宇宙使用手册：如何在黑洞、时间悖论和量子不确定性中求生 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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原文作者： Dave Goldberg、Jeff Blomquist

　　伽利略测量光速的实验可以在约会时用来闪人！
　　想要知道吸血鬼怎么生活，照镜子的时候以光速飞行就对了！
　　强子对撞机会制造黑洞，摧毁地球？
　　恭喜！根据弦理论，宇宙不只有三次元，而是十个次元！
　　根据蝴蝶效应，时光之旅会产生平行宇宙？
　　虫洞不存在，因为在你进去之前，你就会从里面出来！

　　有时候，物理看来简直就是哲学，而且违反常识？这简直是太超过了！

　　本书两大保证！

　　第一，保证你一定会得到解答。第二，保证这些解答不用数学算式你就能了解。

　　要是搭太空船以接近光速飞行，回来时会遇上什么可怕的事？只是观察就会改变现状吗？影集《星际争霸战》中的传送器可能制造出来吗？时光机呢？我们为什么要花几十亿建造会摧毁地球的粒子加速器？一个人可能同时出现在几千不同的地方吗？

　　既然我们生活在这个宇宙中，你就不能再忽略这些问题，而且，相信大部分问题的答案都会吓你一大跳。

　　《宇宙使用手册：如何在黑洞、时间悖论和量子不确定性中求生》是本古怪又有趣的书，幽默的插画和冷笑话，解答世界上诡异和发人深省的问题，如狭义相对论、量子力学、随机性、时光旅行、宇宙扩张等等。

　　你将会发现，空并不是空，外星人并不存在，宇宙也有轮回。

　　准备好了吗？现在一起来「航向宇宙，浩瀚无垠！」（To infinity and beyond!）

作者简介

戴维．郭德堡（Dave Goldberg）

　　普林斯顿大学天文物理学博士。现任卓克索大学（Drexel University）物理学教授，专长为理论与观测宇宙学。对科学与流行文化的介面极感兴趣。曾发表文章于《现状》（State）期刊，也曾经上纽约公共广播电台（WNYC）的节目《360度工作室》（Studio 360）中受访。现与妻女定居于费城。

杰夫．布朗奇斯（Jeff Blomquist）

　　二○○八年自卓克索大学毕业，获物理学硕士学位。现任波音航太公司（Boeing Aerospace）工程师。本书插图都是他自己独力绘制而成，现居费城，一直到最近才不再以沙发为床。

译者简介

许晋福

　　政大会计系毕业，目前专事翻译。译有《美味的陷阱》《50岁前要有的老后力：健康．营养．理财．照护》（世潮出版），《教养过动儿：医学没告诉你的十件事》《小孩囧很大》《停止减肥，我自由了》《你不必受苦难，也能上天堂》《我生命的最后一天: 一个人的探索与疗癒之旅》（世茂出版）等书。

序
「所以，你是做什么的？」

第一章　狭义相对论
「要是以光速前进，一边照镜子，会发生什么事？」
为何我们无法得知船在迷雾中的行进速度？
跟在雷射光旁边一起跑，雷射光的速度会有多快？
要是搭太空船以接近光速出发，回来时会遇上什么骇人的事？
我们有办法以光速前进，并一边照镜子吗？
相对论讲的，难道不是把原子转换成无限大的能量吗？

第二章　诡异的量子世界
「薛丁格的猫是死是活？」
光究竟是微粒子还是大波浪？
光是观察，就足以改变现状吗？
严格说来，电子到底是什么？
东西不见了，能怪到量子力学头上吗？
《星际争霸战》里那种远距传送器有可能造得出来吗？
森林里有树倒下，若没人听见，那么它有发出声音吗？

第三章　随机性
「难道上帝在跟宇宙玩掷骰子游戏？」
物理世界要是真那么难以预料，为什么看起来并非如此？
碳定年法的原理是什么？
上帝在跟宇宙玩掷骰子吗？

第四章　标准模型
「大型强子对撞机为什么没摧毁掉地球？」
我们为什么要耗资几百亿元建造粒子加速器？
人类是如何发现次原子粒子的？
为什么有这么多不同的定理适用于不同的粒子？
这些力到底怎么来的？
为何体重（或质量）怎么甩都甩不掉？
小小的对撞机有可能摧毁掉大大的宇宙吗？
要是真找到希格斯子，物理学家的工作就可以告一段落了吗？

第五章　时光旅行
「时光机造得出来吗？」
恆动机造得出来吗？
黑洞真的存在吗，还是物理学家无聊时捏造出来的东西？
掉进黑洞会发生什么事？
我们有办法回到过去趁机收购微软股票吗？
谁的时光之旅比较合理？
实用的时光机要如何制造？
改写历史究竟有没有可能办到？

第六章　扩张的宇宙
「宇宙如果正在扩张，会扩张成什么？」
宇宙的中心何在？
宇宙的边缘又在哪里？
空旷的太空是什么所组成的？
太空究竟有多空？
宇宙中的物质究竟存在于何处？
宇宙为何正在加速扩张？
宇宙的形状是什么样子？
宇宙会扩张成什么？

第七章　大霹雳
「大霹雳前发生了什么事？」
我们的观测为什么无法回溯到大霹雳？
宇宙里应该有一半是反物质才对啊？
原子是怎么来的？
粒子的重量是怎么来的？
有没有另一个你存在于另一时空？
物质是怎么来的？
最初的最初，发生了什么事？
那么，最初以前呢？

第八章 外星人
「其他行星上有生物存在吗？」
其他人都到哪里去了？
外太空有多少适宜居住的行星？
智慧文明能维持多久？
我们「不存在」的机率又有多高？

第九章　未来
「还有什么是我们不知道的？」
暗物质究竟是什么？
质子的寿命有多长？
微中子的质量究竟多大？
有哪些问题不是我们很快能知道答案的？

第一章
狭义相对论

「如果一边以光速前进，一边照镜子，会发生什么事？」

在警察局。光子正接受拷问。
「我…我什么都不知道，一切都发生太快，上一百年的事我已经记不得了！」

每个人的高中经验大概都很类似，班上总是有几位「酷」学生，老爱挑弄身边的每样人事物。所以，我们总是爱把自己想像成是「爱物理的酷学生」，最好是真有这种学生啦。举个例子给大家。在前面的序言里，我们虽然嘲弄了那些为了「使物理学活泼生动」，只好以剧烈天灾、体育活动或超级大脚卡车来举例说明的教科书作者，我们不是在放马后炮，但老实说，有些古怪的例子确实有一点价值存在。

所以，在我们内心深处深深地明白，如果想要物理学派对热烈展开，事先放点烟火是必须的。如果各位曾经观赏过国庆晚会的烟火秀，里面也有一点物理知识，想必各位应该有注意到过，在烟火释放时，美丽的火光和爆炸声响有时间落差，火光总是比声响早了几秒。同样地，要是你曾经在音乐厅后面几排聆赏音乐会，可能也有过类似的经验，会发现自己在视觉和听觉上有时间差。这是因为，声音虽然移动得很快，但光跑得更快。

一六三八年，一个酷小子，比萨的伽利略（Galileo），他为了测量光速，设计了一个实验：伽利略手提油灯，爬到山上，他的助手则提着灯笼到远方的另一座山上，彼此打暗号。看到助手开灯，伽利略便照做，看到助手关灯，伽利略再次照做，如此重复不已。之后，两人把距离拉长，反覆操作，于是测量出光的速度。老实说，这项实验并不精确，但伽利略的勇于尝试才是难能可贵之处，何况，他还因此归纳出一个有趣的结论。
光的速度，就算不是无限大，也是极快。

接下来几个世纪，物理学家们设计出更精确的实验，但因为方式太过繁复，这里就不让你烦心了。大家只要知道：日积月累下来，科学家想测量出光速的心意是愈来愈坚定。

到了今天，科学家测量出的光速是：每秒299,792,458公尺。由于位数太多，我们将之称为c，也就是拉丁文celeritas的缩写，意为「迅速」。这样的天文数字，可不是拿根尺或煮蛋计时器就测量出来的。要如此精确地测量c，必须用为动力来源是铯133原子的原子钟来测量。根据科学协会定义，一秒钟，是铯133在「超精细跃迁」（hyperfine transition）时所放射出的光频率，乘上精确数字9,192,631,770。这听起来好像累赘而不必要，而且让人困惑，但其实大大简化了许多事*。因为如此一来，所谓「秒」，就跟你帽子的尺寸一样，成了可以定义的具体事物。因为许多物理学家懂得制造铯原子钟，而铯原子钟的运作也完全一致，所以每个人的时间也就都一致了。

科学家发明了很有创意的方式来定义秒，可是这对于定义光速有何帮助？所谓速度，就是距离除以时间，例如每小时几公里等等，因此，秒的定义确立之后，接下来只剩一件事情要做，就是决定公尺的长度。这听起来不是废话吗？一公尺的长度就是一公尺啊！拿把米尺来量不就得了！问题是，一公尺究竟有多长呢？

一八八九到一九八三年期间，一个人如果想知道自己的身高，就得到法国赛弗尔（Sèvres）国际度量衡局（International Bureau of Weights and Measures）去一趟，借用他们的白金米尺才能测量。这样做不但麻烦，还可能违法（必须事先申请），而且结果往往不怎么精确。因为，大多数的材料遇热时都会膨胀，包括白金在内。也就是说，在旧的度量衡标准下，一公尺的长度，在天气热的时候，会比天气冷的时候稍微多出一点点。

因此，与其使用真正的米尺，倒不如使用可以测量秒的时钟来加以定义，于是变成：一公尺等于光一秒钟行经距离的299,792,458分之一。两相比较下，我们可以说：「我们已经准确知道光的速度，对于公尺的长度反而不太确定。」如此严谨的工作，为的是要将秒和公尺予以规格标准化，这样每个人所使用的度量衡系统便完全一致。

不过请记住，上述讨论最重要的一点是，光的行进速度并非无限。如果这一点还不足以让你感到讶异，让我再投给你一个哲学上的震撼弹：既然光速是有限的，这便意味着，我们永远在凝视过去。例如，你在阅读本书时，尽管书本距离你只有一呎之遥，但你看到的其实是几十亿分之一秒之前的事物。太阳发射出的光线需时约八分钟才会到达地球，因此，就算太阳在五分钟前已经燃烧殆尽，我们此刻仍无法得知�。当我们遥望着银河系里的星星时，这些星星所发射出的光，可能历经了数百年或数千年才来到地球，因此其中有些星星很可能已经从宇宙中消失不见。

为何我们无法得知船在迷雾中的行进速度？

截至目前为止，在任何实验中都没有产生速度比光还快的粒子†。即使我们想要刷新宇宙的速限，似乎也永远无法如愿。而光的恆定速度，正是物理学上有史以来最美味菜餚的食材之一。关于此时此「秒」，我们需要想一想，究竟何谓运动？

为此，我们要向各位介绍一位穿着打扮看起来很像流浪汉的物理学家罗斯汀（Rusty），由于社会对于卫生的标准，因此我等如他的穿着都会遭到排斥。尽管如此，他还是从国际度量衡局「借」来白金米尺（虽然白金米尺并不完美，但以物理学家的流浪汉穿着标准而言还算不赖），并用手中的一些铯原子制造了一副原子钟。

罗斯汀每天都会把他的包袱在火车的车厢与车厢间丢来丢去，每丢一次就测一次所丢的距离，以及所费的时间。由于速度等于距离除以时间（如每小时几公里），因此罗斯汀能够相当准确地测量出包袱的行进速度。

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