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

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• 时间旅行
• 量子力学
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• 生存指南

　　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。

好的，这是一份关于《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》的图书简介，这份简介将详细阐述该书所涵盖的诸多前沿科学概念，同时避免提及该书的实际内容，专注于描绘一个引人入胜的、充满挑战性的宇宙探索图景。 --- 跨越视界的边界：一部关于宇宙终极挑战的探索指南 浩瀚的宇宙，其广袤无垠不仅是空间上的距离，更是对我们认知极限的持续拷问。本书并非一本传统意义上的科普读物，而是一次深刻的思维探险，旨在剖析那些潜藏在物理学最深层、最令人不安的现象背后的逻辑与结构。它引导读者进入一个由极端条件和不可思议定律主宰的领域，一个知识与未知交织的疆域。 第一部分：引力之心的终极奥秘 我们从宇宙中最具毁灭性、也最令人着迷的结构——引力奇点周围的环境——开始这场旅程。想象一下，物质被压缩到无限的密度，时空结构彻底坍塌，形成一个连光线都无法逃脱的边界。探讨围绕这些极端天体的物理现象，要求我们重新审视牛顿和爱因斯坦的经典框架，进入广义相对论的统治领域。 这里，我们关注的是时空本身的“织物”如何被剧烈地扭曲和拉伸。深入研究物质如何在极端的潮汐力下被“意大利面化”的过程，这不是一个简单的概念，而是一个涉及极端张力和剪切应力的真实物理现象。我们审视的不仅仅是最终的灾难，更是通往灾难边缘的路径——事件视界。这个边界，在理论上是不可逾越的单向膜，其定义和性质如何挑战我们对因果关系的理解？ 此外，对于那些理论上可能存在的“虫洞”结构的讨论，虽然仍停留在推测阶段，却深刻地揭示了时空几何的无限可能性。探讨维持这些理论隧道开放所需的“负能量密度”或奇异物质，带领我们思考，在物理学的现有框架内，如何才能在空间中建立捷径，以及这可能对局部宇宙结构产生何谓深远的影响。这是一个关于几何、能量与信息传递极限的深刻对话。 第二部分：时间与因果的迷宫 时间，这个我们日常生活中最确定无疑的维度，在极端物理学中却变得异常可塑和脆弱。本书将带领读者进入一个关于时间本质的哲学与数学交织的领域。我们探索那些允许时间路径自我交叉或形成闭合曲线的理论情景。 讨论的重点在于时间回路的存在性及其对因果律的潜在颠覆。如果一个事件能够影响其自身的原因，那么我们所依赖的线性因果链条将如何维系？这不仅是理论物理学家关注的问题，它触及了我们对现实结构的最基本假设。我们考察那些在特定拓扑结构下可能出现的“时间旅行”的数学模型，并分析限制这些模型的物理制约条件，例如对能量密度的要求和宇宙审查假说（Chronology Protection Conjecture）的内在张力。 这种对时间可逆性的探索，迫使我们将目光投向热力学第二定律——熵增原理。时间之箭似乎由熵的持续增加所定义。我们如何调和这种宏观的不可逆性与微观定律（如薛定谔方程）的内在时间对称性？这是一个关于信息、有序与无序的深刻辩论，它定义了我们感知宇宙演化的方向。 第三部分：微观世界的内在不确定性 当我们深入到物质和能量的最基本层面，日常的确定性法则便彻底瓦解。这里，描述世界的主角不再是精确的轨迹，而是概率的云雾。量子力学的主旨在于，在微观尺度上，精确的测量是根本不可能的，我们只能计算一个系统处于某个状态的可能性。 本书细致地探讨了这种不确定性如何渗透到物理现实的每一个角落。我们审视波函数（Wave Function）的概念，它是描述一个量子系统全部信息的数学工具。这个波函数如何在没有观测时处于叠加态（Superposition），即同时处于多种可能状态的结合体？ 随后，我们将聚焦于“测量问题”——即系统状态如何从模糊的叠加态“坍缩”到单一确定状态的过程。不同的解释模型，如多世界诠释（Many-Worlds Interpretation）或退相干理论（Decoherence），代表了对现实本质的截然不同的理解。这些理论不仅是数学上的选择，它们构成了关于“真实”究竟为何物的深刻哲学立场。 最后，我们考察不确定性原理（Uncertainty Principle）的深远影响。它不仅仅是关于测量工具的精度限制，而是宇宙本身的固有属性。能量与时间、位置与动量之间的基本贸易关系，意味着在极短的时间内，能量可以被“借用”，导致虚粒子在真空中不断产生和湮灭——一个永不停歇的、充满活力的量子泡沫。 总结：在未知中定位自我 这本书带领我们穿越了广义相对论的宏大尺度与量子力学的微小尺度之间的鸿沟。它描绘了一个充斥着极端引力、扭曲时间以及内在概率波动的宇宙图景。这是一部挑战直觉、拓展思维边界的著作，它引导读者直面那些悬而未决的物理学核心问题，理解我们目前对宇宙的理解是如何在这些极端边界上被不断地重塑和检验。掌握这些概念，便是在信息爆炸的时代，为心智装备一套应对宇宙终极挑战的思维工具。

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。

评分☆☆☆☆☆

这本书的结构设计得太精妙了！作者并没有按照传统的章节顺序来推进，而是围绕着几个核心的宇宙谜团展开，比如时间到底是什么？它真的是一条单向的河流，还是可以被扭曲、折叠的画布？读到关于时间悖论的部分，我整个人都惊呆了。那些关于“祖父悖论”的讨论，我以前在电影里看过，总觉得是虚构的，但这本书却从量子力学和相对论的角度，为我们揭示了可能存在的解决方案。作者甚至大胆地设想了，如果真的可以穿越时空，我们应该如何避免让自己“消失”在历史长河中。他提出的“多重时间线”理论，让我觉得非常有道理，也许每一次的“改变”都只是创造了新的分支，而我们原本的时间线依然存在。而且，书里还探讨了意识和时间的关系，这部分让我思考了很久，我开始怀疑，我们对时间的感知，是否很大程度上取决于我们自身的意识状态？这本书就像一个精密的思维迷宫，一步步引导你探索未知的领域，每一次的顿悟都让人兴奋不已。

评分☆☆☆☆☆

我一直对宇宙的奥秘充满好奇，但很多科普读物要么过于艰深，要么过于肤浅。这本书的出现，恰好填补了这个空白。它既有严谨的科学理论基础，又充满了引人入胜的故事性和想象力。作者的写作风格非常独特，他能够将那些极其复杂的概念，比如宇宙的膨胀、暗物质、暗能量，用一种通俗易懂的方式讲解出来，让你在不知不觉中就掌握了重要的知识。我尤其喜欢书中关于“宇宙的未来”的探讨，作者并没有给出绝对的答案，而是列举了各种可能性，从宇宙的“大撕裂”到“大收缩”，再到“永恒的膨胀”，每一种都让人心生敬畏。他鼓励读者去思考，去质疑，去用自己的方式理解这个宏伟的宇宙。这本书就像一把钥匙，为你打开了一扇通往宇宙未知领域的大门，让你忍不住想要继续探索下去。读完这本书，你会觉得，原来我们对宇宙的了解，才刚刚开始。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我最大的感受是，它让我不再害怕未知。以前提到黑洞、虫洞、时间旅行这些词，总会有一种莫名的恐惧感，觉得它们是人类无法企及的存在。但这本书用一种非常乐观的态度，将这些“危险”的宇宙现象，描绘成了充满机遇的“生存区域”。作者的想象力简直是天马行空的，他设想了各种奇特的生存策略，比如如何在黑洞的引力作用下保持身体的完整，如何利用虫洞进行星际旅行，甚至是如何在多维空间中导航。这些内容虽然听起来像是科幻小说的桥段，但作者都引用了大量的科学原理作为支撑，让你既能感受到科学的严谨，又能享受到想象的乐趣。读这本书，你会觉得，人类的智慧是无穷的，即使面对宇宙中最极端的环境，我们也有可能找到生存的方法。这本书不仅仅是一本关于宇宙的书，更是一本关于人类勇气和智慧的书，它激励着我们去探索，去挑战，去创造属于自己的未来。

评分☆☆☆☆☆

哇，这本书简直颠覆了我对宇宙的认知！还记得上小学的时候，老师讲到黑洞，我就觉得它们是宇宙中最神秘、最危险的存在，仿佛一口就能吞噬一切。这本书却用一种极其幽默又充满智慧的方式，把黑洞的形成、运作机制，甚至是在其中“幸存”的可能性都讲得明明白白。我最喜欢的部分是作者关于“视界”的解释，他没有用那些晦涩难懂的物理术语，而是用生活中的比喻，比如一个失足的旅人，一旦越过某个界限，就再也回不去了，但这本书告诉你，或许有办法找到那个“回来的路”。而且，书里还穿插了很多关于平行宇宙和多维空间的猜想，虽然听起来像是科幻小说，但作者都给出了基于现有科学理论的解释，让人忍不住开始畅想，也许我们只是其中一个“可能性”的载体。这本书的语言非常生动，读起来一点都不枯燥，甚至有些地方会让人会心一笑，仿佛在和一位学识渊博又风趣的朋友聊天。我本来以为这是一本纯理论的科普书，结果它更像是一本“宇宙生存指南”，让人在惊叹宇宙浩瀚的同时，也感受到一丝来自人类智慧的温暖。

评分☆☆☆☆☆

量子不确定性，这个词听起来就让人头大，我以前对它的理解仅限于“粒子的位置和速度无法同时确定”。但这本书完全刷新了我的认知！作者用非常接地气的语言，解释了海森堡不确定性原理，甚至还举了很多生活中的例子，比如你想要看清楚一个很小的东西，就得用放大镜，但一旦光线照射过去，它本身就会受到影响。这种“观察者效应”在量子世界里被放大到了极致，让人感觉一切似乎都充满了随机性。但书中更让我着迷的是，作者并没有止步于此，而是探讨了这种不确定性如何可能孕育出我们所处的现实世界。他提到的“量子叠加态”和“量子纠缠”，简直就是现实版的“薛定谔的猫”，让人不禁思考，我们所看到的“确定”的世界，是否只是我们“选择”的结果？这本书让我开始重新审视“确定性”和“不确定性”的边界，并且意识到，也许我们生活在一个充满无限可能性的量子舞台上，而我们只是其中的参与者。