linea con gli altri scritti dal medesimo autore. Fisico teorico fra i più importanti ( e, per certi versi, contro-corrente) del panorama scientifico internazionale, riesce sempre ad essere un bravo divulgatore, anche quando affronta argomenti complessi e di frontiera della ricerca scientifica. In questo testo traduce, in modo chiaro e comprensibile a chiunque abbia anche solo una conoscenza liceale della fisica e della matematica i risultati delle sue ultime ricerche sulla natura dello spazio e del tempo, nonché dei fondamenti della fisica quantistica.
Un testo nel quale, oltre a concetti fisici, si trovano approfondimenti e riflessioni filosofiche, nello stile dell'autore (si pensi, ad esempio, all'altro ottimo testo "Time reborn"). Testo comprensibile a chi, come ho già scritto, abbia una cultura matematico-scientifica a livello di scuole medie superiori e conosca abbastanza bene l'inglese.
Auspico una buona traduzione del testo in tempi brevi, in modo da poter estendere ad un pubblico più vasto la conoscenza dei risultati e delle riflessioni filosofiche di questo grande fisico

One person found this helpful

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TEJINDER SINGH

A timely review of quantum foundations

Reviewed in India on 20 April 2019

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This is a very well-written and timely book on the current state of play in interpretations and proposed modifications of quantum theory. It is all the more telling because it is written by an expert on quantum gravity - not many quantum gravity experts think it is necessary to address foundational issues in quantum theory when seeking a quantum theory of gravity. Smolin correctly points out that a limitation of collapse models is that they do not make connection with quantum gravity. This is precisely the connection developed in my recent research `Proposal for a new quantum theory of gravity'. Smolin's easy to read book will be found useful and instructive by anyone interested in the puzzles of quantum mechanics, and their likely implications for the unification of relativity and quantum theory.

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