引力波 2017诺贝尔物理学奖得主LIGO团队的故事 LIGO、李淼、张双南、曹军威推荐 epub pdf mobi txt 电子书下载 2024

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[美] 珍娜·莱文著，胡小锐，万慧译

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发表于2024-11-10

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商品介绍

店铺：中信出版社官方旗舰店

出版社：中信出版集团

ISBN：9787508676999

商品编码：13978056374

品牌：中信出版（Citic Press）

包装：精装

外文名称：Black Hole Blues

开本：16开

出版时间：2017-07-01

用纸：胶版纸

页数：312

正文语种：中文

引力波 2017诺贝尔物理学奖得主LIGO团队的故事 LIGO、李淼、张双南、曹军威推荐 epub pdf mobi txt 电子书下载 2024

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书籍描述

　　迄今为止，权wei、一手、深受LIGO项目官方认可的引力波读物
　　李淼、张双南、基普·索恩、曹军威国内外zui华丽的物理学与天文学大咖阵容联袂力荐。
　　“能够穿越星际的，唯有引力波和爱” ，《引力波》是一部关于引力波的编年史和科普大片，也是一个有情节、有声音、有温度的“巨”故事和一部划时代的使命宣言。
　　引力波的发现，补全了爱因斯坦广义相对论缺失的“zui后一块拼图”，是过去100年zui重要的宇宙学发现。

　　十几亿年前，在浩瀚宇宙的某个时空，两个黑洞发生了碰撞。其中一个黑洞的质量是太阳的29倍，另一个是太阳的36倍，它们碰撞后合并成一个大黑洞，质量达到太阳的60倍。黑洞碰撞是宇宙起源以来威力zui大的天文事件之一，释放出的能量超过1021个太阳。黑洞合并时，无数能量以引力波的形式，不停地向外传播，在时空中荡起层层涟漪。
　　1916年，阿尔伯特·爱因斯坦在一篇关于广义相对论的论文中预言了引力波的存在。2015年9月，引力波经过长达14亿光年的星际旅行来到了地球。
　　从伽利略用一架简陋的望远镜观察太阳开始，人类利用400多年来所拍摄的一系列静止的太空照片，汇编成一部讲述宇宙历史的无声电影。然而，所有望远镜都无法记录黑洞碰撞的过程，人类能够捕捉到的唯线索可能就是时空振荡发出的声音。
　　半个世纪之前，一股记录宇宙声音的热潮悄然掀起。为了“在相当于地球周长1000亿倍的距离上测量出比人的头发丝直径还要小的长度变化”，为了给宇宙历史这部无声电影配上一张原声大碟，许多科研人员全身心地投入到引力波探测实验当中。
　　2015年9月和2016年2月，激光干涉引力波天文台（LIGO）两次成功探测到引力波，证实了100年前爱因斯坦的预言。
　　在《引力波》一书中，作者珍娜·莱文再现了50多年来，LIGO科学合作组织的科研人员在此过程中面临的困难、经受的考验和付出的艰辛。引力波探测本来只是一个有意思的思想实验，但引起了雷纳·韦斯、基普·索恩和罗纳德·德雷弗的注意。为了把梦想变成现实，他们组建了一支规模达数百人的国际性研究团队，建造了两台灵敏度非常高的巨型探测器。他们一直在跟时间赛跑，希望在爱因斯坦提出引力波概念100周年纪念日到来之前，能聆听到来自遥远太空的“引力波蓝调”。
　　珍娜·莱文在《引力波》一书中将这个精彩程度不亚于《星际穿越》的故事娓娓道来，以引人入胜的笔触为我们描述了其间的惊奇、失望、成就、风险和人性。
　　《引力波》是一部关于引力波的编年史，有情节，有声音，更有温度。

推荐序
第1章黑洞碰撞    6
第2章宇宙的声音    9
第3章广义相对论    23
第4章引力波探测先驱    36
第5章错误的宣言    47
第6章 “40米”实验室    56
第7章蓝皮书与三巨头    64
第8章发现脉冲星    74
第9章实验室里的开拓者    82
第10章汉福德天文台    90
第11章臭鼬工厂    101
第12章霍金的赌局    114
第13章罗生门事件    122
第14章利文斯顿天文台    131
第15章一群探索宇宙奥秘的人    143
第16章与时间赛跑

　　[美国）珍娜·莱文（Janna Levin），美国哥伦比亚大学巴纳德学院的物理学和天文学教授，布鲁克林艺术与科学中心“先锋工厂”（Pioneer Works）的科学总监。
　　她一直致力于黑洞、宇宙的额外维度、时空与引力波的研究，出版过《宇宙溯源》（How the Universe Got Its Spots）、《图灵机狂人梦》（A Madman Dreams of Turing Machines）等著作。
　　2011年3月，她发表了TED演讲《宇宙的声音》（The sound the universe makes）。2012年，她获得古根海姆奖。

　　珍娜·莱文在深入了解引力波项目的基础上，用细腻的笔触描写了项目背后的人文故事，介绍了一群满怀希望、坚毅执着的科研人员。多年来，他们一直奋战在科技前沿，不断改进机器的灵敏度，努力探测阿尔伯特·爱因斯坦于1916年预言的引力波。终于，在爱因斯坦提出引力波概念100周年纪念日到来之前，项目组探测到了引力波。作为一名专业的天体物理学者和黑洞专家，她的写作深入浅出，生动易读。
　　——雷纳·韦斯，麻省理工学院物理学荣休教授
　　这部文笔优美的著作引领读者透过“引力波的窗口”了解宇宙探索的奥秘，认知黑洞碰撞与时空弯曲引发的天文现象。作为引力波探索活动的参与者，我发现珍娜·莱文把我们的愿景、奋斗过程，以及在成功道路上克服一切艰难险阻的精神都表现得淋漓尽致。我认为这是一部非常棒的作品。
　　——基普·索恩，著名理论物理学家、《星际穿越》作者
　　如果亨特·汤普森（“刚左”之父）挤出时间攻读了物理学博士学位，并且对引力波产生了浓厚兴趣，他就有可能写出这样一本书。当然，这只是假设。珍娜·莱文的这部著作睿智、新颖，道出了引力波科研人员的心声。
　　——艾伦·莱特曼，麻省理工学院物理学教授、《偶然的宇宙》作者
　　这部精彩的作品是科学与纪实电影的结合体。珍娜·莱文把我们带进了一个令人陶醉的世界：科研人员绞尽脑汁，试图探测宇宙的声音——引力波。故事的主线是监测……是有史以来zui灵敏、zui坚决、zui执着的监测。作者的观察深入敏锐，文笔热情奔放，对科学探索的描写具有很强的故事性和感染力。
　　——史蒂夫·斯托加茨，康奈尔大学数学教授、《x的奇幻之旅》作者
　　引力波探测器LIGO的成就不亚于伽利略四百年前望远镜取得的开创性成就，背后的历程和故事只有一些具备特权的人才能得知，而作者正是这样的一位天文学家，更加难得的是，作者还是一位善于讲故事的人。
　　——李淼，中山大学教授
　　直接探测到引力波被我称为2016年zui美的科学事件，不出意外今年将获得诺贝尔物理学奖。我也曾经“嘲笑”他们这么多年来能够“自娱自乐”地坚持下来。这本书讲的正是这些传奇故事！
　　——张双南中国科学院高能物理研究所天文学家
　　第yi章黑洞碰撞
　　在宇宙的某个地方，两个黑洞发生了碰撞。这两个黑洞与恒星的质量差不多，体积却只有一般城市那么大，是真正意义上的黑洞（里面空荡荡的，没有一丝光）。在碰撞发生前的zui后几秒钟里，它们在引力作用下一起绕着zui终接触点完成了数千次的旋转，使时空发生了剧烈振荡。碰撞之后，这两个黑洞合并到一起，形成了一个更大的黑洞。黑洞碰撞是宇宙诞生之后威力zui大的一个现象，释放出的能量超过1021个太阳。碰撞发生时一片黑暗，爆炸产生的所有能量都不会以光的形式逸出，所以用任何望远镜都无法观察到。黑洞合并时，无数能量以纯引力，也就是引力波的形式，不停地向四周传播，时空受到扰动而泛起涟漪。但是，即使有宇航员正好在附近，他也不会看见任何异常现象。不过，他所在的空间会发生铃振现象，对他挤压、拉伸，使他的身形发生变化。如果靠得足够近，他的听觉器官会随之振动，也就是说，他可以“听见”引力波。在空无一物的黑暗中，他可以听见时空发出的声音（如果黑洞没有夺走他的生命）。引力波就像不需要物质媒介的声音，在黑洞相互碰撞时，就会发出这样的声音。
　　没有人听过引力波的声音，也没有任何仪器留下清楚无误的记录。虽然引力波以光速传播，但是从碰撞点传播到地球可能需要10亿年的时间。在到达地球之前，黑洞碰撞发出的声音已经非常微弱了，以至于用语言根本无法形容，如此微弱的声音我们肯定难以察觉。在引力波抵达地球时，空间的鸣响会引起距离的相对变化，在相当于三个地球并排的跨度上位移一个原子核的宽度。半个世纪之前，一股记录天空中各种声音的潮流悄然兴起。LIGO（激光干涉引力波天文台）是美国国家科学基金会（NSF，为基础性科学研究提供支持的美国联邦政府独立机构）迄今为止投入zui多的项目，包括两台探测器，分别位于华盛顿州汉福德和路易斯安那州利文斯顿，各占地4平方公里。LIGO的综合成本超过10亿美元，参与合作的全球科学家和工程师有数百人之多，是所在专业领域几十年来科技创新工作的一个标志性成果。在过去几年里，为了提升探测能力，这两台机器都处于脱机状态。一名实验人员告诉我，机器的所有部件都被更换了，除了那个空空如也的管道（真空管）。与此同时，世界各地的科研团队都在进行紧张的计算，希望可以预测宇宙zui喧闹的状态何时到来。
　　理论学家则利用这段时间设计数据算法，建立数据库，并想尽办法充分利用这些工具。为了“在相当于地球周长1 000 亿倍的距离范围内测量出比人的头发的直径还要小的变化”，许多科研人员全身心地投入其中。
　　如果探测到引力波，人们有望在随后几年里取得丰硕的成果，因此位于地球上的天文台渴望记录天文巨变从不同方向、不同距离传到地球上的声音。死星发生碰撞，古老的恒星发生爆炸，还有曾经发生的宇宙大爆炸，所有这些高冲击强度的混乱状况都有可能引起时空振荡。从伽利略用一架简陋的望远镜观察太阳开始，人类把400年来拍摄的一系列静止的天空照片，汇编成一部讲述宇宙历史的无声电影。在这些天文台投入使用期间，科学家们将为这部电影配上一首不是很悦耳却非常热闹的主题曲。
　　在这个尝试测量时空形态微弱变化的具有里程碑意义的实验中，我身兼数职：首先是作为一名科研人员，希望为一个庞大的科学领域做出自己的贡献；其次是作为一名初学者，希望深入了解干涉仪；zui后是作为一名作者，用手中的笔记录人类在黑洞研究活动中取得的重大进展。随着全球范围内争相建造引力波天文台的热度逐渐消减，这个领域即将有重大发现的前景牢牢地吸引了人们的注意力。不过，仍然有人强烈怀疑它zui终能否取得成功。尽管在开始的时候，LIGO项目面临诸多困难：争议不断，权科学家表示反对，团队内部斗争十分激烈，技术上也一筹莫展。但是，LIGO项目没有被击垮，而是摆脱了阴影，不断变强，走上了发展的道路。50年前，使用一个无比庞大的机器去捕捉极其微弱的声音，还仅仅是人们的一个遥远的梦想，而现在已经万事俱备，只欠东风了。在20 世纪60年代，这个灵光乍现而来的思想实验仿佛一首令人莞尔的俳句诗，而现在它已经变成由金属和玻璃制成的实物。2015年秋，在爱因斯坦提出引力波预言的100周年之际，改进后的LIGO探测器开始记录太空传来的声音。在一两年（也有可能是三年）之内，这些机器就会达到zui灵敏的状态。
　　上一代的机器证明这个概念是可行的，但成功却不是唾手可得的，因为大自然并不总是按人类的意愿行事。这些高精尖的机器可以自动锁定目标，也可以由人来完成调整、修正、校准等操作。如今，这些机器静静地等待着捕捉某个非同寻常的信号，科学家们也摒除疑念，坚持完成zui后的工作。
　　本书既是一部引力波编年史（是宇宙历史的有声记录，也是为那部无声电影谱写的主题曲），又是献给那些矢志不渝、坚持不懈的实验人员，以及愚公移山式科学精神的一首赞歌。
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