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神秘的宇宙 版權信息
- ISBN：9787568086080
- 條形碼：9787568086080 ; 978-7-5680-8608-0
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>>
神秘的宇宙 本書特色
★從如何建立一個宇宙這一新奇大膽的問題出發，介紹宇宙大爆炸、恒星演化、銀河系、行星系統、太空旅行等知識，帶領孩子了解宇宙的前世今生，激發孩子探索宇宙的好奇心！ ★精裝全彩印刷高品質科普圖文書，大開本設計，為孩子營造開闊的閱讀視野，180度平攤，放開雙手全身心投入到紙上宇宙之旅中。 ★精美圖片震撼展現宇宙的波瀾壯闊，通過圖片將抽象的宇宙知識視覺化，易于孩子輕松吸收知識，同時也為孩子提供一個更寬闊更宏觀的視野來思考問題，培養孩子的復雜思維。 ★認真嚴肅的科普，觸達底層科學邏輯，通過思維導圖、時間軸、家族樹等工具讓知識圖片化、系統化，輕松GET硬核知識，科學有趣好玩，培養孩子的科學素養。 ★了解星系、行星和恒星的絕妙指南，NASA高清圖片，滿足星空仰望者一窺宇宙奇觀的滿滿好奇心，帶領孩子感受科學探索的艱辛與幸福，培養孩子對科學的向往之情。 可以翻閱的紀錄片：我眼里的動物、地球、宇宙從未如此迷人！打開萬物探索家，和孩子一起共享愜意的親子閱讀時光！
神秘的宇宙 內容簡介
你有沒有想過**代恒星是如何誕生的?或者思考黑洞周圍到底發生了什么? 自從人類出現以來，我們一直在探索我們周圍的世界。我們對宇宙始終充滿好奇，我們也經常會問自己如下問題：太陽和地球是如何形成的？我們宇宙的起源和命運是什么？我們在宇宙中是孤獨的嗎？本書可以帶領讀者一一解答這些問題，并將帶你踏上一段穿越整個宇宙歷史的迷人旅程。本書圖文并茂地帶領你探索宇宙，了解不同行星如何產生和消失的過程，聚焦于太陽的能量和神秘的太陽黑子等話題，還利用近期新的研究成果展示了軌道望遠鏡拍攝的不同尋常的圖像。具體來說，本書主要圍繞以下8個方面來詳細介紹：①如何建立一個宇宙；②探索大爆炸；③恒星演化；④**代恒星和星系；⑤銀河系；⑥行星系統；⑦我們的太陽系；⑧太空旅行。本書不僅注重文本講解，更有精美圖片和信息圖表加持，展現給讀者浩瀚的宇宙世界。
神秘的宇宙 目錄
引言................................................................7
宇宙的形式.......................................................8
創世故事..................................................................10
要素一：物質...........................................................12
要素二：自然的基本力............................................16
要素三：隱藏的場和力............................................20
要素四：空間...........................................................22
要素五：時間...........................................................24
要素六：自然律.......................................................26
要素七：多元宇宙....................................................28
探索大爆炸......................................................30
時間零點..................................................................32
真空漲落和量子隧穿................................................34
宇宙發生學..............................................................36
大爆炸......................................................................40
暴脹與可見宇宙.......................................................44
火球輻射..................................................................46
核合成時代..............................................................50
宇宙背景輻射時代結束............................................52
暗物質結構..............................................................54
恒星演化.........................................................56
觀測恒星..................................................................58
作為恒星的太陽.......................................................60
恒星的誕生..............................................................64
恒星演化中期...........................................................68
恒星的死亡..............................................................70
超新星......................................................................72
超新星遺跡..............................................................74
黑洞.........................................................................76
黑洞合并——引力波................................................78
引力波宇宙..............................................................80
*早的恒星和星系..............................................82
星族Ⅲ——*早的恒星............................................84
紫外線充斥的宇宙....................................................86
元素富集的超新星....................................................88
年輕的星系..............................................................90
超大質量黑洞的出現與成長.....................................92
星系團開始變得普遍................................................96
活動星系核............................................................100
銀河系超星系團和局部宇宙地理............................102
銀河系..........................................................106
銀河系的基本天體構成..........................................108
從內向外探索銀河系的結構...................................110
星族.......................................................................114
銀河系的形狀.........................................................118
銀河系、星系吞噬者..............................................122
行星系統.......................................................124
原行星盤................................................................126
太陽系以外的行星..................................................128
行星的內部結構.....................................................132
宜居帶....................................................................134
類地行星................................................................136
晚期重轟擊時代.....................................................138
太陽系..........................................................140
我們的家園：太陽系..............................................142
水星.......................................................................144
金星.......................................................................146
地球.......................................................................148
火星.......................................................................150
木星.......................................................................152
土星.......................................................................154
天王星....................................................................156
海王星....................................................................158
矮行星....................................................................160
行星的衛星............................................................162
小行星....................................................................168
彗星.......................................................................170
隕石和小行星的威脅..............................................172
太空旅行.......................................................176
遙遠的探險............................................................178
載人探索................................................................180
星際旅行................................................................182
推進技術................................................................186
結語.............................................................188
延伸閱讀.......................................................189
圖片來源....................................................190
宇宙的形式.......................................................8
創世故事..................................................................10
要素一：物質...........................................................12
要素二：自然的基本力............................................16
要素三：隱藏的場和力............................................20
要素四：空間...........................................................22
要素五：時間...........................................................24
要素六：自然律.......................................................26
要素七：多元宇宙....................................................28
探索大爆炸......................................................30
時間零點..................................................................32
真空漲落和量子隧穿................................................34
宇宙發生學..............................................................36
大爆炸......................................................................40
暴脹與可見宇宙.......................................................44
火球輻射..................................................................46
核合成時代..............................................................50
宇宙背景輻射時代結束............................................52
暗物質結構..............................................................54
恒星演化.........................................................56
觀測恒星..................................................................58
作為恒星的太陽.......................................................60
恒星的誕生..............................................................64
恒星演化中期...........................................................68
恒星的死亡..............................................................70
超新星......................................................................72
超新星遺跡..............................................................74
黑洞.........................................................................76
黑洞合并——引力波................................................78
引力波宇宙..............................................................80
*早的恒星和星系..............................................82
星族Ⅲ——*早的恒星............................................84
紫外線充斥的宇宙....................................................86
元素富集的超新星....................................................88
年輕的星系..............................................................90
超大質量黑洞的出現與成長.....................................92
星系團開始變得普遍................................................96
活動星系核............................................................100
銀河系超星系團和局部宇宙地理............................102
銀河系..........................................................106
銀河系的基本天體構成..........................................108
從內向外探索銀河系的結構...................................110
星族.......................................................................114
銀河系的形狀.........................................................118
銀河系、星系吞噬者..............................................122
行星系統.......................................................124
原行星盤................................................................126
太陽系以外的行星..................................................128
行星的內部結構.....................................................132
宜居帶....................................................................134
類地行星................................................................136
晚期重轟擊時代.....................................................138
太陽系..........................................................140
我們的家園：太陽系..............................................142
水星.......................................................................144
金星.......................................................................146
地球.......................................................................148
火星.......................................................................150
木星.......................................................................152
土星.......................................................................154
天王星....................................................................156
海王星....................................................................158
矮行星....................................................................160
行星的衛星............................................................162
小行星....................................................................168
彗星.......................................................................170
隕石和小行星的威脅..............................................172
太空旅行.......................................................176
遙遠的探險............................................................178
載人探索................................................................180
星際旅行................................................................182
推進技術................................................................186
結語.............................................................188
延伸閱讀.......................................................189
圖片來源....................................................190
展開全部
神秘的宇宙 節選
宇宙的形式 拉丁語中的universum一詞*早是由羅馬政治家西塞羅（Cicero）在公元前1世紀創造的。如今，我們知道我們的宇宙包括地球上的所有事物、太陽系以及太陽系之外遙遠的恒星和星系。它還包含一個廣闊的，并可能無限的空間，這一空間已經存在了近140億年。在人類歷史的大部分時間里，宇宙形成的方式是宗教問題。所有的創世故事都有一個共同點：它們必須解釋某事物（宇宙）是如何被創造或從無到有的。如今，天體物理學家仍在努力揭開這一令人費解的謎團，他們用現代語言來描述這個謎團：“為什么是有什么而不是什么也沒有？”言語中帶一絲頑皮和幽默。 宇宙一小部分的哈勃極深場，圖像顯示了數千個星系，其中*遙遠的星系距離地球約130億光年。在哈勃空間望遠鏡的*遠極限，它只能探測到宇宙大爆炸（后文簡稱“大爆炸”）后5億年形成的那些嬰兒星系。 創世故事 在古代，宇宙中物質的構成是基于亞里士多德（Aristotle）提出的一組基本要素，即土、氣、火、水和以太。前4種要素存在于地球上，天空中的行星、恒星和其他“居民”則由一種被稱為以太[aether（αιθερ）]的純凈發光物質構成。雖然亞里士多德考慮了5種要素，但在印度的吠陀哲學中，又補充了時間、空間、思想和靈魂等要素。世界上所有的物質都是由這些要素的混合物構成的。探索宇宙的古代哲學家總是發現自己在探索構成萬物的基本要素，這些要素在公元前5世紀被希臘人[如德謨克利特（Democritus）]稱為atomos（原子），在公元前6世紀被吠陀圣人羯那陀(Kanada)稱為parmanu（原子）。 除了了解構成世界的要素外，人們還必須創作故事來解釋世界上的特定事物是如何由這些基本要素構成的。在古埃及，阿圖姆-拉（Atum-Ra）首先通過說出自己的名字從努恩（Nun）的黑暗水域中創造了自己。他通過這種行為，隨著時間的推移將所有其他神靈和地方都創造了出來。隨后古巴比倫人也在宇宙水域中創造了他們自己的神：阿卜蘇（Apsu）代表淡水，提亞瑪特（Tiamat）代表苦澀的咸水。這對神靈隨后創造了其他所有神靈，包括*終殺死提亞瑪特的馬爾杜克（Marduk），他又從提亞瑪特的尸體中創造了天與地。同樣在中東，猶太教《*》中的《創世記》認為宇宙始于混沌中無形的水，上帝利用它創造了天、地和所有生命。 古人們在創作這些故事時面臨的*大挑戰可能是來自《梨俱吠陀》中首次提出的：“誰知道這一偉大的創造從何而來？”答案是，即使是“至高天上的至高先見”也可能不知道！然而，千百年來，人們發現此類故事完全可被利用于滿足他們自己的需求。只是在過去的100年里，新的認識才使我們能夠為我們現在所說的宇宙起源創作一個更好的“故事”。當代人類面臨的*大挑戰是將我們發現的所有新的基本要素納入現代的創世“故事”中，并展示它們是如何以合乎邏輯的方式相互關聯的。這些要素代表了我們物理世界的7種特定的現象和屬性。下面就讓我們逐一來看一看吧。 要素一：物質 直到15世紀，煉金術士也只成功地識別了亞里士多德提出的5種要素之外的幾十種化合物。如今，對自然界基本元素的探索已經不可阻擋地引領人們認識了地球上94種天然元素，還有另外24種是用先進的技術人工合成的元素。幾個世紀的科學研究和技術進步也使人們對物質的本質有了深刻的理解，這些物質是由一小部分基本元素組成的，其復雜程度令人眼花繚亂。但是，將物質還原為其*基本成分的過程并沒有就此結束。從20世紀初開始，人們還發現原子是由電子、質子和中子組成的。已知相對原子質量*大的元素 （Og）于2006年被發現，它包含118個質子、118個電子和176個中子。到20世紀中葉，對質子的研究實驗發現，質子本身由更基本的物質組成，稱為夸克。隨著時間的推移，物理學家發現了6種不同的夸克，它們被賦予了幽默的名字：u夸克（Up）、d夸克（Down）、s夸克（Strange）、c夸克（Charm）、b夸克（Bottom）和t夸克(Top)。人們熟悉的質子和中子只需要6種夸克中的2種，即u和d夸克，每3個為一組，例如，1個質子由3個夸克組合uud構成，而中子則由夸克組合ddu構成。數以百計的其他質量更大的粒子則需要6種夸克組合構成。 在6種夸克之外，排在第二位并且質量小得多的基本粒子家族被稱為輕子。電子是我們現代文明的主力，是輕子中*為人所熟悉的，但它要與另一種稱為中微子的粒子配對。在放射性衰變過程中，例如當一個中子在大約10分鐘后衰變時，中子變成質子并同時釋放出一個電子和一個中微子。其他粒子也可以經過衰變釋放出額外的、質量更大的輕子，如μ子和τ子，各自被它們自己的伙伴中微子跟隨。 反物質是在20世紀30年代發現的，是一種物質形式，它們所帶的電荷與夸克和輕子物質相反。例如，帶負電荷的電子有一個反物質版本，稱為正電子。正電子的質量與電子相同，但帶正電荷。電荷為-1/3的d夸克有帶+1/3電荷的反物質d夸克。類似地，帶+2/3電荷的u夸克有帶-2/3電荷的反物質u夸克。這就是為什么沒有凈電荷的中子也有反粒子，即反中子。中子包含夸克組合ddu，反中子由3個反夸克ddu組成。 粒子及其反粒子的另一個重要特征是當它們聚集在一起時，它們會在能量爆發中消失。阿爾伯特·愛因斯坦（Albert Einstein）的狹義相對論指出，物質和能量是等價的物理屬性，由他的標志性公式E=mc2關聯在一起。電子和正電子的結合正好產生兩條伽馬射線，每條射線攜帶的能量E=mc2，其中m是電子的質量，c是光速。正負電子對也可以通過使用“粒子加速器”來創造，其中粒子之間的碰撞能量幾乎可以“無中生有”地創造正負電子。我們宇宙的基本構成可以簡潔地概括為6種夸克、6種輕子和它們的反物質雙生粒子。這些發現已經被編入了物理學家的標準模型中，但標準模型還有美中不足之處。 自20世紀90年代以來，天文學家一直在研究星系的運動和我們銀河系的自轉，發現了大量看不見的暗物質。暗物質與標準模型中出現的物質不同。暗物質似乎是不可見的，不發光，也不會吸收或反射來自恒星的光。想檢測到暗物質只能通過它對我們可以看到的事物的引力影響來推斷。銀河系附近星系的運動，以及銀河系內恒星和氣體云的運動，向我們揭示了星系周圍巨大的暗物質暈的范圍。現代研究推測，我們銀河系中存在的暗物質的質量大約占銀河系質量的93%。在銀河系附近的許多星系中也可以探測到暗物質的這種優勢。如果沒有大量的暗物質，許多星系只會自旋分裂，而不是像今天我們所看到的那樣持續存在了數十億年。 盡管人們經過50多年的努力仍未發現新的夸克或輕子，但對暗物質的探索仍然是當代天體物理學中*激動人心的活動之一。天體物理學家試圖利用標準模型中中微子的存在來尋找暗物質。如果一個中微子的質量是一個電子的十萬分之一，那么它們的質量和引力就足以用于模擬暗物質。在20世紀80年代和90年代，這是一個令人興奮的前景，但直到對3種已知類型中微子質量的精確測量才表明它們不足以提供足夠的引力。從純粹的理論角度出發，物理學家采用超對稱性這一新原理將標準模型擴展到更高能量，從而找到了暗物質的候選粒子。*有希望的粒子被稱為中性微子。在瑞士日內瓦的大型強子對撞機上，盡管進行了長達10年的探索，但仍未發現超對稱性或這種新粒子存在的證據。從質量*大的t夸克的質量（約單個質子質量的180倍）到大型強子對撞機探測的極限（單個質子質量的1萬倍），在此之間沒有檢測到新粒子。對于物理學家來說，這片粒子沙漠是令人震驚且前所未見的。大自然似乎已經用盡了物質的形式，所有的物質形式已被我們編入標準模型中了。 要素二：自然的基本力 我們宇宙的第二個要素是使物質“做”一些有趣事情的力。如果沒有力，宇宙將是太空中由夸克和輕子組成的靜態氣體。自古以來，人類就知道這些基本力中的**種，稱為電磁力。這是使中國古代水手的磁羅盤工作的力，或是如古希臘人發現的那樣，琥珀與皮毛摩擦時會產生使人感到觸電的力。 帶電粒子擁有從粒子向外輻射的電場，就像車輪中的輻條一樣。這一電場將對它遇到的另一個帶電粒子產生一個力，如果兩個粒子所帶的電荷相反，則會產生我們熟悉的吸引力，而電荷相同則產生排斥力。力場也是賦予巖石、山脈、行星甚至人體硬度的因素。當帶電粒子運動時，它們也會產生磁場，我們在磁鐵之類的東西中經常“看到”這種磁場。在我們的太陽表面，由稱為等離子體的帶電氣體運動引起的磁場會變得非常強大，它們會穿過太陽表面形成太陽黑子。太陽黑子是成對產生的，一個的磁極性為北極，另一個的磁極性為南極，就像玩具磁鐵一樣。等離子體的運動可以拖動這些磁場，放大它們并使得它們得以影響離太陽更遠的區域。 原子中的電子通過長程電磁力維系在一起，但由于原子核中所有質子都帶正電荷，它們之間的強烈電磁排斥會導致原子核飛散。為了使夸克結合形成質子和中子，并將這些粒子限制在原子核中，需要非常強的短程力，即強核力。強核力由膠子傳遞。膠子類似于光子，因為它們都沒有質量，但與所有由夸克組成的粒子相互作用。與只有1種類型的光子不同，膠子有8種不同類型。更有趣的是，光子不會相互作用，但膠子會相互作用。這樣產生的結果是，光子可以在太空中傳播超遠距離以產生電磁力，而膠子產生的力會隨著一對夸克之間距離的增加而增強。正是膠子的這一特征將夸克限制在質子內，并且將質子和中子共同限制在原子核內。 某些粒子可以衰變成更簡單的粒子，這也需要核力。中子在衰變成1個質子、1個電子和1個中微子之前，平均可以存在10分鐘。粒子衰變是自然界中被稱為弱核力的第三種力的標志。正如電磁力由光子交換攜帶而強核力由膠子交換攜帶一樣，弱核力由3種稱為中間矢量玻色子的粒子攜帶。如果沒有弱核力，恒星將永遠無法使氫聚變成氦來支撐自己。此外，超新星將永遠無法引爆，無法用碳、氧和鐵等新元素來豐富太空。 引力是自然界的第四種基本力，人類在數百萬年前就已經知道了這種力，但在400年前才開始詳細研究這種力。一個悖論是，引力是自然界中*弱的力，但同時也是*普遍的力。宇宙中從夸克和電子到恒星和星系，無論多小的物質都會產生這種力，而這種力只會造成吸引。引力的本質是由牛頓在1666年提出的，他以數學的精確展示了引力的作用。就像電磁力一樣，引力是一種遵循平方反比定律的力，隨著物質之間距離變大而減小。這也解釋了太陽系中行星之間的規律性，包括它們以橢圓路徑繞太陽公轉的原因。愛因斯坦在研究相對論時徹底推翻了引力只是另一種力的觀念。他于1916年發表的廣義相對論為引力的存在提供了一種完全不同以往的解釋，其中還包括一種對空間和時間的新思考方式。 愛因斯坦的相對論指出，描述物體如何運動的相關領域稱為時空。這是一個四維空間，包括普通空間的三個維度和時間的一個維度。只有將一個物體的演化視為一條穿越時空的路徑，也就是世界線，而不僅僅是空間本身，你才能準確地解釋它的運動和行為。世界線代表粒子在空間中移動時的歷史。愛因斯坦的廣義相對論也以數學方式表明時空是可以彎曲的，這種彎曲以我們所說的引力這種形式被感知。行星穿過由更大質量的恒星產生的彎曲時空的*短路徑，即它的世界線，看起來像一個三維空間中的橢圓，在四維空間中如同開瓶器的螺旋，螺旋軸是沿著時間軸延伸的。在嘗試沿著*直的螺旋狀世界線運行時，這顆行星對這一彎曲時空的感知是牛頓所界定的普通引力。因此，引力與強核力、弱核力和電磁力不同，它是粒子在彎曲或扭曲的時空運動的結果。目前還沒有實驗證據表明引力是由粒子（比如引力子）交換攜帶的，盡管有很多理論證據表明事實可能如此。 要素三：隱藏的場和力 前文關于各種力和物質的討論中未提及的是極為關鍵的第二十五種粒子，稱為希格斯玻色子。與產生強核力、弱核力和電磁力的12種載力粒子不同，希格斯玻色子是真正隱藏在“真空”中的。它與空間中其他物質和載力粒子的相互作用，將使標準模型中的所有粒子具有我們所測量的質量屬性。光子和膠子根本不與希格斯場相互作用，因此靜止質量為零。電子和中微子會與希格斯場發生微弱的相互作用并獲得少量質量。夸克、μ子和τ子與希格斯場的相互作用更強，而中間矢量玻色子在所有粒子中與希格斯場的相互作用*強。當一個載力粒子獲得質量時，它產生的力會使其在越來越小的范圍內獲得這一質量，直到*后，如對于巨大的中間矢量玻色子來說，它們獲得質量的范圍會縮小至比原子核還小的尺寸。2012年，使用大型強子對撞機的物理學家宣布檢測到了與希格斯場相關的粒子，命名為希格斯玻色子，其驚人的質量剛好超過130個質子質量之和，但單獨由一個基本粒子承載。 物理學家彼得·希格斯（Peter Higgs）和弗朗索瓦·恩格勒特（Fran.ois Englert）在1964年就預言了希格斯玻色子的存在，他們也因此獲得了2013年的諾貝爾物理學獎。但早在大型強子對撞機探測到希格斯玻色子之前，這種粒子及與之相關的場就已經成為許多關于統一自然界各種力的先進理論的主要內容了。 盡管與嵌在真空中不可見的希格斯場相關的粒子已經被發現，但對于更神秘的第二個自然場——“暗能量”而言，情況卻并非如此。對遙遠距離外的超新星爆發的探測表明，如果宇宙膨脹的速度是恒定的，那么暗能量實際上比估計的更加微弱。在我們看來，暗能量似乎離我們更遠，但這種情況只有當近期的宇宙膨脹加速時才能發生。另一種探測暗能量效應的方法是仔細研究我們的宇宙在大爆炸中誕生時遺留的火球發出的光。美國國家航空航天局的宇宙背景探測器和威爾金森微波各向異性探測器等航天器，以及歐洲太空總署的普朗克衛星，都使用非常靈敏的無線電接收器來測量宇宙微波背景輻射的亮度。科學家發現，正如大爆炸宇宙學所預測的那樣，宇宙微波背景輻射在整個天空中都非常均勻，但也有非常細微的不規則性。與這些星團演化的詳細數學模型做比較，就可以推導出暗能量、暗物質和普通標準模型物質的數量。威爾金森微波各向異性探測器和普朗克衛星測量宇宙微波背景輻射的結果是，宇宙由4.6%的普通物質、24%的暗物質和71.4%的暗能量組成。看不見的暗能量場彌漫在太空中，隨著宇宙體積的變大而變強，從而導致宇宙加速膨脹。在遙遠得難以想象的1000億年后的未來，看不見的暗能量場實際上將會導致星系消解、行星破碎，甚至原子本身在宇宙學家所說的大撕裂中飛散。 要素四：空間 要構建一個宇宙，我們需要前三個要素，也需要一個放置它們的場所。那個場所通常稱為空間，而在我們的宇宙中，它恰好具有三個維度，并且其范圍之大難以想象。數千年來，空間被認為是一個被動的容器，其中盛放著世界的組成成分。甚至直到18世紀，牛頓仍將空間視為宇宙中所有事物的固定的、被動的、絕對的參照系，它們的位置和運動可以通過數學來理性并一致地描述。但是到了20世紀初，愛因斯坦狹義和廣義相對論的成功建立消除了對這樣一個預先存在且永恒的牛頓空間的需求。愛因斯坦提出空間實際上是人類虛構的。它是一個更復雜的物理對象的一部分，該對象還包括作為第四維度的時間，從而創造出所謂的“時空”。事實上，愛因斯坦的關于引力的相對論中的時空只是引力場本身的另一個名稱，這是因為用于描述時空幾何結構的數學符號也用于描述引力場的強度。由于物質和能量可以產生引力場，空間也是由物質和能量產生的，因此空間并不是作為宇宙中物質和能量的被動容器而預先存在的。事實上，我們宇宙的誕生也帶來了空間的誕生。宇宙學背景下的空間只不過是物體之間的距離間隔。根據廣義相對論，空間不是一種增長速度受光速限制的物理“事物”。星系等客體嵌在太空中，但它們的運動速度低于光速，而它們之間的空間可以比光速膨脹得更快。 一旦你有了前三個要素，即嵌在真空中的物質、作用力和隱藏的場，你就可以無償獲得空間本身！令人驚奇的是，我們稱之為“時間”的神秘事物可能也是如此。 要素五：時間 關于我們的存在，*難以理解的奧秘是時間的本質。幾千年來，哲學家都在試圖解釋這個似乎勢不可擋地從過去流向未來，并建構著我們的生活以及整個物理宇宙中的事件的“東西”究竟是什么。這些思考產生了一些并不多見的但看起來非常直觀的關鍵性見解。其中*廣為人知的是牛頓設想的一個可以主控時間瞬間的宇宙“主時鐘”，時間從過去流向未來，與物質的行為無關。愛因斯坦的相對論，連同無數的實驗結果，卻證明不存在這樣同步的宇宙時間。運動中的物質都有自己的主時鐘，稱為固有時，并且固有時不能在整個宇宙中被同步來創建一個宇宙時間。時間和空間一樣，僅由物質集合（時鐘的集合以及其他物體的集合，甚至包括各種場本身）之間的關系來定義。這迫使我們更仔細地研究時空本身的性質。 時空是我們整個宇宙的基石，它是由無數的世界線定義的，這些世界線在其四維空間內開始和結束，就像漏勺底部的意大利面一樣。每條世界線都是一個事件的集合，這些事件通過某種因果關系關聯起來，形成一個粒子的歷史。事件是當一個粒子與另一個粒子相互作用時時間上的特定時刻和空間上的具體位置，例如當一個光子被一個原子發射出去或吸收進來時，或者當你在某個特定日子和時刻在法國巴黎的埃菲爾鐵塔下遇到某人時。每條世界線上的事件都是與該世界線相關聯的時鐘所傳遞的特定時間上的瞬間，就像你使用隨身佩戴的腕表度量你當前的時間一樣。根據相對論，地方時被稱為固有時。根據愛因斯坦的廣義相對論，世界線的形狀共同定義了時空的幾何形狀，而不是反過來的。把時間和空間合在一起視為一個時空是個理解問題的便利視角，由此看來，世界線上的無數事件所表現的粒子的整個歷史都可以一覽無余。時空不會隨時間演化，它只是作為整體存在。相對論的這種含義被稱為愛因斯坦的塊宇宙，并給物理學家提出了一個重大問題：如果觀察者的歷史以他們的世界線表現為從出生的那一刻到死去的那一刻，那么，你正在經歷的被稱為現在的當前時刻，是如何被單獨挑出來的？這也反映了一個事實，即物理學中所有對一個物體或系統的運動和演化進行建模的方程都是通過調用代表時間的變量t來實現的。但在這些數學模型中，沒有任何地方將“t = 現在”單獨列為一個特殊時刻。 更令人困惑的是，我們并不能像感知空間的三維那樣感知時間。事實上，我們感知時間和追蹤我們的每個現在的唯一方法是參照附近稱為“時鐘”的其他世界線的集合，它們遵守固有時，并幫助我們跟蹤我們所處環境中的變化。如果我們的環境中沒有任何變化，那么時間就根本不以一種有意義的方式存在。時空觀的一個顯著特征是，時間不是構成我們宇宙內容的世界線整體之外的特征。時間只在我們宇宙的時空中出現和存在。 盡管我們在理解時間和空間如何交織方面已經遠遠超越了古代哲學家，但我們還沒能夠設法解決物理學家所說的現在問題，或者時間究竟為什么存在這個問題。我們所確切知道的是，就像空間一樣，時間是在大爆炸中產生的，并且根據愛因斯坦的相對論，時間是物質和能量的一個特征。因此，時間（和空間）不需要在物質出現之前作為一個獨立的要素被創造出來，而是與空間和物質一起誕生的。
神秘的宇宙 作者簡介
斯滕·奧登瓦爾德(Sten Odenwald)，于1982年獲得哈佛大學天體物理學博士學位。作為一名專業的天文學家和教育家，擔任美國國家航空航天局（NASA）專家顧問長達30多年，曾就職于哈佛大學和史密森學會。在1999年和2000年，他先后兩次被授予美國天文協會科學普及獎，并在1999年被授予NASA杰出公眾推廣獎。他一直是《天文學》、《天空和望遠鏡》和《科學美國人》等雜志的活躍科普作家，并就天文學做過100多次公開講座。他經常活躍于《國家地理》(National Geographic)電視特別節目和YouTube的一些視頻中，他還經營著一個名為“天文學”(The Astronomy)的博客，旨在向大眾推廣宇宙學和天文學知識。
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