正版新書--圖解宇宙與量子理論 [日]竹內薰 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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[日] 竹內薰 著

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齣版社： 人民郵電齣版社

ISBN：9787115462107

商品編碼：29341571242

包裝：平裝-膠訂

齣版時間：2017-11-01

基本信息

書名：圖解宇宙與量子理論

定價：39.80元

作者：竹內薰

齣版社：人民郵電齣版社

齣版日期：2017-11-01

ISBN：9787115462107

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝-膠訂

開本：大32開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

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地心說、日心說、奇點、相對論、物質波、薛定諤方程……這些晦澀難懂的理論在講什麼？主序星、紅、白矮星、超新星、中子星、星際氣體……這些星體有什麼區彆？強子、粒子、反粒子、超子、誇剋、原子……這些基本粒子與宇宙有什麼關係？伽馬射綫、黑洞、暗物質……這些星際物質暗示瞭什麼？這本書用圖錶和漫畫的形式一一為我們解答以上問題。從粒子到星係，本書生動直觀地講解瞭深奧的宇宙學知識；從微觀到宏觀，本書形象有趣地闡述瞭晦澀的量子理論。丹麥哥本哈根大學玻爾研究所粒子宇宙學博士後研究員蔣S為本書進行專業審校。

內容提要

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本書是一本宇宙學科普讀物，從原子等微觀粒子，到主序星、紅、白矮星等恒星，以及宇宙中的暗物質，作者一一進行瞭詳盡地解讀。本書將宏觀的宇宙與微觀的粒子相結閤，用數學工具和想象力為讀者描繪齣嬰兒宇宙、平行宇宙、創造粒子的“超弦”等奇異的概念。

目錄

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前言 / 3

本書概要 / 8



章 探索宇宙

天文學與量子理論的結閤 從微觀看宏觀 / 10

宇宙的規模 從宇宙到量子 / 12

古代的宇宙觀 人類對宇宙的探知從未間斷 / 14

地心說 到中世紀為止的宇宙觀 / 16

日心說1 提齣日心說的哥白尼 / 18

日心說2 打破宗教特權 / 20

宇宙的膨脹 宇宙在不斷膨脹中 / 22

熾熱的奇點 宇宙是從一個火球開始的 / 24

光的速度 宇宙為什麼如此浩瀚 / 26

相對論 描述時空的相對論 / 28

愛因斯坦場方程式 愛因斯坦的宇宙論 / 30

專欄1 為什麼夜晚是黑暗的 / 32



第2章 量子理論

原子論 人類想要瞭解萬物的根源 / 34

量子理論的開端 發現非連續性現象 / 36

普朗剋尺度 以普朗剋的名字命名的基本單位 / 38

原子模型1 原子是西瓜還是土星 / 40

原子模型2 電子分散在軌道上 / 42

物質波 所有的物質都具有波動性 / 44

薛定諤方程式 用概率描述世界 / 46

不確定性原理 無法同時確定的位置與速度 / 48

量子理論的解釋1 是神在擲骰子嗎 / 50

光電效應 愛因斯坦所描述的光的粒子性 / 52

波動性與粒子性 展示電子波動性的實驗 / 54

量子理論的解釋2 玻姆的量子勢能 / 56

隧穿效應 量子有概率可以穿過勢壘 / 58

量子理論的解釋3 玻姆對於隧穿效應的解釋 / 60

自鏇1 電子的自鏇不是鏇轉的 / 62

自鏇2 量子世界中的奇妙性質 / 64

泡利不相容原理 玻色子與費米子 / 66

超流體與超導體 奇妙的“超”現象 / 68

量子波動 能量可以在真空中波動 / 70

專欄2 身邊的量子力學 / 72



第3章 恒星的進化

元素的起源 我們都是恒星的一部分 / 74

元素分析 瞭解構成恒星的元素 / 76

恒星的一生 質量決定瞭恒星生命的長短 / 78

主序星的核聚變反應 太陽內部産生的核聚變 / 80

紅的核聚變反應 紅是製造元素的工廠 / 82

白矮星 簡並壓支撐著的白矮星 / 84

超新星爆炸1 連接新一代的大爆炸 / 86

超新星爆炸2 通過超新星爆炸測量距離 / 88

中子星1 中子星是巨大的原子核 / 90

中子星2 構成中子星的奇妙粒子 / 92

黑洞1 連光綫都能吸進去的時空鏇渦 / 94

黑洞2 黑洞也會消失 / 96

星際氣體 恒星的終結是新恒星的誕生 / 98

專欄3 誇剋星的可能性 / 100



第4章 觀測到的新的宇宙狀態

電磁波 在宇宙中旅行的電磁波 / 102

發現黑洞 找到看不見的黑洞 / 104

銀河係的構造 恒星匯集而成的銀河係 / 106

宇宙射綫的起源 超高能量宇宙射綫之謎 / 108

伽馬射綫暴 來自銀河係外的神秘射綫 / 110

紅移 通過光譜瞭解膨脹速度 / 112

宇宙背景輻射 證明宇宙大爆炸理論的噪音 / 114

WMAP 空間探測器發現的波動 / 116

暗物質1 銀河鏇轉之謎 / 118

暗物質2 已判明的暗物質分布 / 120

暗能量 加快宇宙膨脹速度的神秘能量 / 122

宇宙的構成要素 宇宙的96%還不為人所知 / 124

宇宙大尺度結構 微觀的波動形成宏觀的構造 / 126

大型對撞機 重現早期宇宙的實驗 / 128

專欄4 對撞機能製造齣黑洞嗎？ / 130



第5章 粒子標準模型

粒子標準模型 粒子的基礎概念 / 132

強子 誇剋構成的強子 / 134

相互作用力 宇宙中的4種相互作用力 / 136

反粒子 量子理論與相對論結閤後的推論 / 138

強相互作用力 強相互作用力讓太陽發光 / 140

超子 奇異的原子核 / 142

弱相互作用力 打破能量守恒定律？ / 144

未發現的粒子1 傳遞引力的引力子 / 146

未發現的粒子2 産生質量的希格斯粒子 / 148

CPT對稱性 物理定律所帶有的對稱性 / 150

對稱性破缺 對稱性破缺會在宇宙中留下物質 / 152

專欄5 粒子探究之旅 / 154



第6章 宇宙的曆史

宇宙的進化 從“無”開始的137億年的宇宙史 / 156

宇宙圖 根據宇宙史繪製的宇宙圖 / 158

宇宙的加速膨脹 宇宙的膨脹正在加速 / 160

星係的布局 宇宙大尺度結構 / 162

星係的形成 星係是宇宙的基礎單位 / 164

恒星的形成 宇宙中個點亮的恒星 / 166

宇宙放晴 38萬年後，視綫開朗的宇宙 / 168

元素的産生 存在於早期宇宙的氫和氦 / 170

強子的産生 用強大的力量將誇剋封閉起來 / 172

反物質之謎 為什麼隻有物質被留瞭下來 / 174

宇宙大爆炸 高溫、高密度的火球宇宙 / 176

專欄6 宇宙背景輻射的發現之路 / 178



第7章 量子宇宙學

奇點理論 時光倒流的話，宇宙會變成一個點嗎 / 180

暴脹 真空能量引起的擴大 / 182

時間的概念 時間的概念隨理論一同變化 / 184

霍金的宇宙論 從無邊界開始 / 186

宇宙誕生以前 宇宙誕生前是什麼樣的 / 188

專欄7 薛定諤的貓 / 190



第8章 統一場論

理論物理與宇宙觀測 發展理論物理的關鍵在於對宇宙的觀測 / 192

標準模型的局限 中微子振蕩動搖瞭標準模型 / 194

相互作用力的統一 物理學傢們的夢想是相互作用力的統一 / 196

暗物質 暗物質是新粒子的備選嗎 / 198

圈量子引力理論1 將相對論量子化的圈量子引力理論 / 200

圈量子引力理論2 圈量子引力理論與宇宙學 / 202

超弦理論1 超弦理論的成因 / 204

超弦理論2 弦能解釋世上的一切 / 206

M理論 從超弦理論到M理論 / 208

五維時空 宇宙不是四維的嗎 / 210

專欄8 諾貝爾物理學獲奬者與量子理論 / 212



第9章 宇宙的今後

多重宇宙 宇宙隻有一個嗎 / 214

宇宙的未來1 宇宙在膨脹還是在收縮呢 / 216

宇宙的未來2 膨脹中的宇宙的未來 / 218



索引 / 220

作者介紹

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【日】竹內薰 主編 1960年生於東京。愛貓科學作傢。在東京大學理學係畢業後，又拿到瞭麥吉爾大學（加拿大）的理科博士學位。除瞭撰寫一些科技類圖書，還擔任電視颱的評論員、廣播電颱的主持人，解說數學類節目，並為報刊雜誌撰寫小專欄，參加各種各樣的科普活動。 他的著作有《貓耳少女的量子理論》、《主見過強的人和沒有主見的人》、《成就卓著的科學傢們》（以上為PHP研究所版權所有）、《駒大數學特彆集中講座》（與他人共同編著，扶桑社版權所有）、《狄奧尼修之耳》（德間文庫版權所有）等。蔣S 專業審校 現為丹麥哥本哈根大學玻爾研究所博士後研究員。2015年獲得美國加州大學戴維斯分校博士學位，曾獲2013年全美 LHC-TI項目榮譽研究生奬學金，2014年度國傢自費留學生奬學金以及加州大學畢業生傑齣學術成就奬等多項大奬和榮譽 。研究領域為超標準模型的粒子物理以及粒子宇宙學，已在希格斯物理、超對稱物理、暗物質、額外維時空以及有效場理論等方嚮開展研究。目前主要緻力於研究與早期宇宙相關聯的粒子宇宙學問題。至今在國際一級學術刊物上發錶論文二十餘篇（包括高影響因子的物理評論快報兩篇），論文總引用數近韆次，同時擔任JHEP, Phys. Rev. D, Nucl. Phys. B, Mod. Phys. Lett. A等國際一級期刊論文審稿人。

文摘

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序言

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《黑洞的低語：探尋宇宙深處的奧秘》 一部關於宇宙終極謎題的震撼探索 人類對宇宙的好奇，如同仰望星空的那一刻，便已注定。從古老的星圖繪製到現代的空間望遠鏡，我們從未停止過對頭頂這片浩瀚星海的求索。然而，隨著認知的深入，宇宙展現齣的並非是機械運轉的秩序，而是充滿瞭令人敬畏的奇觀與難以捉摸的謎團。黑洞，作為宇宙中最極端、最神秘的存在，正是這一切謎團的核心。 《黑洞的低語》並非一本枯燥的科普讀物，而是一場引人入勝的智識探險，一次深入宇宙腹地的心靈之旅。本書將帶領讀者穿越時空的界限，潛入那些連光綫都無法逃脫的引力深淵，去聆聽黑洞在寂靜宇宙中發齣的低語，解讀它所蘊含的關於宇宙起源、演化乃至終極命運的驚人真相。 從經典到前沿：黑洞的演進史 本書的開篇，我們將追溯黑洞概念的起源。從牛頓的萬有引力定律，到愛因斯坦革命性的廣義相對論，物理學傢們是如何一步步推演齣這些“不可見”天體的存在的？我們將詳細闡述愛因斯坦場方程的精妙之處，以及史瓦西解如何首次精確描繪瞭一個球對稱黑洞的輪廓。瞭解這些理論基石，將幫助我們理解黑洞並非空中樓閣，而是嚴謹物理學邏輯推導齣的必然結果。 接著，我們將目光轉嚮觀測證據的積纍。從第一例被推測存在的黑洞——天鵝座X-1，到如今射電望遠鏡陣列拍攝到的“事件視界望遠鏡”照片，黑洞的存在是如何從理論猜想到無可辯駁的現實？我們將深入探討各種探測黑洞的方法：X射綫雙星、引力波探測器以及通過黑洞對周圍物質和光綫的影響來推斷其存在。這些真實的觀測數據，將讓抽象的理論變得鮮活起來，也讓我們對人類科學探索的能力感到由衷的贊嘆。 黑洞的多重麵貌：不止是“吞噬者” 在許多人的印象中，黑洞是宇宙中純粹的“吞噬者”，所到之處皆為虛無。然而，《黑洞的低語》將打破這一刻闆印象，揭示黑洞遠比我們想象的更加復雜和活躍。 我們將深入剖析不同種類的黑洞： 恒星級黑洞： 質量是太陽數倍到數十倍，是大質量恒星在生命終點坍縮形成的。它們如同宇宙中的“捕食者”，吞噬著周圍的氣體和塵埃，並可能引發壯觀的伽馬射綫暴，是宇宙中最劇烈的能量爆發之一。 超大質量黑洞： 質量是太陽數百萬到數十億倍，潛伏在幾乎所有星係的中心，包括我們自己的銀河係。它們如同星係的“心髒”，其強大的引力塑造著星係的形成和演化，並驅動著能量巨大的活動星係核和類星體。我們將探討這些巨獸是如何形成的，以及它們與宿主星係之間神秘的共生關係。 中等質量黑洞： 它們是介於恒星級和超大質量黑洞之間的“失落的一環”，其存在一直是天體物理學界的研究熱點。本書將梳理目前關於中等質量黑洞的觀測綫索，以及它們可能存在的形成機製，這有望填補我們對黑洞傢族認知的空白。 原初黑洞（理論推測）： 甚至可能存在於宇宙大爆炸初期形成的、質量範圍極廣的“原初黑洞”。它們若是真的存在，將對暗物質的本質、宇宙的早期演化産生深遠影響。 本書將不止步於描述這些黑洞的“身份”，更將深入探討它們的“行為”。我們將瞭解黑洞的吸積盤是如何將物質加熱到極高溫度，發齣耀眼輻射；黑洞的噴流是如何以接近光速的速度噴射粒子，影響星係際介質。這些活躍的黑洞，並非隻是宇宙中的“死寂之地”，而是宇宙能量和物質循環的關鍵節點。 超越經典：量子世界與黑洞的碰撞 當宇宙中最宏大的引力現象遭遇微觀世界中最奇異的量子理論，一場顛覆我們認知的“科學革命”便悄然發生。本書將特彆關注黑洞與量子力學之間的深刻聯係，這是現代物理學最具挑戰性也最令人興奮的研究領域之一。 我們將詳細介紹“霍金輻射”的概念。史蒂芬·霍金通過將量子場論應用於黑洞視界附近，發現黑洞並非絕對“不毛之地”，而是會緩慢地嚮外輻射粒子，並因此損失質量，最終“蒸發”。這一革命性的發現，不僅顛覆瞭傳統黑洞觀，更將引力與量子力學兩大物理學支柱聯係起來，為“萬有理論”的研究提供瞭重要綫索。 本書還將探討“信息悖論”。如果黑洞會蒸發，那麼落入黑洞的物質信息最終去瞭哪裏？這是否違反瞭量子力學的基本原理？我們將深入淺齣地講解這場曠日持久的科學爭論，以及最新的研究進展，例如“全息原理”等前沿理論，試圖解釋信息如何在黑洞蒸發過程中得以保存，或者以何種形式“逃逸”。 黑洞的未來：宇宙的終結與新生的黎明？ 宇宙的未來，與黑洞的命運息息相關。隨著時間的推移，宇宙中的黑洞將如何演變？它們是最終吞噬一切，還是會隨著宇宙的膨脹而逐漸稀疏？ 本書將帶領讀者思考黑洞的“長遠未來”。在漫長到難以想象的時間尺度上，宇宙中的普通恒星將熄滅，星係將解體，超大質量黑洞將成為宇宙中少數仍然活躍的天體。最終，即使是黑洞本身，也將通過霍金輻射緩慢蒸發殆盡。宇宙將走嚮一個極度寒冷、黑暗、稀疏的“熱寂”狀態，還是存在其他更齣人意料的結局？ 同時，本書也將從更廣闊的視角審視黑洞在宇宙演化中的作用。黑洞可能不僅僅是宇宙的“終點”，也可能是“起點”。例如，某些理論認為，超大質量黑洞的形成可能與早期宇宙的結構形成有關，甚至可能影響瞭宇宙的膨脹速率。 結語：一場永無止境的探索 《黑洞的低語》並非為讀者提供所有答案，而是激發更多的問題。它將引導讀者認識到，我們對宇宙的認知，如同浩瀚海洋中的一葉扁舟，前方永遠有更廣闊的未知等待我們去探索。黑洞，作為宇宙中最極端、最神秘的存在，是通往理解宇宙本質的一把關鍵鑰匙。 本書旨在以一種生動、引人入勝的方式，普及黑洞相關的科學知識，激發公眾對宇宙學的興趣，並展現人類科學探索的精神。無論您是物理學愛好者，還是對宇宙充滿好奇的普通讀者，《黑洞的低語》都將為您打開一扇通往宇宙深處的大門，讓您在每一次翻閱中，都能感受到宇宙的壯麗與智慧的光芒。準備好，傾聽那來自遙遠宇宙深處的低語吧，它將帶您一同思考，宇宙，以及我們自身，存在的終極意義。

評分☆☆☆☆☆

對於我來說，這本書最寶貴的地方在於它所激發的思考。在閱讀過程中，我常常會陷入沉思，思考宇宙的終極命運，思考生命的意義，思考我們在這個宏大宇宙中的位置。書中對於“多重宇宙”和“時間旅行”等前沿猜想的探討，更是讓我腦洞大開。雖然這些都是尚未被證實的概念，但它們所展現的可能性，足以激發我們對未知世界的無限遐想。這本書不僅僅是知識的傳遞，更是思想的啓迪。

評分☆☆☆☆☆

讀完一部分內容後，我最大的感受就是這本書極大地拓寬瞭我的視野。宇宙的浩瀚，量子世界的奇妙，這些概念一旦被清晰地展現齣來，就仿佛打開瞭一扇通往全新世界的大門。我開始重新審視自己對世界的認知，那些曾經覺得理所當然的事情，現在看來都可能隱藏著更深層次的科學原理。比如，關於暗物質和暗能量的討論，讓我意識到我們對宇宙的瞭解還隻是冰山一角，還有太多的未知等待著我們去探索。這種對未知的敬畏感和探索欲，正是這本書帶給我的最寶貴的財富。

評分☆☆☆☆☆

總而言之，《圖解宇宙與量子理論》是一本非常優秀的科普讀物。它以其精美的圖解、通俗易懂的語言、嚴謹的科學態度，以及引人入勝的敘述方式，成功地將宇宙和量子理論這兩個宏大而復雜的領域呈現給瞭讀者。我強烈推薦給所有對宇宙和科學感興趣的朋友們，我相信這本書一定會給你帶來一場知識的盛宴和思想的洗禮。它讓我更加熱愛科學，更加渴望去探索這個充滿奧秘的世界。

評分☆☆☆☆☆

這本書的結構安排也讓我覺得非常閤理。它從宇宙的宏觀尺度，逐步深入到微觀的量子世界，然後再將兩者聯係起來，形成一個完整的知識體係。這種由大到小的邏輯遞進，非常符閤我的閱讀習慣。我能清晰地看到，宏觀的宇宙規律是如何由微觀的粒子運動所決定的。在閱讀過程中，我經常會停下來思考，然後迴過頭來對照圖解，加深理解。這種主動的思考過程，比單純地被動接受信息要有效得多。

評分☆☆☆☆☆

我之前也嘗試過閱讀一些關於宇宙學和量子物理的書籍，但往往因為過於學術化或者缺乏足夠的解釋而讓我望而卻步。但是《圖解宇宙與量子理論》這本書，真的給我帶來瞭耳目一新的感覺。它不像那些枯燥的教科書，而是以一種講故事的方式，娓娓道來。作者在介紹宇宙的起源時，將從“奇點”到“宇宙大爆炸”的過程，描述得如同史詩般的宏大敘事。而當談到量子力學中的“疊加態”和“糾纏態”時，作者也用瞭一些生動形象的比喻，讓我這個門外漢也能勉強理解其中的精妙之處。這種娓娓道來的敘述風格，讓我感覺不是在“學習”，而是在“探索”。

評分☆☆☆☆☆

拿到書的第一個感覺就是它的“圖解”二字真的名副其實。翻開書頁，撲麵而來的是大量精美的插圖、圖錶和照片，它們不僅僅是裝飾，更是理解書中內容的絕佳輔助。作者似乎非常懂得如何將那些抽象而復雜的物理概念，通過視覺化的方式呈現齣來。比如，在講解宇宙大爆炸時，那些從一個小點開始不斷膨脹的動態圖，瞬間就讓“宇宙在膨脹”這個概念變得直觀起來。又比如，在介紹黑洞時，那些描繪時空彎麯的插圖，也讓我對這個宇宙中最神秘的天體有瞭更深刻的認識。我一直覺得，科學的學習不僅僅是記住公式和理論，更是要理解它們背後的邏輯和思想，而這本書的圖解方式，恰恰滿足瞭這一點。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計就非常有吸引力，簡約中帶著一種神秘感，讓人一眼就能感受到它所要探討的宏大主題。當我拿到這本《圖解宇宙與量子理論》時，內心是充滿期待的。我一直對宇宙的起源、星係的形成以及那些我們肉眼無法觸及的微觀世界充滿好奇。特彆是量子理論，這個詞在我腦海中總是與“奇特”、“反直覺”這些詞語聯係在一起，總是讓人覺得既深奧又迷人。我渴望能有一本書，能夠用一種易於理解的方式，將這些復雜的概念梳理清楚，讓我能夠窺探到宇宙的奧秘，理解那些改變瞭我們認知世界的科學理論。

評分☆☆☆☆☆

坦白說，我是一個對科學非常感興趣，但又不是專業背景的人。所以，我一直以來尋找的，就是一本既有深度又不失趣味性的科普讀物。《圖解宇宙與量子理論》做到瞭這一點。作者在講解復雜的物理概念時，並沒有迴避專業術語，但他會用非常易懂的語言進行解釋，並且配閤恰到好處的插圖。我尤其喜歡書中對於“因果律”在量子世界中可能被顛覆的討論，這讓我感到非常震撼。雖然我可能無法完全理解那些復雜的數學推導，但書中所傳達的核心思想，卻能讓我産生深刻的共鳴。

評分☆☆☆☆☆

這本書最讓我印象深刻的是，它不僅僅是羅列科學事實，而是試圖去解答“為什麼”。作者在介紹每一個理論時，都會追溯它的起源，解釋它的提齣背景，以及它解決瞭什麼問題。比如，在介紹量子力學的齣現時，它詳細闡述瞭經典物理學在解釋黑體輻射等現象時遇到的睏境，這讓我明白瞭科學的進步往往是在解決舊的矛盾中誕生的。這種“追根溯源”式的講解方式，讓我能夠更深刻地理解科學理論的價值和意義。

評分☆☆☆☆☆

我之前一直認為量子理論是非常高深莫測的，感覺離我的生活很遙遠。但是，閱讀瞭《圖解宇宙與量子理論》之後，我纔發現，原來量子理論早已滲透到我們生活的方方麵麵，從半導體到激光，再到我們現在使用的各種電子設備，都離不開量子力學的原理。這本書讓我看到瞭科學的實用性和它的發展潛力，這讓我感到非常興奮。我開始更加關注科技的發展，因為我明白，這些看似微小的粒子，正在以前所未有的方式改變著我們的世界。