永恒的诱惑:宇宙之谜

永恒的诱惑:宇宙之谜 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

张天蓉 著
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出版社: 清华大学出版社
ISBN:9787302446293
版次:1
商品编码:12006389
包装:平装
开本:32开
出版时间:2016-12-01
用纸:胶版纸

具体描述

产品特色

编辑推荐

◆入围2016中国好书。

◆中国作者关于宇宙学的原创科普大作,带你真正进入迷人的宇宙学的世界。

◆生动流畅的语言远非那些译著所能比。让那些著名译作错误百出、味同嚼蜡的翻译见鬼去吧。

◆善用生动巧妙的类比,将艰深的理论用幽默的语言向读者介绍有关宇宙学的诸多话题:宇宙起源、引力波、相对论、黑洞、霍金辐射、红移、大爆炸、量子力学、对称破缺、暗物质、暗能量、平行宇宙、星系、标准模型和思想实验等。

◆探索时间本质和空间前沿核心秘密,清晰记述大事件背后的科学历程,洞见科学的深刻与美丽。


《永恒的诱惑:宇宙之谜》由原点阅读出品。

原点阅读(The Origin)(微信号:ydreadtup),清华大学出版社旗下的图书品牌,秉承“科学,让个人更智慧,让社会更理性”的理念,致力于科学普及和科技文化类图书的出版,传播科学知识、科学精神、科学方法,展现科学的真实、独立、智慧、多变、宽容、动人及迷人。


内容简介

人类对宇宙的想象始于神话而不限于神话。如今,广义相对论和大量的天文观测资料,已经构成现代宇宙学理论及实验的牢固基石。特别是根据现代科学技术发展出来并先后发射运行的天文探测卫星:COBE、WMAP、普朗克卫星等,使人类对宇宙奥秘的探索手段如虎添翼。人类观测宇宙的眼界大开。如果我们“巡天遥看”,已经远远不是“一千河”的境界,而是已经有了上千亿个“河外星系”供我们观测研究。中国这方面的发展也指日可待,2015年底,中国成功地发射了一颗暗物质粒子探测卫星“悟空”,便是一个例证。那么,如此浩瀚的茫茫宇宙,遵循怎样的运动规律?宇宙如何随时间演化?宇宙之未来与人类有何关系?本书之目的便是以通俗的语言,向大众介绍现代高科技探测手段背后的科学知识,为读者解读若干“宇宙之谜”。

从太阳系开始,在第一章中介绍了行星、恒星、星系等天体物理的一些基本知识。第二章介绍牛顿的宇宙图景。第三章介绍无穷的概念引起的数学和物理中的佯谬,激发读者对物理理论的哲学思考。第四章则用*少的篇幅让读者认识两个相对论的基本思想。第五章的目的是使读者更深刻地理解2016年初探测到的引力波。作者从天文学中的距离测量谈起,使读者了解天文学中测量技术之困难,然后,介绍引力波强度之微弱,进一步将它的各种性质与电磁波相比较,使大家认识到探测引力波的困难和重大意义。第六章则对黑洞的基本物理性质及分类进行探讨。第七章到第九章,将对现代宇宙学标准模型的基本原理、数学基础、大爆炸理论、重要结论和疑难、暗物质暗能量、宇宙未来等有趣的问题略作探讨。第十章简单介绍作为标准模型补充的宇宙早期暴胀理论。


作者简介

张天蓉,女,科普作家。美国得州奥斯汀大学理论物理博士。研究课题包括广义相对论、黑洞辐射、费曼路径积分、飞秒激光、激光探测晶体性质、高频及微波通讯、EDA集成电路软件等。发表专业论文三十余篇。2012年开始,出版了一系列科普著作,其文风深入浅出,趣味盎然,亦保持科学的严谨性,深得读者喜爱。代表书籍有:《蝴蝶效应之谜:走近分形与混沌》《世纪幽灵:走近量子纠缠》《上帝如何设计世界:爱因斯坦的困惑》《爱因斯坦与万物之理:统一路上人和事》等。

精彩书评

宇宙,它为何如此,它为何存在?宇宙有开端吗?如果有的话,在此之先发生过什么?宇宙从何处来,又往何处去?——霍金

宇宙*令人费解的地方是她竟然可以被理解,试图预言宇宙和自然会发生什么则是可望而不可及的事情。——爱因斯坦

这是一本用生动有趣的语言,由浅入深地揭开宇宙之迷的科普读物,关心和热爱宇宙学的读者阅读本书是一种陶冶身心和精神饱餐!热切地希望读者能够喜欢该书。

——著名天文学家 李宗伟

重点强调科学精神和科学方法,启发人们思考宇宙间的“大问题”,满足各个年龄阶层人们的好奇心,吸引年轻人踏进科学的大门。——果壳网读者 yangsir

宇宙到底有多大,长什么样子?宇宙是否也有生有死,有开始有结束?宇宙的本质是什么?一场关于宇宙的过去、现在和未来的物理学发现之旅。——知乎读者 Kings


目录

引言 宇宙深处泛涟漪———从引力波谈宇宙学/ / 1

Chapter 1 去宇宙逍遥/ / 8

1. 从地球出发/ / 9

2. 太阳的生命周期/ / 16

3. 群星灿烂也不灿烂/ / 22

4. 钱德拉塞卡极限/ / 28

5. 天上有个好莱坞/ / 34

6. 河外星系知多少/ / 43

Chapter 2 牛顿的宇宙/ / 50

1. 永恒而稳定的宇宙图景/ / 51

2. 夜空为什么黑暗/ / 54

3. 引力佯缪/ / 61

4. 热寂说佯谬/ / 64

Chapter 3 有关无限的数学悖论/ / 68

1. 悖论、佯谬知多少? / / 69

2. 芝诺带你走向无穷小/ / 74

3. 希尔伯特旅馆悖论/ / 77

4. 缸中之脑/ / 82

5. 无限猴子定理/ / 87

Chapter 4 学点相对论/ / 89

1. 狭义相对论/ / 90

2. 广义相对论/ / 95

3. 引力场方程/ / 98

4. 相对论的实验验证和应用/ / 101

5. 不同的内蕴几何/ / 104

Chapter 5 探测引力波/ / 107

1. 宇宙学中的基本测量/ / 108

2. 探测引力波——时空的涟漪/ / 112

3. 电磁波和引力波/ / 115

4. 引力波速度为何等于光速/ / 123

5. 韦伯——探测引力波的先驱/ / 126

Chapter 6 黑洞物理/ / 132

1. 史瓦西解和黑洞/ / 134

2. 黑洞无毛/ / 137

3. 霍金辐射/ / 141

4. 宇宙中的恒星黑洞/ / 144

5. 超大黑洞和极小黑洞/ / 147

6. 双黑洞和引力波/ / 150

Chapter 7 哈勃定律/ / 156

1. 欲上九霄揽银河,浩瀚星海任遨游/ / 157

2. 光——探索宇宙的利器/ / 163

3. 膨胀的宇宙/ / 171

4. 超光速的困惑/ / 177

5. 宇宙的形状/ / 183

Chapter 8 大爆炸模型/ / 190

1. 为宇宙膨胀建造模型/ / 191

2. 浑沌开窍宇宙诞生/ / 196

3. 霍伊尔的坚持/ / 201

4. 微观世界的秘密/ / 204

5. 从夸克到宇宙/ / 209

6. 宇宙如何演化/ / 214

7. 探寻宇宙的第一束光/ / 223

8. 隐藏宇宙奥秘的古老之光/ / 230

Chapter 9 大爆炸的迷团和疑难/ / 237

1. 对大爆炸的误解/ / 238

2. 视界疑难/ / 245

3. 平坦性疑难/ / 251

4. 磁单极子疑难/ / 258

5. 上穷碧落下黄泉,暗物诡异不露面/ / 263

6. 宇宙常数解疑难,捕风捉影论真空/ / 268

Chapter 10 暴胀的宇宙/ / 274

1. 超级暴胀补缺陷/ / 275

2. 对称破缺,真空相变/ / 280

3. 平行宇宙似科幻/ / 284

参考文献/ / 288


精彩书摘

 1、永恒而稳定的宇宙图景

远古时候的人,对宇宙只能想象,谈不上“研究”,只有当越来越多的星球、星系、星系团被我们观测到之后,才有可能在大尺度的范围内来观测和研究宇宙应该呈现的面貌,这便是宇宙学的目的。

宇宙学有两个基本假设,我们称之为宇宙学原理,指的是在大尺度的观测下,宇宙是均匀和各向同性的。也就是说,就大尺度而言,你在宇宙中的任何位置,朝任何方向看,都应该是一样的。

宇宙学原理只在“大尺度观测”下才成立。何谓大尺度? 打个日常生活中的比方,如果我们从“大尺度”的角度来观察一杯牛奶,看起来是一杯均匀和各向同性的白色液体。但是,如果从微观角度看,便有所不同了,其中有各种各样的分子和原子,分布很不均匀,各向异性。 如果设想有一种微观世界的极小生物(只能假想,细菌也比它大多了),生活在这杯牛奶中某个原子的电子上,犹如我们人类生活在地球上。 原子核就是它们的“太阳”。一开始,这种生物只知道它们能够观察到的原子世界,即它们的“太阳系”。 细菌朝四面八方观察,显然不是各向同性的,因为一边有太阳,一边没太阳。后来,细菌们跳出了太阳系,看到了原子之外原来还有巨大的分子,它们所在的原子不过是大分子中的一个极小部分。再后来,它们又认识到它们的“牛奶”世界中还有其他各种各样的分子: 水分子、蛋白分子、脂肪分子、糖分子等。

用上面的比喻可以说明天文学和宇宙学研究对象的区别。微小细菌的“天文学”研究的是氢原子、水分子等各种原子和分子; 而它们的“宇宙学”研究些什么呢? 那是它们“跳”出它们的小世界之后,把这杯牛奶作为一个“整体”来研究,这杯牛奶的重量、颜色、密度、流动性等等。 也许还可以研究这杯奶的来源: 在母牛的身体内是如何分泌、产生出来的? 所以,所谓大尺度,研究的就是这些只与整体有关,不管分子、原子细节的性质。

我们将要介绍的宇宙学研究也是这样,不像天文学那样研究个别的、具体的恒星、星系或星系群。我们需要“跳”出地球,“跳”出银河系,站在更高处,将宇宙作为一个整体“系统”来看待,研究宇宙的质量密度、膨胀速度、有限还是无限、演化过程、从何而来、将来的命运等。

在天文学家眼中,一个星系是千万颗恒星的集合,而在宇宙学家眼中,一个星系只是他所研究的对象中的一个“点”。

在宇宙的大尺度上,引力起着重要的作用。物理学引力理论中有牛顿万有引力和广义相对论两个里程碑,分别对应于两种不同的宇宙图景和宇宙学: 牛顿的宇宙模型,以及现代物理中以大爆炸学说为代表的宇宙标准模型。

虽然牛顿理论可以当作广义相对论在弱引力场和低速条件下的近似,但就其物理思想而言,牛顿理论有两个根本的局限性。一是认为时间和空间是绝对的,始终保持相似和不变,与其中物质的运动状态无关。因而,牛顿的宇宙图景只能是永恒的、稳定的、无限大的。二是牛顿理论中的“力”,是一种瞬时超距作用,光速是无限大,但这点与实验事实相矛盾。牛顿理论中的万有引力也是瞬时传播,没有引力场的概念,引力作用传递不需要时间。从牛顿引力定律则不可能预言引力波。其次,牛顿宇宙图景需要的宇宙无限的假设,与牛顿理论之间存在着无法克服的内在逻辑矛盾,引起不少难以解释的佯谬。 牛顿引力理论是弱引力条件下的理论,对于强引力场和大尺度作用范围是不适用的,很多时候,对宇宙时空的理解都涉及到无穷大和无穷小的问题。矛盾和佯谬恰恰就由此产生。

那么,宇宙时空到底是有限还是无限的? 物质是否可以“无限”地分下去? 这些概念是否只是无限逼近的一个理论极限? 其实,天文学、宇宙学、物理学研究的历史中,存在很多著名的疑问和佯谬,佯谬实质上就是科学家们提出的疑难问题。 不断地发现、提出、研究、直至*终解决悖论佯谬,这就是科学研究的过程。 科学中的悖论、佯谬是科学发展的产物,预示我们的认识即将进入一个新的阶段,上升到新水平。牛顿宇宙学和现代宇宙学都遵循均匀各向同性的宇宙学原理。

牛顿理论认为宇宙和时间空间都是静态和无限的,时间就是放在某处的一个绝对准确、均匀无限地流逝下去的“钟”,空间则像是一个巨大无比的有标准刻度的框架,物质分布在框架上。 这种静态无限的传统宇宙观,初看起来简单明了,似乎容易被人接受,但却产生了不少佯谬,比如暗夜佯谬(也叫光度佯谬)、引力佯谬,以及与热力学相关的热寂说佯谬等。

2. 夜空为什么黑暗

夜空为什么是黑暗的? 这问题听起来太幼稚了,像是一个学龄前小孩向父母提的问题。 其实不然,这是物理学中一个著名的佯谬:暗夜佯谬。

为什么天空在白天看起来是明亮的,夜晚看起来是黑暗的? 表面上的道理人人都懂,不就是因为地球的自转,使得太阳东升西落,昼夜交替而造成的吗。当然,从物理的角度来看,大气的作用也不能忽略。 如果没有大气,天空背景本来就是黑暗的,白天也一样,太阳不过只是黑暗背景中一个特别明亮的光球而已,宇宙飞船中的航天员在太空中看到的景象就是如此。

因为有了大气,地球上才有了白天黑夜。白天,也就是当我们所在的位置对着太阳的时候,太阳光受到空气分子和大气尘埃的多次散射,使得我们看向天空中的任何一个方向,都会有光线进入眼睛,所以我们感觉天空是亮的。夜晚到了,地球把它的“脸”转了一个180度,使我们背朝太阳,我们所在的地球上的“那个点”正好躲到了背对太阳的地球阴影里面,大气中不再有太阳的散射光芒,天空看起来是黑暗的。

我们可以用如上方式向孩子们解释夜空为何黑暗。 但是,有一位叫奥伯斯的人不同意这种说法。 奥伯斯是德国天文学家(olbers,1758—1840)年,他在1823年发表了一篇文章,针对与上面类似的解释,奥伯斯说:

“不对,晚上虽然没有太阳,但还有其他的恒星啊!”

某个物理系的学生则说: “大多数恒星离我们地球太远了,以至于看不见它们。 因为恒星照到地球上的光度与距离平方成反比而衰减。”

然而,奥伯斯说:“看不见个别的星球,不等于看不见它们相加合成的效果。 所有恒星的光相加起来,也有可能被看到啊。”

的确如此,许多肉眼看不见的遥远恒星发出的光线合成后,可以达到被看见的效果。 比如说,我们肉眼可以看见仙女星系,但实际上这个星系中任何一颗恒星的亮度都没有达到能被肉眼看见的程度。整个仙女星系能够被看见,是其中所有恒星发出的光线合成的结果。

另外,当我们抬头仰望银河的时候,看到的也是模模糊糊地一片的白色,那也是许多星光相加的效果,用肉眼很难将它们分辨成一颗一颗单独的星星。

于是,这位学生表示同意地说: “对,相加的效果可能使得星系能够被观测到,但仍然不够照亮夜空……”奥伯斯: “但你忘了,星球数目有无限多啊!”

至此,物理系学生暂时无语,他在思考奥伯斯提及的“星球无限多”的问题。

那时候是牛顿的新物理学当道的年代,实际上布鲁诺很早就大胆预言了宇宙无限,康德后来也提出过空间中存在无数星系的想法,一个动态而无限的宇宙图景,使当时初见雏形的宇宙论走向科学。 并且,无限宇宙的图景是与牛顿力学的绝对时空观念相符合的。 比如说,牛顿第一定律认为不受外力作用、具有初速度的物体将作匀速直线运动,而这种运动只在无限的宇宙时空中才能实现。此外,从牛顿的万有引力定律,任何两个物体间的引力与距离平方成反比,当它们相距无穷远时引力为零,这点暗含着宇宙是无穷大、边界条件为零的假设。

因此,学生思索一阵之后说: “无限的宇宙中星球数目的确是无限多,那又怎么样呢?”

奥伯斯笑了: “那我们就来作一个中学生都能懂的计算,算算这无穷多个星球的光传到地球上造成的相加效果有多大……”

奥伯斯认为,如果宇宙是无穷大、各向同性、星体均匀分布的,就会得到夜晚的天空也应该明亮的结论。(未完)


前言/序言

  2016年2月11日,星期四,上午10点30分,是一个在物理学界值得纪念的日子,美国的激光干涉引力波天文台,(LaserInterferometerGravitationalwaveObservatorg,LIGO)与加州理工学院、麻省理工大学等各处的专家们,在华盛顿召开了新闻发布会,向全世界宣布于2015年9月14日首次直接探测到了引力波的息【1】。公众称之为GW150914事件,全世界都为之振奋,天文界和物理界的专家们更是激动不已。为什么GW150914事件如此震动科学界? 物理学家们对探测引力波期待已久,而这个事件中探测到的引力波就是来自宇宙深处的时空涟漪。我们说这个涟漪泛起于宇宙的极深、极远处毫不夸张,因为它们发生于13亿年前,来自于距离我们13亿光年之遥的两个“黑洞”的碰撞。

  黑洞碰撞、时空涟漪、13亿年前……这些如梦幻、如诗歌一般的语言,突然转化成2016年春天到来之前的第一声惊雷。大概连天国里的爱因斯坦也会止不住开怀大笑起来吧,没想到啊,人类真的探测到了引力波。那是爱因斯坦在100年之前,建立了广义相对论一年后的一个精彩预言!

  天地广阔,乾坤永恒;茫茫宇宙,万物之谜,这些对人类好奇心的永恒诱惑,又何止让人类探寻了100年!

  不过,谈到引力波和黑洞,倒是让笔者回想起了30多年前在美国得克萨斯大学奥斯汀分校读博的日子。我当年博士论文的课题是有关引力波在黑洞附近的散射问题,著名物理学家、引力理论专家约翰?惠勒是我的博士论文委员会成员之一。记得在当时的一次讨论会上,有人提到何时能探测到引力波的问题时无人作声,只有惠勒笑嘻嘻、信心满满地说了一句“快了”。我当时只知道推导数学公式,对探测引力波的实验一无所知,但惠勒这句“快了”在脑海中却记忆颇深,也从此关心起引力波是否真正存在以及何时能探测到的问题。

  1993年,传来了两位美国科学家获得诺贝尔物理学奖【2】的消息。他们便是因为研究双星运动,即两颗双中子星相互围绕着对方公转,而间接证实了引力波的存在。笔者当时便立即想起了惠勒的话,心想:果然“快了”!

  2000年,听说惠勒早年的一个学生,就是和惠勒一起合作《引力》这本书的加州理工学院教授基普? 索恩(Kip Thorne,1940年—),几年前启动了一个叫LIGO 的项目,专为探测引力波。1999年10月的“PhysicsToday”有一篇文章是关于此项目,笔者看了之后,脑海里又浮现出“快了”这句话。

  2007年,在加利福尼亚州偶然碰到一个原来一起在相对论中心学习的同学,他在某天文台做天体物理研究。谈及引力波,他也说“快了”,因为LIGO将在一年后再次升级,升级完成后就“快了”。

  2014年,又一次传来探测到引力波的消息。由于普通物体,甚至太阳系产生的引力波都难以探测,所以科学家们便把目光转向浩渺的宇宙。宇宙中存在质量巨大又非常密集的天体,如黑矮星、中子星,或许还有夸克星等。超新星爆发、黑洞碰撞等事件将会产生强大的引力波。此外,在大爆炸初期的暴胀阶段,也可能辐射强大的引力波。

  2014年有人提出哈佛大学设在南极的BICEP2探测器探测到了引力波,但这种“控测到”指的并不是直接的接收,而是大爆炸初期暴胀阶段发出的“原初引力波”在微波背景辐射图上打上的“印记”。但是,后来证实这是一次误导,是一次由尘埃物质造成的假“印记”【3】。

  据索恩所言,至少有一半的观测信号事实上是由星际尘埃导致的,而是不是完全由尘埃所致目前还不清楚。直到2016年初LIGO的发布会,才正式宣告人类真正接收到了引力波。当初惠勒的这句“快了”,兑现起来也至少花了30多年,爱因斯坦就更不用说,已经整整等待100年了!

  探测到引力波对基础物理学意义非凡,它再一次为广义相对论的正确性提供了坚实的实验依据。为天体物理和现代宇宙学研究,开启了一扇大门,必将掀起相关领域的研究热潮,或许导致一场革命也说不定。

  宇宙学是最古老的学科,也是最现代的学科。从物理的观点来解释宇宙,称为物理宇宙学。物理宇宙学是一门年轻科学。从远古时代开始,人们就对茫茫宇宙充满了猜测和幻想:诗人和文学家们仰望神秘的天空,用诗歌和故事来表达抱负、抒发情怀;哲学家们哲思深邃、奇想不断;科学家们却要探索宇宙中暗藏的秘密。尽管人类的天文观测历史已经有几千年,但是将我们这个浩瀚宏大、独一无二的宇宙作为一个物理系统来研究,继而形成了一门称之为“宇宙学”的现代学科,却只是近100年左右的事情。这个推动力来自理论和实验两个方面:爱因斯坦的广义相对论和哈勃的天文观测结果。

  近年来,随着科学技术的进步,物理宇宙学从神话猜想发展到有了理论模型,至今已经发展成为一门精准的实验科学。由于现代天文观测手段日新月异的发展,宇宙学进入了它的黄金年代,理论发展似乎已经难以跟上大量观测数据积累的速度,各种模型和猜想不断涌现。并且,宇宙学中近十几年来的一系列重大发现对现有物理基础理论也提出了诸多挑战,比如,暗物质和暗能量的研究已经成为现代物理的重要课题。

  宇宙学可以说已经有过好几次革命:哥白尼的日心说第一次将人类的宇宙观移到地球之外;哈勃通过大型望远镜确定了数不清的星系;而近代的物理宇宙学则让人类开始思考和研究宇宙的起源。

  近代宇宙学到底研究些什么?有哪些具体的重要进展? 这个领域的发展实在太快,广大民众可能还知之甚少。即使是在学术界,大多数人对近年来宇宙学的事件也只是知其然,而不知其所以然,存在着很多的迷惑和误解(特别是对大爆炸理论)。有些人认为大爆炸是毫无证据的假说,甚至将其称为“西方宇宙学”。然而这不是事实,科学并无东西之分,尽管我们无法直接验证宇宙的“大爆炸”,也不能断定它就一定是宇宙演化历史的正确描述,但是由于航天实验卫星得到的大量数据的支持,主流学界的大多数人已经承认和接受了这个理论。作为一名科学工作者,有必要科普现代宇宙学的知识,让广大民众正确认识大爆炸理论,了解其来龙去脉,以及其中存在的疑难问题。

  中国是一个古老的文明大国,中国人自古就有谈天说地、思辨宇宙哲学问题的追求和习惯。宇宙到底有多大? 宇宙长什么样子? 宇宙来自何处? 将来如何演变? 宇宙是否也有生有死、有开始有结束?牛顿描述的宇宙与现代的宇宙观有何不同? 宇宙到底有限无限? 无穷大的哲学观点和数学思想给我们的宇宙观造成了哪些佯谬和悖论? 这些互相关联的种种宇宙奥秘,无论对有智慧、有思想的知识界,还是对好奇心强、幻想联翩的青少年,都是一种永恒的诱惑。读完这本小书,你会对上面提出的问题有一些基本的认识。更为重要的是,你可能会产生许多自己的想法,对茫茫宇宙,对这个环绕在我们周围的最大、最神秘的未知世界产生浓厚的兴趣。

  让我们借助于引力波的阵阵涟漪,走向已经敞开的宇宙学大门。

  作者将用通俗易懂的语言和深入浅出的例子,带你轻松、愉快地涉足于宇宙学最前沿。作者首先从太阳系开始,在第一章中介绍了行星、恒星、星系等基本的天体物理知识。第二章介绍牛顿的宇宙图景。第三章介绍无穷的概念引起的数学和物理中的佯谬,激发读者对物理理论的哲学思考。第四章则用最少的篇幅让读者认识两个相对论的基本思想。第五章的目的。是使读者更深刻地理解2016年初探测到的引力波。作者从天文学中的距离测量谈起,使读者了解天文学中测量技术中的困难。然后,介绍引力波强度的微弱,进一步将它的各种性质与电磁波相比较,使大家认识到探测引力波的困难和重大意义。第六章则对黑洞的基本物理性质及分类进行探讨。第七章到第九章,将对现代宇宙学标准模型的基本原理、数学基础、大爆炸理论、重要结论和疑难、暗物质和暗能量、宇宙的未来等有趣的问题略作探讨。第十章简单介绍作为标准模型补充的宇宙早期暴胀理论。

  该书的读者定位于文理各个领域的大学本科生和研究生,对天文、数学、物理感兴趣的初高中学生,以及所有爱好科学、渴求了解宇宙历史及本质的广大群众。具有高中数学水平的读者,便可完全读懂书中内容。但考虑到中国学生的数学能力较强、擅长逻辑思维,书中保留了少量的公式和简单推导,以便某些喜欢数学的读者能从中获益,能够对物理内容得到更深刻的理解。一般读者,则可跳过这些公式,不会影响阅读效果。

  书中也提到当今宇宙学标准模型存在的许多疑难,启迪人们对宇宙问题的思考。物理学的天空从来就不是晴空万里,20世纪初的两朵乌云掀起了经典物理的革命,从中诞生了相对论和量子论。如今,近代宇宙学天空中的重重疑云和片片暗点又将带给我们些什么呢? 人类期待着下一个爱因斯坦,期待着宇宙学及物理学的新一轮革命。


永恒的诱惑:宇宙之谜 序言:星辰大海的低语 仰望夜空,那片深邃而无垠的黑暗,点缀着亿万颗闪烁的星辰,自古以来便牵引着人类的好奇心。它们是沉默的巨匠,以亘古不变的轨迹运行,传递着关于存在、关于起源、关于我们自身在浩瀚宇宙中位置的古老讯息。宇宙,这宏大而神秘的舞台,以其无穷无尽的尺度和错综复杂的规律,构成了我们所能想象的最深刻的谜团。“永恒的诱惑:宇宙之谜”便是一次深入探索这些奥秘的旅程,一次试图解开笼罩在宇宙面纱之下的层层迷雾的尝试。 本书并非一部枯燥的天文学教科书,也不是一本充斥着冷冰冰数据的科学报告。相反,它是一部充满人文关怀、哲学思考和科学探索交织而成的史诗。我们将跟随古老的先贤,从他们朴素的观察和神话般的想象,一路穿越到现代物理学最前沿的理论和观测成果。我们将体会人类智慧的火花是如何一点点点亮黑暗,如何从对日食月食的敬畏,发展到对时空曲率的理解;如何从对地心说的执着,蜕变为对日心说,再到对多维宇宙的猜想。 “永恒的诱惑”并非仅仅指代宇宙的视觉奇观,更在于它所蕴含的、能够触动我们内心最深处求知欲的那股力量。这种诱惑,驱使着我们不断提问:我们从哪里来?宇宙的终点在哪里?生命是否是宇宙唯一的奇迹?是否存在其他的智慧文明?这些问题,或许没有最终的答案,但正是对这些问题的不断追寻,塑造了人类文明的轨迹,也丰富了我们对自身存在的认知。 本书将带领读者穿越时空,从地球的视角,眺望遥远的星系;从微观的粒子世界,窥探构成万物的基本法则。我们将一同思考爱因斯坦的相对论如何改变了我们对空间和时间的理解,量子力学如何颠覆了我们对现实的直觉,暗物质和暗能量如何揭示了宇宙中我们尚未触及的巨大未知。 “永恒的诱惑:宇宙之谜”的篇幅,将力求详尽,不仅仅是罗列科学事实,更重要的是要展现科学家们探索宇宙过程中所经历的艰辛、喜悦、困惑和突破。我们将回顾那些伟大的名字,他们的思想如何引领着我们走向更深的理解,他们的实验如何验证了那些看似缥缈的理论。 本书的核心,在于“诱惑”二字。它诱惑我们去仰望星空,去思考那些超越日常经验的宏大尺度。它诱惑我们去挑战固有的观念,去接受那些可能颠覆我们世界观的科学发现。它诱惑我们去拥抱未知,去享受探索过程中带来的智识上的愉悦。 第一章:远古的星图与神话的低语 在文字和科学尚不发达的年代,人类便已开始了对星空的仰望。第一章将带领读者回到人类文明的黎明,探索古埃及人如何将星辰的排列与神祇的意志联系起来,古巴比伦人如何通过观察星象预测吉凶,古希腊人又如何用几何和哲学构建出朴素的宇宙模型。我们将看到,即便是在那个时代,人类对宇宙的秩序和规律也充满了探索的渴望。那些古老的星图,虽然粗糙,却蕴含着早期人类对宇宙认知的萌芽。神话中的创世故事,虽然充满了象征和想象,却也反映了人类对于自身来源的追问。我们会看到,早在科学出现之前,宇宙就已经以其神秘和壮丽,深深地吸引着人类的目光。 第二章:从地心到日心:视角革命 哥白尼的日心说,是人类认识宇宙史上一次伟大的革命。第二章将详细梳理从古希腊托勒密的地心说到哥白尼的日心说的转变过程。我们将深入探讨亚里士多德、托勒密等人的宇宙观,以及教会和传统观念是如何将地心说固化。随后,我们将聚焦于哥白尼的勇气和洞察力,他如何大胆地提出了“太阳中心说”,以及这一理论在提出之初所面临的巨大阻力。伽利略的望远镜观测,开普勒的行星运动三大定律,牛顿的万有引力定律,将是这一章的重点。我们将看到,正是这些科学家们,通过精密的观测和严谨的数学推导,一步步推翻了延续千年的地心说,将人类的视角从地球中心转移到太阳中心,极大地拓展了我们对太阳系的认知。这一章将强调,科学的进步往往伴随着对权威的挑战和对惯性思维的突破。 第三章:万有引力与宏观宇宙的秩序 牛顿的万有引力定律,不仅解释了天体运动的规律,更将宇宙描绘成一个由引力支配的宏大机械装置。第三章将深入解析万有引力定律的数学形式及其深远的意义。我们将探讨牛顿是如何通过对苹果落地的思考,将地面上的力和天体之间的力统一起来,从而揭示了宇宙万物之间普遍存在的吸引力。本章将进一步探讨牛顿的宇宙观,以及它在当时如何解释了行星的轨道、潮汐现象等。同时,我们也会简要介绍牛顿之后,天文学家们是如何通过观测和计算,不断完善对太阳系和更遥远天体的认识,例如恒星的距离测量、星系的发现等。这一章旨在展现人类如何通过理性思维和数学工具,揭示宇宙运行的基本法则,从而构建起宏观宇宙的秩序感。 第四章:时空的涟漪:爱因斯坦的相对论 爱因斯坦的狭义相对论和广义相对论,彻底颠覆了牛顿的绝对时空观,为我们打开了理解宇宙的新维度。第四章将以通俗易懂的方式,深入浅出地解释相对论的核心概念。我们将探讨狭义相对论中时间膨胀、长度收缩等奇特现象,以及质能方程E=mc²的革命性意义。随后,我们将重点解析广义相对论,它如何将引力解释为时空的弯曲,以及黑洞、引力波等预测的由来。本章将详细介绍爱因斯坦的理论是如何通过一次次观测和实验得到验证的,例如光线在引力场中的弯曲、水星近日点的进动等。我们将体会到,爱因斯坦的理论不仅是科学上的飞跃,更是哲学上的深刻变革,它让我们重新审视现实的本质。 第五章:量子世界的奇诡与概率的低语 与宏观宇宙的有序和确定不同,微观的量子世界却充满了不确定性和概率。第五章将带领读者进入量子力学的奇妙领域。我们将介绍量子力学的几个核心概念,例如波粒二象性、量子叠加、量子纠缠等。我们会看到,在微观尺度上,粒子不再是具有确定位置和速度的点,而是以概率波的形式存在。本章将重点阐述量子力学如何解释原子结构、光的性质以及化学反应等现象。我们会探讨那些著名的量子力学思想实验,例如薛定谔的猫,以及它们对我们理解现实的挑战。我们将认识到,虽然量子世界看似与我们的日常经验相悖,但它却是构成整个宇宙的基础。 第六章:宇宙的起源与演化:大爆炸的图景 “宇宙从何而来?”这是人类最古老也是最深刻的问题之一。第六章将详细阐述当前最被广泛接受的宇宙起源理论——大爆炸理论。我们将回顾伽莫夫、哈勃等科学家在此理论建立过程中的贡献。本章将详细介绍大爆炸理论的证据,例如宇宙微波背景辐射、宇宙膨胀以及轻元素的丰度。我们将探讨大爆炸之后,宇宙如何经历了从极度高温高密的状态,到形成基本粒子,再到原子核、原子,最终汇聚成恒星和星系的漫长演化过程。本章还将触及宇宙的早期历史,包括暴胀时期等关键阶段,描绘出一幅波澜壮阔的宇宙演化图景。 第七章:暗物质与暗能量:宇宙的隐藏面 尽管我们对宇宙的了解日益深入,但科学家们却发现,我们所见的物质和能量,仅仅是宇宙的一小部分。第七章将聚焦于宇宙中最神秘的两个组成部分:暗物质和暗能量。我们将探讨科学家们是如何通过观测星系旋转速度、星系团的引力透镜效应等现象,推断出暗物质的存在。随后,我们将深入讨论暗能量,它被认为是导致宇宙加速膨胀的罪魁祸首。本章将详细介绍目前关于暗物质和暗能量的各种理论模型,以及科学家们正在进行的探测实验。我们将认识到,宇宙的真相远比我们想象的要更加复杂和令人着迷,我们对宇宙的探索,才刚刚开始。 第八章:系外行星的发现与地外生命的猜想 人类对自身在宇宙中的独特性充满了好奇,地外生命的存在更是引人遐想。第八章将介绍系外行星的探测技术和发现历程。我们将回顾从早期对类地行星的猜测,到如今利用凌日法、视向速度法等技术发现数千颗系外行星的重大进展。本章将详细介绍一些具有潜力的宜居系外行星,以及它们可能存在的生命迹象。我们会探讨生命在宇宙中出现的条件,以及搜寻地外文明(SETI)的努力。我们将思考,如果宇宙中存在其他生命,它们将以何种形式存在?它们是否拥有智慧?这些猜想,虽然目前尚无定论,但却激发着我们对宇宙的无限想象。 第九章:宇宙的终极命运与人类的未来 展望未来,宇宙将走向何方?第九章将探讨关于宇宙终极命运的几种主要理论。我们将讨论宇宙的持续膨胀可能导致的“大撕裂”或“热寂”,以及如果暗能量性质发生改变,宇宙可能出现的收缩。本章还将触及多维宇宙、平行宇宙等前沿猜想,以及宇宙学中的一些未解之谜,例如奇点问题、宇宙常数问题等。在理解宇宙的终极命运的同时,本章也将反思人类在宇宙中的位置和意义。面对浩瀚的宇宙和漫长的时光,人类文明将如何发展?我们将如何应对宇宙带来的挑战?这些思考,将引导我们更加珍惜当下,并对未来抱有更深的敬畏。 结语:永恒的诱惑,永不止息的探索 “永恒的诱惑:宇宙之谜”的旅程即将落下帷幕,但对宇宙的探索,却永无止境。宇宙以其无穷的奥秘,不断地吸引着人类的目光,激发着我们最深沉的好奇心。每一次的科学发现,都如同点亮宇宙黑暗的一盏灯,但同时也揭示了更多的未知。正是这种“诱惑”,驱动着人类不断前行,不断挑战极限,不断拓展认知的边界。 本书希望能够点燃读者心中那份对宇宙的好奇,引领大家踏上这场充满智慧与想象的探索之旅。宇宙之谜,是人类共同的宝藏,也是我们永恒的诱惑。愿这份探索的精神,能够永远激励我们,去追寻那隐藏在星辰大海深处的终极真理。

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这本书的装帧质量实在令人赞叹,拿在手里沉甸甸的,能感受到制作方的用心。我通常更偏爱那种侧重于具体实验或最新发现的科普读物,但这次的阅读体验却让我体验到了别样的乐趣。它更像是一场哲学思辨与天体物理学的完美融合。我特别喜欢作者在探讨暗物质部分时所采用的类比,虽然是面对如此抽象的概念,但他总能找到日常生活中能与之对应的意象,极大地降低了读者的理解门槛。而且,这本书的配图选择极其考究,那些高分辨率的星云照片,配上作者精炼的文字说明,简直是视觉和智力的双重享受。它不仅仅是科普,更像是一种对人类认知边界的温柔挑衅,让人忍不住想去挑战自己知识储备的极限。

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这本书的封面设计简直是艺术品,那种深邃的蓝色调和点缀其间的星云图案,瞬间就抓住了我的眼球。我是一个对宇宙和未解之谜抱有无限好奇心的人,所以当我在书店里看到它时,几乎是立刻决定要带它回家的。我尤其欣赏作者在文字排版上下的功夫,每一章的开头都有一段引人深思的名言警句,像是为接下来的探索之旅拉开了序幕。阅读体验非常流畅,文字功底深厚,没有那种晦涩难懂的术语堆砌,而是用非常生动、富有画面感的语言,将复杂的概念娓娓道来。虽然我还没完全读完,但前几章关于时间悖论的探讨已经让我彻夜难眠,它迫使我重新审视我们习以为常的“线性”世界观。这种能够引发深度思考的书,才是真正的好书。我期待着接下来的篇章能继续给我带来这样的震撼。

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说实话,我本来对这种宏大叙事题材的书持保留态度,总担心会是故作高深或者内容空泛。然而,这本书的表现完全超出了我的预期。作者的叙事手法非常高明,他没有急于抛出“标准答案”,而是像一位经验丰富的导游,带着我们一步步深入迷宫。最让我印象深刻的是其中对黑洞边缘引力奇异性的描述,那种笔触细腻到仿佛我能真切感受到时空扭曲带来的那种令人窒息的压迫感。我特别喜欢其中穿插的那些历史轶事,比如古代文明对星象的观测记录,这使得冰冷的科学理论与人类文明的演变产生了奇妙的共鸣。这本书的价值不仅在于知识的传授,更在于它提供了一种看待世界的新视角,一种对未知保持敬畏和探索欲的勇气。我已经向我所有的科学爱好者朋友们大力推荐了。

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这本书的语言风格非常独特,它不像传统教科书那样板着脸孔,反而带有一种近乎浪漫主义的诗意。我买这本书主要是想放松一下紧张的工作之余,寻找一些精神上的慰藉。它确实做到了这一点,特别是作者描述宇宙浩瀚时所流露出的那种谦卑和敬畏之心,极大地抚慰了我日常生活中积攒的烦躁感。阅读过程中,我体会到一种久违的、与天地精神往来的感觉。它没有给我带来任何压力,反而像是一位睿智的长者,在我耳边低语着宇宙中最古老、最深沉的秘密。这本书适合所有在喧嚣中迷失了方向,需要重新连接到更宏大叙事中的灵魂。它的文字,如同夜空中最亮的星,指引着我内心的方向。

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我通常阅读节奏比较快,但读到这本书时,我不得不放慢脚步,甚至会时不时地停下来,去查阅一些背景资料来加深理解。这对我来说是非常难得的体验,因为一本好书应该有“重量”,能让你沉浸其中,无法急于求成。这本书的魅力在于它对“为什么”的执着探求,而不是仅仅满足于“是什么”。它探讨的问题非常深远,涉及的领域也极其广阔,从量子纠缠到宇宙大爆炸后的瞬间,作者游刃有余,毫不拖泥带水。我尤其欣赏其结构上的巧妙布局,每一章的收尾都像是留下了一个引人入胜的钩子,让你迫不及待地想翻到下一页,去追寻那个尚未揭晓的奥秘。

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印刷精美,物流给力,包装完好!

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不错,打折的时候买的,很划算,内容不错,慢慢看

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买了蛮久了,当时有活动,满多少减多少,具体不记得了。划算

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好书啊,趁京东搞活动买了一大堆,很实惠

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不错,打折的时候买的,很划算,内容不错,慢慢看

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有意义的书

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挺好的看看吧

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非常好的一本书,强烈推荐

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儿子很喜欢。

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