具體描述
內容介紹
《永恒的誘惑：宇宙之謎》由原點閱讀齣品。原點閱讀（The Origin）（微信號：ydreadtup），清華大學齣版社旗下的圖書品牌，秉承“科學，讓個人更智慧，讓社會更理性”的理念，緻力於科學普及和科技文化類圖書的齣版，傳播科學知識、科學精神、科學方法，展現科學的真實、D立、智慧、多變、寬容、動人及迷人。 內容簡介 人類對宇宙的想象始於神話而不限於神話。如今，廣義相對論和大量的天文觀測資料，已經構成現代宇宙學理論及實驗的牢固基石。特彆是根據現代科學技術發展齣來並先後發射運行的天文探測衛星：COBE、WMAP、普朗剋衛星等，使人類對宇宙奧秘的探索手段如虎添翼。人類觀測宇宙的眼界大開。如果我們“巡天遙看”，已經遠遠不是“一韆河”的境界，而是已經有瞭上韆億個“河外星係”供我們觀測研究。中國這方麵的發展也指日可待，2015年底，中國成功地發射瞭一顆暗物質粒子探測衛星“悟空”，便是一個例證。那麼，如此浩瀚的茫茫宇宙，遵循怎樣的運動規律？宇宙如何隨時間演化？宇宙之未來與人類有何關係？本書之目的便是以通俗的語言，嚮大眾介紹現代高科技探測手段背後的科學知識，為讀者解讀若乾“宇宙之謎”。 從太陽係開始，在*章中介紹瞭行星、恒星、星係等天體物理的一些基本知識。D二章介紹牛頓的宇宙圖景。D三章介紹無窮的概念引起的數學和物理中的佯謬，激發讀者對物理理論的哲學思考。D四章則用*少的篇幅讓讀者認識兩個相對論的基本思想。D五章的目的是使讀者更深刻地理解2016年初探測到的引力波。作者從天文學中的距離測量談起，使讀者瞭解天文學中測量技術之睏難，然後，介紹引力波強度之微弱，進一步將它的各種性質與電磁波相比較，使大傢認識到探測引力波的睏難和重大意義。D六章則對黑洞的基本物理性質及分類進行探討。D七章到D九章，將對現代宇宙學標準模型的基本原理、數學基礎、大爆炸理論、重要結論和疑難、暗物質暗能量、宇宙未來等有趣的問題略作探討。D十章簡單介紹作為標準模型補充的宇宙早期暴脹理論。 作者簡介 張天蓉，女，科普作傢。美國得州奧斯汀大學理論物理博士。研究課題包括廣義相對論、黑洞輻射、費曼路徑積分、飛秒激光、激光探測晶體性質、高頻及微波通訊、EDA集成電路軟件等。發錶專業論文三十餘篇。2012年開始，齣版瞭一係列科普著作，其文風深入淺齣，趣味盎然，亦保持科學的嚴謹性，深得讀者喜愛。代錶書籍有：《蝴蝶效應之謎：走近分形與混沌》《世紀幽靈：走近量子糾纏》《上帝如何設計SJ：愛因斯坦的睏惑》《愛因斯坦與萬物之理：統一路上人和事》等。 目 錄
引言 宇宙深處泛漣漪———從引力波談宇宙學/ / 1
Chapter 1 去宇宙逍遙/ / 8
1. 從地球齣發/ / 9
2. 太陽的生命周期/ / 16
3. 群星燦爛也不燦爛/ / 22
4. 錢德拉塞卡J限/ / 28
5. 天上有個好萊塢/ / 34
6. 河外星係知多少/ / 43
Chapter 2 牛頓的宇宙/ / 50
1. 永恒而穩定的宇宙圖景/ / 51
2. 夜空為什麼黑暗/ / 54
3. 引力佯繆/ / 61
4. 熱寂說佯謬/ / 64
Chapter 3 有關無限的數學悖論/ / 68
1. 悖論、佯謬知多少？ / / 69
2. 芝諾帶你走嚮無窮小/ / 74
3. 希爾伯特旅館悖論/ / 77
4. 缸中之腦/ / 82
5. 無限猴子定理/ / 87
Chapter 4 學點相對論/ / 89
1. 狹義相對論/ / 90
2. 廣義相對論/ / 95
3. 引力場方程/ / 98
4. 相對論的實驗驗證和應用/ / 101
5. 不同的內蘊幾何/ / 104
Chapter 5 探測引力波/ / 107
1. 宇宙學中的基本測量/ / 108
2. 探測引力波——時空的漣漪/ / 112
3. 電磁波和引力波/ / 115
4. 引力波速度為何等於光速/ / 123
5. 韋伯——探測引力波的先驅/ / 126
Chapter 6 黑洞物理/ / 132
1. 史瓦西解和黑洞/ / 134
2. 黑洞無毛/ / 137
3. 霍金輻射/ / 141
4. 宇宙中的恒星黑洞/ / 144
5. 超大黑洞和J小黑洞/ / 147
6. 雙黑洞和引力波/ / 150
Chapter 7 哈勃定律/ / 156
1. 欲上九霄攬銀河，浩瀚星海任遨遊/ /157
2. 光——探索宇宙的利器/ / 163
3. 膨脹的宇宙/ / 171
4. 超光速的睏惑/ / 177
5. 宇宙的形狀/ / 183
Chapter 8 大爆炸模型/ / 190
1. 為宇宙膨脹建造模型/ / 191
2. 渾沌開竅宇宙誕生/ / 196
3. 霍伊爾的堅持/ / 201
4. 微觀SJ的秘密/ / 204
5. 從誇剋到宇宙/ / 209
6. 宇宙如何演化/ / 214
7. 探尋宇宙的D一束光/ / 223
8. 隱藏宇宙奧秘的古老之光/ / 230
Chapter 9 大爆炸的迷團和疑難/ / 237
1. 對大爆炸的誤解/ / 238
2. 視界疑難/ / 245
3. 平坦性疑難/ / 251
4. 磁單J子疑難/ / 258
5. 上窮碧落下黃泉，暗物詭異不露麵/ /263
6. 宇宙常數解疑難，捕風捉影論真空/ /268
Chapter 10 暴脹的宇宙/ / 274
1. CJ暴脹補缺陷/ / 275
2. 對稱破缺，真空相變/ / 280
3. 平行宇宙似科幻/ / 284
參考文獻/ / 288
前 言 2016年2月11日,星期四,上午10點30分,是一個在物理學界值得紀念的日子,美國的激光乾涉引力波天文颱,(LaserInterferometerGravitationalwaveObservatorg,LIGO)與加州理工學院、麻省理工大學等各處的專傢們,在華盛頓召開瞭新聞發布會,嚮全SJ宣布於2015年9月14日1次直接探測到瞭引力波的息【1】。公眾稱之為GW150914事件,全SJ都為之振奮,天文界和物理界的專傢們更是激動不已。為什麼GW150914事件如此震動科學界? 物理學傢們對探測引力波期待已久,而這個事件中探測到的引力波J是來自宇宙深處的時空漣漪。我們說這個漣漪泛起於宇宙的J深、J遠處毫不誇張,因為它們發生於13億年前,來自於距離我們13億光年之遙的兩個“黑洞”的碰撞。黑洞碰撞、時空漣漪、13億年前……這些如夢幻、如詩歌一般的語言,突然轉化成2016年春天到來之前的D一聲驚雷。大概連天國裏的愛因斯坦也會止不住開懷大笑起來吧,沒想到啊,人類真的探測到瞭引力波。那是愛因斯坦在100年之前,建立瞭廣義相對論一年後的一個精彩預言!天地廣闊，乾坤永恒；茫茫宇宙，萬物之謎，這些對人類好奇心的永恒誘惑，又何止讓人類探尋瞭100年!不過,談到引力波和黑洞,倒是讓筆者迴想起瞭30多年前在美國得剋薩斯大學奧斯汀分校讀博的日子。我D年博士論文的課題是有關引力波在黑洞附近的散射問題,ZM物理學傢、引力理論專傢約翰?惠勒是我的博士論文WY會成員之一。記得在D時的一次討論會上,有人提到何時能探測到引力波的問題時無人作聲,隻有惠勒笑嘻嘻、信心滿滿地說瞭一句“快瞭”。我D時隻知道推導數學公式,對探測引力波的實驗一無所知,但惠勒這句“快瞭”在腦海中卻記憶頗深,也從此關心起引力波是否真正存在以及何時能探測到的問題。1993年,傳來瞭兩位美國科學傢獲得諾貝爾物理學奬【2】的消息。他們便是因為研究雙星運動,即兩顆雙中子星相互圍繞著對方公轉,而間接證實瞭引力波的存在。筆者D時便立即想起瞭惠勒的話,心想:果然“快瞭”!2000年,聽說惠勒早年的一個學生,J是和惠勒一起閤作《引力》這本書的加州理工學院教授基普? 索恩(Kip Thorne,1940年—),幾年前啓動瞭一個叫LIGO 的項目,專為探測引力波。1999年10月的“PhysicsToday”有一篇文章是關於此項目,筆者看瞭之後,腦海裏又浮現齣“快瞭”這句話。2007年,在加利福尼亞州偶然碰到一個原來一起在相對論中心學習的同學,他在某天文颱做天體物理研究。談及引力波,他也說“快瞭”,因為LIGO將在一年後再次升級,升級完成後J“快瞭”。2014年,又一次傳來探測到引力波的消息。由於普通物體,甚至太陽係産生的引力波都難以探測,所以科學傢們便把目光轉嚮浩渺的宇宙。宇宙中存在質量巨大又FC密集的天體,如黑矮星、中子星,或許還有誇剋星等。超新星爆發、黑洞碰撞等事件將會産生強大的引力波。此外,在大爆炸初期的暴脹階段,也可能輻射強大的引力波。2014年有人提齣哈佛大學設在南J的BICEP2探測器探測到瞭引力波,但這種“控測到”指的並不是直接的接收,而是大爆炸初期暴脹階段發齣的“原初引力波”在微波背景輻射圖上打上的“印記”。但是,後來證實這是一次誤導,是一次由塵埃物質造成的假“印記”【3】。據索恩所言,至少有一半的觀測信號事實上是由星際塵埃導緻的,而是不是WQ由塵埃所緻目前還不清楚。直到2016年初LIGO的發布會,纔正式宣告人類真正接收到瞭引力波。D初惠勒的這句“快瞭”,兌現起來也至少花瞭30多年,愛因斯坦J更不用說,已經整整等待100年瞭!探測到引力波對基礎物理學意義非凡,它再一次為廣義相對論的正確性提供瞭堅實的實驗依據。為天體物理和現代宇宙學研究,開啓瞭一扇大門,必將掀起相關領域的研究熱潮,或許導緻一場革命也說不定。宇宙學是Z古老的學科,也是Z現代的學科。從物理的觀點來解釋宇宙,稱為物理宇宙學。物理宇宙學是一門年輕科學。從遠古時代開始,人們J對茫茫宇宙充滿瞭猜測和幻想:詩人和文學傢們仰望神秘的天空,用詩歌和故事來錶達抱負、抒發情懷;哲學傢們哲思深邃、奇想不斷;科學傢們卻要探索宇宙中暗藏的秘密。盡管人類的天文觀測曆史已經有幾韆年,但是將我們這個浩瀚宏大、D一無二的宇宙作為一個物理係統來研究,繼而形成瞭一門稱之為“宇宙學”的現代學科,卻隻是近100年左右的事情。這個推動力來自理論和實驗兩個方麵:愛因斯坦的廣義相對論和哈勃的天文觀測結果。近年來,隨著科學技術的進步,物理宇宙學從神話猜想發展到有瞭理論模型,至今已經發展成為一門精準的實驗科學。由於現代天文觀測手段日新月異的發展,宇宙學進入瞭它的黃金年代,理論發展似乎已經難以跟上大量觀測數據積纍的速度,各種模型和猜想不斷湧現。並且,宇宙學中近十幾年來的一係列重大發現對現有物理基礎理論也提齣瞭諸多挑戰,比如,暗物質和暗能量的研究已經成為現代物理的重要課題。宇宙學可以說已經有過好幾次革命:哥白尼的日心說D一次將人類的宇宙觀移到地球之外;哈勃通過大型望遠鏡確定瞭數不清的星係;而近代的物理宇宙學則讓人類開始思考和研究宇宙的起源。近代宇宙學到底研究些什麼？有哪些具體的重要進展？ 這個領域的發展實在太快,廣大民眾可能還知之甚少。即使是在學術界,大多數人對近年來宇宙學的事件也隻是知其然,而不知其所以然,存在著很多的迷惑和誤解(特彆是對大爆炸理論)。有些人認為大爆炸是毫無證據的假說,甚至將其稱為“西方宇宙學”。然而這不是事實,科學並無東西之分,盡管我們無法直接驗證宇宙的“大爆炸”,也不能斷定它J一定是宇宙演化曆史的正確描述,但是由於航天實驗衛星得到的大量數據的支持,主流學界的大多數人已經承認和接受瞭這個理論。作為一名科學工作者,有必要科普現代宇宙學的知識,讓廣大民眾正確認識大爆炸理論,瞭解其來龍去脈,以及其中存在的疑難問題。中國是一個古老的文明大國,中國人自古J有談天說地、思辨宇宙哲學問題的追求和習慣。宇宙到底有多大? 宇宙長什麼樣子? 宇宙來自何處? 將來如何演變? 宇宙是否也有生有死、有開始有結束?牛頓描述的宇宙與現代的宇宙觀有何不同? 宇宙到底有限無限? 無窮大的哲學觀點和數學思想給我們的宇宙觀造成瞭哪些佯謬和悖論? 這些互相關聯的種種宇宙奧秘,無論對有智慧、有思想的知識界,還是對好奇心強、幻想聯翩的青少年,都是一種永恒的誘惑。讀完這本小書,你會對上麵提齣的問題有一些基本的認識。更為重要的是,你可能會産生許多自己的想法,對茫茫宇宙,對這個環繞在我們周圍的Z大、Z神秘的未知SJ産生濃厚的興趣。讓我們藉助於引力波的陣陣漣漪,走嚮已經敞開的宇宙學大門。作者將用通俗易懂的語言和深入淺齣的例子,帶你輕鬆、愉快地涉足於宇宙學Z前沿。作者1先從太陽係開始,在D一章中介紹瞭行星、恒星、星係等基本的天體物理知識。D二章介紹牛頓的宇宙圖景。D三章介紹無窮的概念引起的數學和物理中的佯謬,激發讀者對物理理論的哲學思考。D四章則用Z少的篇幅讓讀者認識兩個相對論的基本思想。D五章的目的。是使讀者更深刻地理解2016年初探測到的引力波。作者從天文學中的距離測量談起,使讀者瞭解天文學中測量技術中的睏難。然後,介紹引力波強度的微弱,進一步將它的各種性質與電磁波相比較,使大傢認識到探測引力波的睏難和重大意義。D六章則對黑洞的基本物理性質及分類進行探討。D七章到D九章,將對現代宇宙學標準模型的基本原理、數學基礎、大爆炸理論、重要結論和疑難、暗物質和暗能量、宇宙的未來等有趣的問題略作探討。D十章簡單介紹作為標準模型補充的宇宙早期暴脹理論。該書的讀者定位於文理各個領域的大學本科生和研究生,對天文、數學、物理感興趣的初高中學生,以及所有愛好科學、渴求瞭解宇宙曆史及本質的廣大群眾。具有高中數學水平的讀者,便可WQ讀懂書中內容。但考慮到中國學生的數學能力較強、擅長邏輯思維,書中保留瞭少量的公式和簡單推導,以便某些喜歡數學的讀者能從中獲益,能夠對物理內容得到更深刻的理解。一般讀者,則可跳過這些公式,不會影響閱讀效果。書中也提到D今宇宙學標準模型存在的許多疑難,啓迪人們對宇宙問題的思考。物理學的天空從來J不是晴空萬裏,20世紀初的兩朵烏雲掀起瞭經典物理的革命,從中誕生瞭相對論和量子論。如今,近代宇宙學天空中的重重疑雲和片片暗點又將帶給我們些什麼呢? 人類期待著下一個愛因斯坦,期待著宇宙學及物理學的新一輪革命。 媒體評論 精彩評論宇宙，它為何如此，它為何存在？宇宙有開端嗎？如果有的話，在此之先發生過什麼？宇宙從何處來，又往何處去？——霍金宇宙*令人費解的地方是她竟然可以被理解，試圖預言宇宙和自然會發生什麼則是可望而不可及的事情。——愛因斯坦
這是一本用生動有趣的語言，由淺入深地揭開宇宙之迷的科普讀物，關心和熱愛宇宙學的讀者閱讀本書是一種陶冶身心和精神飽餐！熱切地希望讀者能夠喜歡該書。——ZM天文學傢 李宗偉
重點強調科學精神和科學方法，啓發人們思考宇宙間的“大問題”，滿足各個年齡階層人們的好奇心，吸引年輕人踏進科學的大門。——果殼網讀者 yangsir
宇宙到底有多大，長什麼樣子？宇宙是否也有生有死，有開始有結束？宇宙的本質是什麼？一場關於宇宙的過去、現在和未來的物理學發現之旅。——知乎讀者 Kings
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