时间旅行与曲速引擎:快速穿越时空的科学指南 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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[美] 艾伦·埃弗莱特（Allen Everett） 著

图书标签:

• 时间旅行
• 曲速引擎
• 相对论
• 物理学
• 科幻
• 宇宙学
• 时空
• 科学普及
• 未来科技
• 理论物理

出版社： 化学工业出版社

ISBN：9787122292186

版次：1

商品编码：12222738

包装：平装

开本：16开

出版时间：2017-07-01

用纸：轻型纸

页数：255

字数：301000

正文语种：中文

产品特色

编辑推荐

适读人群 ：中学生,科学爱好者，天体物理学家
这本书是专业人士为普通读者撰写的关于时间旅行的科普书脊，书中以轻松的语言、通过各种示例阐述了有关时间旅行的基本物理雪基础知识，趣味十足，又极具启发性，激发年轻的学生对探索科学的兴趣。一直潜心研究负能量、扭曲时空、时间悖论、以及在多个宇宙之间穿越等课题。他们在这本编写得如此出色，又及时面世的著作里，与我们共同分享了他们的研究成果。

内容简介

科幻小说使时间旅行变得轻而易举。接到了来自阿尔法星球的噩耗来电：没问题，按下曲速引擎，你将会在几分钟之后到达那里解决问题。即将来临的灾难可以避免吗？只要回到过去，在灾难发生前阻止它就OK了。但不幸的是，我们没有生活在科幻小说的世界里，时间旅行和星际航行仅仅是奇思妙想吗？还是真的有实现的可能？

即使是新的物理学也许都回答不了这些问题，但是却提供了一些令人蠢蠢欲动的可能。本书中，艾伦·埃弗雷特和汤姆斯·罗曼将向你解释当今科学对时间和空间的本质的认识。作者用浅显易懂的数学知识讲解爱因斯坦的狭义相对论，理解难度绝对不高于高中生学的代数，接着推移到去未来和回到过去的本质区别，以及回到过去和超光速旅行间的理论联系，他们发现了众多可能的时光机器和曲速引擎，包括虫孔和曲速泡泡……

作者简介

艾伦·埃弗莱特(Allen Everett) 为美国塔夫斯大学的物理学荣誉教授，托马斯·罗曼（Thomas Roman）为中康涅狄格州立大学数学科学系教授。二人都曾教授与时间旅行有关的大学物理学课程。

内页插图

目录

1 绪论/ 1
2 时间、时钟和参照系/ 11
2.1 威尔斯式的时间旅行/ 12
2.2 对时间和空间的测量/ 17
3 洛伦兹变换与狭义相对论/ 23
3.1 麦克斯韦的伟大观点/ 25
3.2 迈克尔逊-莫雷实验/ 26
3.3 相对论的两个原理/ 30
3.4 洛伦兹变换/ 31
3.5 不变间距/ 33
3.6 时钟同步与同时性/ 35
3.7 光障/ 38
3.8 “零质量”粒子与E=mc2/ 39
4 光锥/ 41
4.1 绝对与相对/ 42
4.2 光锥与因果关系：总结/ 46
5 向前的时间旅行与双生子“悖论”/ 49
5.1 时间膨胀和4只时钟的故事/ 50
5.2 双生子“悖论”/ 53
5.3 不变间距与固有时间/ 54
5.4 现实想法与实验/ 58
5.5 通过《夏季之门》最后再看一下前往未来的时间旅行/ 60
6 “出发，回到过去”/ 63
6.1 超光速粒子/ 64
6.2 快子与悖论/ 65
6.3 再诠释原理/ 67
6.4 超光速参照系的一个问题/ 69
6.5 实验证据/ 71
7 时间箭头/ 77
7.1 熵、热力学第二定律以及热力学时间箭头/ 80
7.2 前因、后果及因果时间箭头/ 84
7.3 宇宙学时间箭头/ 86
8 广义相对论：弯曲的空间和翘曲的时间/ 89
8.1 引力与电磁学/ 90
8.2 质量与等效原理/ 91
8.3 重力与光/ 94
8.4 引潮力/ 95
8.5 重力与时间/ 98
8.6 广义相对论/ 100
8.7 广义相对论的三个经典验证/ 102
9 虫洞与曲速气泡/ 111
9.1 虫洞/ 112
9.2 曲速气泡/ 116
9.3 柯拉斯尼科夫管：超光速地铁/ 120
9.4 虫洞、曲速引擎及时间机器/ 122
9.5 “越发奇怪的”悖论/ 126
10 香蕉皮与平行世界/ 133
10.1 悖论的类型/ 134
10.2 信息悖论/ 134
10.3 “精灵球”与聪明的太空船/ 135
10.4 对虫洞时间机器和一致性悖论的重新考虑/ 137
10.5 香蕉皮/ 141
10.6 平行世界/ 142
10.7 “切碎捣烂”/ 151
11 “别总是负面”：奇异物质/ 155
11.1 负能量/ 156
11.2 平均能量条件/ 163
11.3 量子不等式/ 165
11.4 所有完美的物理学都用过镜子/ 168
11.5 量子利息与卡西米尔效应/ 170
11.6 负能量与经典场/ 173
12 勇敢地航向……/ 177
12.1 弯曲与平直/ 178
12.2 虫洞与量子不等式/ 179
12.3 曲速引擎与量子不等式/ 181
12.4 凡·登·布洛克的“瓶子里的飞船”/ 182
12.5 更多关于曲速引擎的问题/ 183
12.6 出路在哪？/ 184
12.7 时间机器的毁灭与时序保护/ 185
13 圆柱体与弦/ 191
13.1 卷曲的宇宙/ 192
13.2 一个“旋转”的宇宙/ 193
13.3 圆柱状时间机器/ 194
13.4 马雷特的时间机器/ 196
13.5 戈特的宇宙弦时间机器/ 203
14 尾声/ 213
附录/ 221
附录1 对伽利略速度变换的推导/ 222
附录2 对洛伦兹变换的推导/ 223
附录3 对时空间隔不变性的证明/ 228
附录4 对x'、t'轴相对于x、t轴的方向说明/ 229
附录5 光钟造成的时间膨胀/ 231
附录6 霍金定理/ 235
附录7 马雷特时间机器中的光管/ 242
参考文献/ 245
索引/ 253

前言/序言

我们撰写本书的动机是因为我们分别在各自的大学讲授有关这个专业的课程：艾伦曾在塔夫斯大学任教，托马斯则在中康涅狄格州立大学任教。我们的学生中有很多的科幻迷。他们包括在读或即将专修物理学的专业生和美术专业生，而在后者里面，还真有几位成绩斐然，属于那些让老师教起来得心应手的学生。这些课程给我们提供了一个机会，可以使我们用基本上没有超越高中代数的数学原理，来让本科生了解我们所从事的学术研究，这对于理论物理学家来说实在难得。这些年来，选修这些课程的学生们对我们表达了他们的喜爱，并给予我们精神上的鼓励，我们对此深表感激。
我们的目的是为具有不同程度的数学和物理学背景、技能及兴趣的人群撰写一本书。我们发现手头上现有的读物，或是极为粗浅，或是过于煽情，所以，我们决定亲自动手。本书的难度适合于诸如热爱《星际迷航》（Star Trek）或者偶尔读一读《科学美国人》杂志而又感到这类媒体没能详尽地让他们领会问题实质的人群。我们认为本书的读者应该知晓高中代数，但又不具备高等数学的知识。而初级物理学尽管有些用处，但对于加深理解也并非必不可少。不过，读者们还是要开动脑筋，准备面对即将出现的一些概念。我们知道，不是所有读者都对同一深度的问题感兴趣。所以我们把很多（并不是全部）数学问题都放到了附录里面，以方便那些对此感兴趣的读者深度阅读。我们觉得，即使那些总想“逃避数学”的读者，也会在本书中发现很多能让他们兴趣大增的内容。所以，我们不期待所有读者都能够完全理解本书的每一字每一句，而只希望能为各位读者提供一种刺激的体验。大家可以在下面这个网站上看到本书中一些概念的QuickTime格式的交互式演示：http://press.uchicago.edu/sites/timewarp/.

《星尘的低语：宇宙奥秘的探索之旅》 序言 自古以来，人类的目光便投向了那片浩瀚的星海，试图窥探其中隐藏的秘密。从古老的星象观测到现代的宇宙飞船，我们从未停止对宇宙的好奇与探索。然而，宇宙的广袤与深邃，远超我们单纯的视觉感知，隐藏着无数令人着迷的奥秘，等待着我们去揭示。《星尘的低语》便是这样一本邀请读者踏上探索之旅的指南，它将带领我们穿越星辰大海，触碰那些肉眼不可见的宇宙脉动，理解那些塑造了我们生存环境的深层规律。 本书并非一本枯燥的科普读物，而是一场激动人心的智力冒险。我们将以一种全新的视角审视我们所处的宇宙，从微观的粒子世界到宏观的宇宙结构，从生命的起源到宇宙的终结。它将激发您对科学的无限热爱，培养您批判性思维的能力，让您在理解宇宙奥秘的同时，也更深刻地理解人类自身在其中的位置。 第一章：时空的织锦：超越牛顿的宇宙观 我们的宇宙并非静止不动，而是由一张错综复杂的时空之网编织而成。本章将带领读者深入理解时空的本质，超越牛顿的经典时空观，进入爱因斯坦的相对论世界。我们将探讨： 时间的非绝对性： 时间并非恒定不变的洪流，而是与观察者的运动状态和引力场紧密相关的动态实体。我们将解析时间膨胀效应，理解为何高速运动的物体时间会变慢，以及黑洞附近的时间扭曲如何挑战我们的直觉。 空间的弯曲与引力： 引力并非一种神秘的力量，而是时空本身弯曲的表现。我们将通过形象的比喻和生动的案例，理解质量如何扭曲周围的时空，从而产生引力效应。想象一下，一个放在弹力布上的重球会使得布面凹陷，周围滚动的弹珠会因此滚向重球，这便是引力的基本原理。 光速的极限与因果律： 光速作为宇宙中最快的速度，不仅仅是一个物理常数，更是维持宇宙因果关系的关键。我们将解释为何任何信息或物质都无法超越光速，以及这如何确保了宇宙事件的逻辑顺序。 第二章：宇宙的生命线：星系的诞生与演化 我们身处的银河系只是宇宙中数以千亿计星系中的一个，而每个星系都有着自己波澜壮阔的生命史。本章将深入星系的核心，探寻它们从混沌初开到繁星点点的演化历程： 星系的形成之谜： 从早期宇宙的暗物质和气体云，到引力作用下物质的聚集，我们将追溯星系诞生的初始条件。了解暗物质在其中扮演的关键角色，它如同宇宙的“骨架”，引导着普通物质聚集形成星系。 恒星的生死循环： 星系中的恒星是宇宙中最耀眼的“生命体”，它们诞生于星云，燃烧生命，最终以超新星爆发或成为白矮星、中子星、黑洞等形式结束生命，并将构成新一代恒星和行星的元素播撒到宇宙中。我们将描绘恒星从诞生到灭亡的壮丽图景。 星系的碰撞与融合： 宇宙并非平静的孤岛，星系之间也存在着激烈的相互作用。我们将探索星系碰撞如何改变它们的形态，激发新的恒星形成，甚至导致星系的融合。银河系自身的未来，与仙女座星系的碰撞，便是我们将在本书中细致描绘的壮丽画面。 第三章：生命的蓝图：地球之外的探索 宇宙如此之大，生命的存在是否仅限于地球？这是人类最古老也最激动人心的疑问之一。本章将带领读者走进宇宙生命探索的前沿： 宜居带的奥秘： 我们将解析行星围绕恒星的“宜居带”概念，理解液态水存在的条件，以及行星大气、磁场等因素对生命起源的重要性。 系外行星的多样性： 从“热木星”到“超级地球”，系外行星的发现极大地拓展了我们对行星系统的认知。我们将介绍探测系外行星的各种方法，如凌星法和视向速度法，并展示那些可能孕育生命的奇特世界。 寻找地外生命： 从SETI计划到对太阳系内行星和卫星的探测，我们将探讨寻找地外生命的科学方法和最新进展。我们将讨论生命的化学基础，以及在极端环境下生命可能存在的形式，例如火星地下或是木卫二冰封海洋中的生命迹象。 第四章：宇宙的终极命运：从大爆炸到热寂 宇宙的旅程并非永无止境，它也有着自己的起点和终点。本章将带领读者思考宇宙的起源和可能的终结，触及宇宙学最核心的问题： 大爆炸理论的证据： 从宇宙微波背景辐射到宇宙膨胀，我们将一一审视支持大爆炸理论的关键证据，理解宇宙如何从一个极小的点膨胀至今。 暗物质与暗能量： 宇宙的构成远非我们所见，暗物质和暗能量占据了宇宙的大部分，它们对宇宙的演化起着决定性的作用。我们将深入探讨这两种神秘物质的性质和它们对宇宙结构形成的影响。 宇宙的未来猜想： 宇宙是会永远膨胀下去，还是会最终收缩？我们将介绍宇宙学模型中关于宇宙终结的几种主流猜想，如大挤压、大撕裂或热寂，并分析它们的可能性。 第五章：黑洞的边界：时空的终极实验室 黑洞，宇宙中最神秘、最极端的现象之一，是时空本身的终极表现。本章将带您深入了解黑洞的诞生、结构和它们对宇宙的深刻影响： 黑洞的形成与类型： 从恒星级黑洞到超大质量黑洞，我们将解析黑洞形成的过程，以及它们为何能够吞噬一切，包括光。 事件视界与奇点： 我们将深入探讨黑洞的“事件视界”，这个有去无回的边界，以及位于其中心的“奇点”，一个物理定律失效的地方。 黑洞与宇宙学： 黑洞并非只是宇宙的“吞噬者”，它们在星系形成、能量传递等方面也扮演着重要角色。我们将探讨黑洞与暗物质、暗能量之间的潜在联系，以及它们可能为我们揭示的宇宙奥秘。 结论：仰望星空，思考未来 《星尘的低语》并非意图提供所有问题的答案，而是希望激发读者提问的勇气和探索的欲望。宇宙的奥秘如同繁星，无穷无尽，每一次的探索都只是冰山一角。当我们仰望星空，我们看到的不仅仅是遥远的星光，更是人类智慧的闪光，是生命在宇宙中顽强存在的见证。 本书的旅程，旨在培养读者一种“宇宙思维”，让我们跳出狭隘的地球视角，用更广阔的视野去理解我们所处的宏大图景。希望您在阅读过程中，能感受到科学探索的乐趣，点燃对未知的好奇，并最终在理解宇宙的同时，更深刻地认识我们自己。宇宙的低语，永不停息，它在等待着每一个愿意倾听的灵魂。

评分☆☆☆☆☆

我是一个对时间和空间的概念一向抱有浓厚兴趣的普通读者，常常觉得那些理论物理的书籍要么过于简化以至于失去了深度，要么过于专业以至于让人望而却步。然而，我手上的这本作品却找到了一个近乎完美的平衡点。它在保持科学严谨性的同时，将叙事的节奏控制得如同一个经验丰富的导游，知道何时该放慢脚步细细品味风景，何时该加速冲过一片相对平坦的区域。书中对“因果律”的探讨尤其精彩，作者非常耐心地解析了为什么在某些极端物理条件下，我们习以为常的时间箭头似乎可以被扭曲或失效。这种对基本物理定律的“刨根问底”精神，让我对我们所感知的“当下”产生了全新的认识。它迫使我跳出日常生活的线性思维框架，去思考时间本身是否只是一种我们感知上的幻觉，而宇宙的真实结构可能更加复杂和多变。这种阅读体验，是纯粹的知识灌输无法比拟的。

评分☆☆☆☆☆

老实说，我本来以为这是一本会让我大呼“看不懂”的硬核科幻或技术手册，但实际体验完全出乎我的意料。这本书的魅力在于其极其平易近人的“非技术性”。作者似乎天生就懂得如何避开那些让初学者望而却步的专业术语和复杂的数学推导。相反，她采用了大量类比和历史轶事来构建她的论点。比如，她解释某些高维空间概念时，用的是编织艺术中的“经纬线”来做比方，非常直观。更吸引我的是，这本书似乎对“可能性”与“现实”之间的灰色地带特别感兴趣。它没有给我们一个确定的答案，而是不断地抛出那些激发思考的悖论和思想实验。读完之后，你不会觉得自己掌握了某个精确的公式，但你一定会对宇宙中存在的那些我们尚未触及的维度和机制产生一种强烈的求知欲。这本书的排版和插图也十分考究，那些复古风格的星图和概念图，为本来就充满想象力的内容增添了几分古典美感。

评分☆☆☆☆☆

我最近读完的这本书，给我带来了一种久违的心灵震撼，它不仅仅是一本关于理论物理的书籍，更像是一部充满哲学思辨的文学作品。作者的叙事风格非常独特，她似乎对人类认知的局限性有着深刻的体悟，并不断地在文本中穿插对“我们真的了解真实吗？”这类终极问题的探讨。全书的语言极具画面感，特别是描述黑洞视界边缘的场景时，那种“光线被吞噬，时间被拉伸至无限”的描述，让人读来不寒而栗，仿佛真的能感受到时空的撕裂感。与其他同类书籍不同的是，这本书对于理论的推导过程并不急于求成，而是将重点放在了“为什么我们会这样思考”的历史脉络上。它花了大量的篇幅来回顾那些伟大物理学家们是如何一步步突破思维定势，如何从观察到假设，再到建立模型。这种对思维过程的细致描摹，使得阅读体验不再是单纯的知识接收，而更像是一场与人类智慧赛跑的智力游戏。对那些想在硬核科学外围寻找更深层次思想滋养的读者来说，这本书无疑是极佳的选择。

评分☆☆☆☆☆

这本书的叙事功力堪称一绝，它没有将重点放在如何“实现”某种超凡物理现象，而是更侧重于探讨这些概念在现有物理框架下的“逻辑边界”和“理论可行性”。作者的文笔极其老练，仿佛在用一种散文诗般的语调，描绘着宇宙运行的宏大蓝图。我特别欣赏它对“悖论”的处理方式——它不是将悖论视为需要被立即解决的难题，而是将其视作推动理论进步的催化剂。例如，在讨论如何维持一个稳定虫洞所需的负能量密度时，作者并没有直接给出一个令人失望的结论，而是巧妙地将话题引向了量子真空的能量涨落，这使得原本听起来像是科幻小说的内容，立刻获得了坚实的理论土壤。整本书读下来，感觉像经历了一场智力上的漫长攀登，虽然过程中有几次需要停下来回顾之前的章节以确保理解到位，但最终登顶时所见的视野，是极其开阔且令人满足的。它成功地激发了我对理论物理更深层次学习的渴望。

评分☆☆☆☆☆

这是一本令人眼前一亮的科普读物，作者以极其生动且充满激情的笔触，带领我们探索了宏大而深邃的物理学前沿。书中对引力、时空弯曲等概念的阐述，没有采用那种枯燥乏味的教科书式讲解，而是大量运用了生活化的类比和富有想象力的场景构建。我印象最深的是作者如何巧妙地将爱因斯坦的相对论核心思想融入到一个关于“系泊”的日常比喻中，让那些原本晦涩难懂的公式和时空几何，一下子变得触手可及。阅读过程中，我仿佛置身于一个由顶尖物理学家主持的私人研讨会上，他们不仅耐心解答了最基础的问题，还能深入探讨到一些极具争议性的理论分支，比如量子引力的不同尝试。这本书的结构编排也十分合理，它不是简单地罗列事实，而是像一部精心设计的探险地图，引导读者从牛顿的经典世界，一步步跨越到相对论的边缘，最后才谨慎地触碰那些关于宇宙终极奥秘的猜测。整体而言，它成功地架设了一座知识的桥梁，让普通读者也能对宇宙的运作法则产生敬畏与好奇。

评分☆☆☆☆☆

很好！很满意！

评分☆☆☆☆☆

这本书的装订比较个性，挺喜欢的，内容也比较通俗易懂，中学毕业生就能看懂绝大多数内容。

评分☆☆☆☆☆

喜欢这种有公式的科普风格，那种完全不用公式的科普书有迎合大众之嫌。

评分☆☆☆☆☆

很好！很满意！

评分☆☆☆☆☆

很好！很满意！

评分☆☆☆☆☆

很好！很满意！

评分☆☆☆☆☆

好书，很有意思

评分☆☆☆☆☆

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评分☆☆☆☆☆

喜欢这种有公式的科普风格，那种完全不用公式的科普书有迎合大众之嫌。