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發現宇宙:科學認知和科幻想象力的雙重提升 版權信息
- ISBN：9787559645852
- 條形碼：9787559645852 ; 978-7-5596-4585-2
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
發現宇宙:科學認知和科幻想象力的雙重提升 本書特色
?? 將“人擇”原理注入宇宙學研究的特立獨行的物理學家，以生動又不失嚴謹的文筆，以充滿想象力、神秘感和故事感的敘述，串聯起宇宙學中魅力各異的關鍵人物和知識要點 ?? 沒有大量堆砌公式，沒有硬邦邦地羅列枯燥教條，“發現宇宙”背后的科研故事，讓讀者進一步了解科學家真實的思維動態和論證方式 ?? 流行科幻作品中的場景設定，很多都可以從本書中找到理論來源，本書是對科學認知和科幻想象力的雙重提升
發現宇宙:科學認知和科幻想象力的雙重提升 內容簡介
自古以來的智者們為揭開宇宙的一切真相前仆后繼。20世紀初，愛因斯坦方程為發現所有可能的宇宙提供了新方法，自此以后的科學家們都在對這個復雜方程艱難求解，與這些方程解對應的，是各種各樣的可能的宇宙。他們對這些宇宙的描述豐富了人類對這片虛空的想象：這些宇宙的數量無窮無盡，性格迥異，不同宇宙當中的自然法則甚至都有可能各不相同。作者以宇宙學家和科普作家的獨特視角，以其一直以來風趣又富有詩意的表達，為我們講了一個宇宙的故事。在這個故事里，我們會了解到人類宇宙觀的改變、宇宙學如何進化和現代宇宙學的*新進展。除此之外，作者還為我們爆料了這些推動宇宙學發展的科學家們不少的小八卦，讓讀者在飽覽這些瑰麗宇宙的同時，也能一窺這些科學明珠們的別樣風采。
發現宇宙:科學認知和科幻想象力的雙重提升 目錄
前言
1 在正確的時間，正確的地點
2 人類不再位于中心
3 愛因斯坦的宇宙
4 出乎意料的宇宙：洛可可時期
5 截然不同的宇宙
6 穩恒態宇宙 vs 大爆炸理論
7 毫無保留的宇宙
8 *簡單的宇宙開端
9 美麗新世界
10 后現代的宇宙
11 邊緣宇宙
12 脫韁的宇宙
注 釋
出版后記
展開全部
發現宇宙:科學認知和科幻想象力的雙重提升 節選
愛因斯坦的洞察力 宇宙需要被重新發明一次，而愛因斯坦的理論就像燈光一樣照亮了其理論的發展道路。他描繪出了一個嶄新的引力理論的輪廓，其中宇宙中所有的物質、所有的粒子、所有的能量都影響著宇宙自身的結構：時空在質能的作用下發生彎曲。 ——讓·艾森施泰特（Jean Eisenstaedt） 在1931年的美國，愛因斯坦在著名喜劇大師查理·卓別林的陪同下出席了后者主演的無聲電影《城市之光》（City Lights）的首映。來自截然不同的兩個領域的名人都受到了觀眾的熱烈歡迎，據說卓別林當時對愛因斯坦說了這樣一句有名的話：“他們為我歡呼是因為我的電影他們都能看懂，為你歡呼則是因為你的理論沒人能看懂。” 愛因斯坦的廣義相對論已經成了艱澀難懂的代名詞和人類智力的終極挑戰。愛因斯坦想要創造的符合哥白尼原理的新運動定律和引力定律需要極為復雜的數學語言，甚至他自己——開始都曾被難倒。愛因斯坦坦言自己的數學水平沒有達到自己的需求，他出眾的才華主要來自物理上的理解力，而非數學技巧。不過，如果他的數學水平不能勝任，他總能找到能勝任的人：他曾經的學生和朋友馬塞爾·格羅斯曼（Marcel Grossmann）就是位才華出眾的數學家，熟悉現代數學各種*抽象的分支。格羅斯曼也非常認可愛因斯坦敏銳的物理直覺，他認為愛因斯坦能夠看穿大自然*深處的奧秘，并在各個方面都對他幫助良多。1912年，愛因斯坦拒絕了很多更知名大學提供的職位，選擇在蘇黎世任教，之所以做出這樣的選擇，就是為了能和在這里任純數學教授的格羅斯曼繼續密切合作。 格羅斯曼為愛因斯坦引入了新的數學語言，以表達他對引力如何影響宇宙形狀的觀點。他告訴愛因斯坦，要想寫出對所有人都“一視同仁”的、“民主”的自然定律，可以使用一種深奧難懂的純數學分支—張量運算（tensor calculus），它可以保證愛因斯坦想要的普適性。格羅斯曼也為愛因斯坦介紹了非歐幾何的*新進展—早幾年前史瓦西開始探討的關于彎曲表面的幾何學，但為什么愛因斯坦需要了解這些奇形怪狀的幾何學呢？ 牛頓力學中的空間就像一個固定著的大舞臺，行星、彗星等天體就在這個舞臺上運動。天體可以來來去去，但空間本身是固定的，不管內部的物質如何運動，空間本身不會變化，也不能變化。然而，愛因斯坦的空間比這要靈活得多，它會因受到物質和運動的作用而彎曲變形，就像一片橡膠皮一樣。在質量極大的地方，空間會發生強烈的彎曲，而在離大質量物體越遠的地方，空間就會相應地變得平直。當一個物體從一點運動到另一點時，它會在彎曲的空間中選擇*短的路徑——也就是*“直”的線。在大質量物體周圍，空間會形成一個“坑”，如果另一個物體經過附近，*短路徑就會傾向于讓它掉進“坑”內。在物體經過以后，空間本身也會因為物體的影響而變形，物體剛剛走過的軌跡也隨之改變。這樣，愛因斯坦就把引力的作用簡單地歸結為空間的彎曲，也就是說，“力”這個概念已經完全沒有必要存在了，只有彎曲的空間。 看到這里你或許會問，這不就是把牛頓的“力”的概念換了種說法嗎？但愛因斯坦的理論還不止這些。在牛頓的固定空間中，如果你讓一個球從時空的“舞臺”上滾過去，它不會影響到在舞臺前面看著這一切的你，但在愛因斯坦的宇宙中就完全不一樣了：如果空間就像一塊橡膠皮一樣可以變形，那從上面滾過去的球也會讓它彎曲變形，如果此時你站在離球有一定距離的地方，你也會被拽向同樣的方向——這就是愛因斯坦與牛頓空間觀的真正區別。 為了把這樣的想法變成一個新的引力理論，愛因斯坦需要找到新的引力方程，以告訴我們空間的形狀和時間的流逝具體是如何隨著運動或靜止的質量和能量改變的，在此情況下又如何保證能量守恒。美國物理學家約翰·惠勒（John Wheeler）曾經把愛因斯坦的廣義相對論濃縮成簡明扼要的兩句話：“物質告訴空間如何彎曲，空間告訴物質如何運動。” 愛因斯坦利用格羅斯曼教他的張量運算，把他的方程以數學形式表達了出來。這些方程能夠保證對所有運動狀態下的觀察者都同樣成立——無論觀察者的運動狀態如何，是旋轉、加速、上躥下跳還是螺旋前進。無論觀察者的實驗室怎么運動，他們推導出來的引力定律都是完全一樣的。 愛因斯坦的方程可謂優美：它本身是一個用來規定曲面的幾何形狀如何變化的純數學定理，卻神奇地與滿足能量、動量守恒的物理學定律相等價。而更神奇的是，當你考慮物體質量較小、運動速度也較慢（相對光速而言）的情況時，愛因斯坦的方程就與牛頓引力定律完全吻合了。 *暢銷的宇宙 理智的人以不受重要的事情影響，并對不重要的事情感興趣為榮。他認為這是一種生活觀，也可以讓事物“保持平衡”…… ——西莉亞·格林（Celia Green） 1996年夏天，一場大型宇宙學會議在位于美國新澤西州的 普林斯頓大學召開，這也是普林斯頓大學建校250周年的慶典活動之一。當時天氣悶熱潮濕得可怕，還有雷暴雨，參會者們住的老舊學生宿舍，空調幾乎沒什么制冷效果，到禮堂聽報告的時候才讓人好受些。這場大會的一項新奇之處在于，它不僅僅安排了常規的學術報告，還安排了兩位演講者甚至三位演講者同臺演講，就像政治候選人一樣，勸說你接受某一個宇宙模型，而非對手的。在報告中“推銷”完自己的理論之后，演講者會進入一個關鍵的互相辯論環節，觀眾也能加入。 總的來說，當時的宇宙學家對暴脹宇宙的想法還是比較滿意的，他們并沒有過多地考慮混沌宇宙與永恒暴脹宇宙，而多元宇宙甚至都沒有進入他們的詞匯表，雖然多元宇宙的概念經由人擇理論的討論已經為大家熟悉。這場會議更多地圍繞一些細節問題，包括宇宙膨脹速率、宇宙年齡及星系形成是否及時的詳細觀測，還有宇宙物質與能量非均勻的分布模式是否與早期宇宙暴脹理論中的不規則處源頭所符合。 而每位做報告的宇宙學家要做的，就是說服大家認為他們自己關于宇宙物質和膨脹類型的理論能*好地符合所有的觀測結果。跑在*前面的是邁克爾·特納（Michael Turner）的模型，該模型認為，宇宙膨脹速率接近臨界速率—正如暴脹理論所預言的，但他的宇宙擁有一個小小的正的宇宙學常數，也就是那個愛因斯坦發明了然后又拋棄的東西，正是這個正的宇宙學常數產生了排斥的引力效應，讓宇宙加速膨脹至今。特納指出，他的理論比其他理論更成功并不是意外，因為它的絕大部分與和它競爭的其他理論都一樣，只是多加了一點點東西（宇宙學常數），而正是這個宇宙學常數讓這一模型與觀測結果符合得更好。 這個“獲勝”的模型被稱為“Λ—CDM”模型，Λ念作拉姆達，表示的是宇宙學常數，CDM是“cold dark matter”（冷暗物質）的縮寫。冷暗物質是所有宇宙模型中都必須包含的一種物質，因為宇宙中所有發光的物質總數所產生的引力只有星系與星系團引力強度的十分之一，因此，為了解釋這個矛盾，宇宙就得存在很多不發光的暗物質，它們必須以一種特殊的方式存在，只參與引力相互作用或是弱相互作用，否則它們就會抑制氘核的生成，那么宇宙誕生三分鐘時氘核的數量就與我們的觀測結果不符了。這意味著，暗物質*有可能是一種中微子，或者一種類似中微子的新類型粒子，可以感知到弱相互作用。而已知的中微子數量不滿足這個要求，它們太輕了，而且1985年有物理學家首次用大型計算機模擬宇宙膨脹時發現，中微子聚集成團的模式與實際情況并不符合。 為了滿足所有這些要求，這種類似中微子的粒子必須比質子還重得多，因此移動速度也會相應很慢，所以又加了“冷”這個詞來修飾—因為溫度也就是氣體中分子運動的平均速度。在計算機模擬中，它們緩慢的速度產生了一種獨特的小尺度星系，與觀測結果符合得很好。Λ—CDM模型也就是在冷暗物質的基礎上再加上了一個額外的宇宙學常數Λ，它在所有方面都領先于其他理論，但沒有人為它的成功感到激動，甚至該理論的提出者也一樣：因為這個理論實在太人為、太不自然了，而且說老實話，太丑陋了。 這一*符合觀測事實的宇宙很像勒梅特在60年前提出的宇宙模型。同此前的愛因斯坦一樣，當時的宇宙學家已經對宇宙學常數失去了興趣。為了在Λ—CDM宇宙中起到應有的作用，它需要取一個小到令人難以置信的值（10—120），這個值是如此之小，以至于很多物理學家相信它真正的值其實是0，只是讓它等于0的深層物理學原理還沒有被發現，或許到將來的某一天我們就會發現這樣一條新的對稱性原理，而在那之前我們只能忽視它，這是粒子物理學家中很常見的觀點。不過，天文學家總是有點懷疑他們的數據出了問題。宇宙學常數Λ所賴以依托存在的東西很可能*終會消失，或是比我們預想的更不確定。哪怕是認真對待Λ—CDM 模型的人也對此相當謹慎，因為支持它的證據并不直接。我們如今并不能直接觀測到宇宙膨脹的加速度，而只能在對宇宙過去行為的觀測中捕獲宇宙加速膨脹對其的影響。
發現宇宙:科學認知和科幻想象力的雙重提升 作者簡介
約翰·D. 巴羅(John D. Barrow)，宇宙學家，英國皇家學會院士。巴羅是英國劍橋大學應用數學與理論物理學系教授，研究領域涉及宇宙學、天體物理、引力理論、天體粒子物理等，發表的學術論文已超過400篇。1986年，他和弗蘭克·梯普勒合著的《人擇宇宙原理》(The Anthropic Cosmological Principle)成為該主題的經典著作。 巴羅不僅是一位科學家，還是一位優秀的科學傳播者。他經常參與公眾演講，并把對科學的理解以及哲學的思考留在了自己的作品中。自1999年起，巴羅就是劍橋大學千禧年數學計劃(MMP)的主任。2006年，他領導的MMP獲得了女王周年獎。 約翰·D. 巴羅曾被皇家學會授予法拉第獎，也曾榮獲洛克天文學獎和皇家格拉斯哥哲學學會開爾文獎章。他創作的舞臺劇《無窮大》(Infinities)獲得了意大利Premi Ubu戲劇獎。 丁家琦，畢業于北京大學物理學院，現從事科學傳播工作。
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