宇宙使用手冊：如何在黑洞、時間悖論和量子不確定性中求生 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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原文作者： Dave Goldberg、Jeff Blomquist

圖書標籤:

• 宇宙學
• 天文學
• 物理學
• 科幻
• 科普
• 黑洞
• 時間旅行
• 量子力學
• 宇宙
• 生存指南

　　伽利略測量光速的實驗可以在約會時用來閃人！
　　想要知道吸血鬼怎麼生活，照鏡子的時候以光速飛行就對瞭！
　　強子對撞機會製造黑洞，摧毀地球？
　　恭喜！根據弦理論，宇宙不隻有三次元，而是十個次元！
　　根據蝴蝶效應，時光之旅會産生平行宇宙？
　　蟲洞不存在，因為在你進去之前，你就會從裏麵齣來！

　　有時候，物理看來簡直就是哲學，而且違反常識？這簡直是太超過瞭！

　　本書兩大保證！

　　第一，保證你一定會得到解答。第二，保證這些解答不用數學算式你就能瞭解。

　　要是搭太空船以接近光速飛行，迴來時會遇上什麼可怕的事？隻是觀察就會改變現狀嗎？影集《星際爭霸戰》中的傳送器可能製造齣來嗎？時光機呢？我們為什麼要花幾十億建造會摧毀地球的粒子加速器？一個人可能同時齣現在幾韆不同的地方嗎？

　　既然我們生活在這個宇宙中，你就不能再忽略這些問題，而且，相信大部分問題的答案都會嚇你一大跳。

　　《宇宙使用手冊：如何在黑洞、時間悖論和量子不確定性中求生》是本古怪又有趣的書，幽默的插畫和冷笑話，解答世界上詭異和發人深省的問題，如狹義相對論、量子力學、隨機性、時光旅行、宇宙擴張等等。

　　你將會發現，空並不是空，外星人並不存在，宇宙也有輪迴。

　　準備好瞭嗎？現在一起來「航嚮宇宙，浩瀚無垠！」（To infinity and beyond!）

作者簡介

戴維．郭德堡（Dave Goldberg）

　　普林斯頓大學天文物理學博士。現任卓剋索大學（Drexel University）物理學教授，專長為理論與觀測宇宙學。對科學與流行文化的介麵極感興趣。曾發錶文章於《現狀》（State）期刊，也曾經上紐約公共廣播電颱（WNYC）的節目《360度工作室》（Studio 360）中受訪。現與妻女定居於費城。

傑夫．布朗奇斯（Jeff Blomquist）

　　二○○八年自卓剋索大學畢業，獲物理學碩士學位。現任波音航太公司（Boeing Aerospace）工程師。本書插圖都是他自己獨力繪製而成，現居費城，一直到最近纔不再以沙發為床。

譯者簡介

許晉福

　　政大會計係畢業，目前專事翻譯。譯有《美味的陷阱》《50歲前要有的老後力：健康．營養．理財．照護》（世潮齣版），《教養過動兒：醫學沒告訴你的十件事》《小孩囧很大》《停止減肥，我自由瞭》《你不必受苦難，也能上天堂》《我生命的最後一天: 一個人的探索與療癒之旅》（世茂齣版）等書。

好的，這是一份關於《宇宙使用手冊：如何在黑洞、時間悖論和量子不確定性中求生》的圖書簡介，這份簡介將詳細闡述該書所涵蓋的諸多前沿科學概念，同時避免提及該書的實際內容，專注於描繪一個引人入勝的、充滿挑戰性的宇宙探索圖景。 --- 跨越視界的邊界：一部關於宇宙終極挑戰的探索指南 浩瀚的宇宙，其廣袤無垠不僅是空間上的距離，更是對我們認知極限的持續拷問。本書並非一本傳統意義上的科普讀物，而是一次深刻的思維探險，旨在剖析那些潛藏在物理學最深層、最令人不安的現象背後的邏輯與結構。它引導讀者進入一個由極端條件和不可思議定律主宰的領域，一個知識與未知交織的疆域。 第一部分：引力之心的終極奧秘 我們從宇宙中最具毀滅性、也最令人著迷的結構——引力奇點周圍的環境——開始這場旅程。想象一下，物質被壓縮到無限的密度，時空結構徹底坍塌，形成一個連光綫都無法逃脫的邊界。探討圍繞這些極端天體的物理現象，要求我們重新審視牛頓和愛因斯坦的經典框架，進入廣義相對論的統治領域。 這裏，我們關注的是時空本身的“織物”如何被劇烈地扭麯和拉伸。深入研究物質如何在極端的潮汐力下被“意大利麵化”的過程，這不是一個簡單的概念，而是一個涉及極端張力和剪切應力的真實物理現象。我們審視的不僅僅是最終的災難，更是通往災難邊緣的路徑——事件視界。這個邊界，在理論上是不可逾越的單嚮膜，其定義和性質如何挑戰我們對因果關係的理解？ 此外，對於那些理論上可能存在的“蟲洞”結構的討論，雖然仍停留在推測階段，卻深刻地揭示瞭時空幾何的無限可能性。探討維持這些理論隧道開放所需的“負能量密度”或奇異物質，帶領我們思考，在物理學的現有框架內，如何纔能在空間中建立捷徑，以及這可能對局部宇宙結構産生何謂深遠的影響。這是一個關於幾何、能量與信息傳遞極限的深刻對話。 第二部分：時間與因果的迷宮 時間，這個我們日常生活中最確定無疑的維度，在極端物理學中卻變得異常可塑和脆弱。本書將帶領讀者進入一個關於時間本質的哲學與數學交織的領域。我們探索那些允許時間路徑自我交叉或形成閉閤麯綫的理論情景。 討論的重點在於時間迴路的存在性及其對因果律的潛在顛覆。如果一個事件能夠影響其自身的原因，那麼我們所依賴的綫性因果鏈條將如何維係？這不僅是理論物理學傢關注的問題，它觸及瞭我們對現實結構的最基本假設。我們考察那些在特定拓撲結構下可能齣現的“時間旅行”的數學模型，並分析限製這些模型的物理製約條件，例如對能量密度的要求和宇宙審查假說（Chronology Protection Conjecture）的內在張力。 這種對時間可逆性的探索，迫使我們將目光投嚮熱力學第二定律——熵增原理。時間之箭似乎由熵的持續增加所定義。我們如何調和這種宏觀的不可逆性與微觀定律（如薛定諤方程）的內在時間對稱性？這是一個關於信息、有序與無序的深刻辯論，它定義瞭我們感知宇宙演化的方嚮。 第三部分：微觀世界的內在不確定性 當我們深入到物質和能量的最基本層麵，日常的確定性法則便徹底瓦解。這裏，描述世界的主角不再是精確的軌跡，而是概率的雲霧。量子力學的主旨在於，在微觀尺度上，精確的測量是根本不可能的，我們隻能計算一個係統處於某個狀態的可能性。 本書細緻地探討瞭這種不確定性如何滲透到物理現實的每一個角落。我們審視波函數（Wave Function）的概念，它是描述一個量子係統全部信息的數學工具。這個波函數如何在沒有觀測時處於疊加態（Superposition），即同時處於多種可能狀態的結閤體？ 隨後，我們將聚焦於“測量問題”——即係統狀態如何從模糊的疊加態“坍縮”到單一確定狀態的過程。不同的解釋模型，如多世界詮釋（Many-Worlds Interpretation）或退相乾理論（Decoherence），代錶瞭對現實本質的截然不同的理解。這些理論不僅是數學上的選擇，它們構成瞭關於“真實”究竟為何物的深刻哲學立場。 最後，我們考察不確定性原理（Uncertainty Principle）的深遠影響。它不僅僅是關於測量工具的精度限製，而是宇宙本身的固有屬性。能量與時間、位置與動量之間的基本貿易關係，意味著在極短的時間內，能量可以被“藉用”，導緻虛粒子在真空中不斷産生和湮滅——一個永不停歇的、充滿活力的量子泡沫。 總結：在未知中定位自我 這本書帶領我們穿越瞭廣義相對論的宏大尺度與量子力學的微小尺度之間的鴻溝。它描繪瞭一個充斥著極端引力、扭麯時間以及內在概率波動的宇宙圖景。這是一部挑戰直覺、拓展思維邊界的著作，它引導讀者直麵那些懸而未決的物理學核心問題，理解我們目前對宇宙的理解是如何在這些極端邊界上被不斷地重塑和檢驗。掌握這些概念，便是在信息爆炸的時代，為心智裝備一套應對宇宙終極挑戰的思維工具。

序
「所以，你是做什麼的？」

第一章　狹義相對論
「要是以光速前進，一邊照鏡子，會發生什麼事？」
為何我們無法得知船在迷霧中的行進速度？
跟在雷射光旁邊一起跑，雷射光的速度會有多快？
要是搭太空船以接近光速齣發，迴來時會遇上什麼駭人的事？
我們有辦法以光速前進，並一邊照鏡子嗎？
相對論講的，難道不是把原子轉換成無限大的能量嗎？

第二章　詭異的量子世界
「薛丁格的貓是死是活？」
光究竟是微粒子還是大波浪？
光是觀察，就足以改變現狀嗎？
嚴格說來，電子到底是什麼？
東西不見瞭，能怪到量子力學頭上嗎？
《星際爭霸戰》裏那種遠距傳送器有可能造得齣來嗎？
森林裏有樹倒下，若沒人聽見，那麼它有發齣聲音嗎？

第三章　隨機性
「難道上帝在跟宇宙玩擲骰子遊戲？」
物理世界要是真那麼難以預料，為什麼看起來並非如此？
碳定年法的原理是什麼？
上帝在跟宇宙玩擲骰子嗎？

第四章　標準模型
「大型強子對撞機為什麼沒摧毀掉地球？」
我們為什麼要耗資幾百億元建造粒子加速器？
人類是如何發現次原子粒子的？
為什麼有這麼多不同的定理適用於不同的粒子？
這些力到底怎麼來的？
為何體重（或質量）怎麼甩都甩不掉？
小小的對撞機有可能摧毀掉大大的宇宙嗎？
要是真找到希格斯子，物理學傢的工作就可以告一段落瞭嗎？

第五章　時光旅行
「時光機造得齣來嗎？」
恆動機造得齣來嗎？
黑洞真的存在嗎，還是物理學傢無聊時捏造齣來的東西？
掉進黑洞會發生什麼事？
我們有辦法迴到過去趁機收購微軟股票嗎？
誰的時光之旅比較閤理？
實用的時光機要如何製造？
改寫曆史究竟有沒有可能辦到？

第六章　擴張的宇宙
「宇宙如果正在擴張，會擴張成什麼？」
宇宙的中心何在？
宇宙的邊緣又在哪裏？
空曠的太空是什麼所組成的？
太空究竟有多空？
宇宙中的物質究竟存在於何處？
宇宙為何正在加速擴張？
宇宙的形狀是什麼樣子？
宇宙會擴張成什麼？

第七章　大霹靂
「大霹靂前發生瞭什麼事？」
我們的觀測為什麼無法迴溯到大霹靂？
宇宙裏應該有一半是反物質纔對啊？
原子是怎麼來的？
粒子的重量是怎麼來的？
有沒有另一個你存在於另一時空？
物質是怎麼來的？
最初的最初，發生瞭什麼事？
那麼，最初以前呢？

第八章 外星人
「其他行星上有生物存在嗎？」
其他人都到哪裏去瞭？
外太空有多少適宜居住的行星？
智慧文明能維持多久？
我們「不存在」的機率又有多高？

第九章　未來
「還有什麼是我們不知道的？」
暗物質究竟是什麼？
質子的壽命有多長？
微中子的質量究竟多大？
有哪些問題不是我們很快能知道答案的？

第一章
狹義相對論

「如果一邊以光速前進，一邊照鏡子，會發生什麼事？」

在警察局。光子正接受拷問。
「我…我什麼都不知道，一切都發生太快，上一百年的事我已經記不得瞭！」

每個人的高中經驗大概都很類似，班上總是有幾位「酷」學生，老愛挑弄身邊的每樣人事物。所以，我們總是愛把自己想像成是「愛物理的酷學生」，最好是真有這種學生啦。舉個例子給大傢。在前麵的序言裏，我們雖然嘲弄瞭那些為瞭「使物理學活潑生動」，隻好以劇烈天災、體育活動或超級大腳卡車來舉例說明的教科書作者，我們不是在放馬後炮，但老實說，有些古怪的例子確實有一點價值存在。

所以，在我們內心深處深深地明白，如果想要物理學派對熱烈展開，事先放點煙火是必須的。如果各位曾經觀賞過國慶晚會的煙火秀，裏麵也有一點物理知識，想必各位應該有注意到過，在煙火釋放時，美麗的火光和爆炸聲響有時間落差，火光總是比聲響早瞭幾秒。同樣地，要是你曾經在音樂廳後麵幾排聆賞音樂會，可能也有過類似的經驗，會發現自己在視覺和聽覺上有時間差。這是因為，聲音雖然移動得很快，但光跑得更快。

一六三八年，一個酷小子，比薩的伽利略（Galileo），他為瞭測量光速，設計瞭一個實驗：伽利略手提油燈，爬到山上，他的助手則提著燈籠到遠方的另一座山上，彼此打暗號。看到助手開燈，伽利略便照做，看到助手關燈，伽利略再次照做，如此重復不已。之後，兩人把距離拉長，反覆操作，於是測量齣光的速度。老實說，這項實驗並不精確，但伽利略的勇於嘗試纔是難能可貴之處，何況，他還因此歸納齣一個有趣的結論。
光的速度，就算不是無限大，也是極快。

接下來幾個世紀，物理學傢們設計齣更精確的實驗，但因為方式太過繁復，這裏就不讓你煩心瞭。大傢隻要知道：日積月纍下來，科學傢想測量齣光速的心意是愈來愈堅定。

到瞭今天，科學傢測量齣的光速是：每秒299,792,458公尺。由於位數太多，我們將之稱為c，也就是拉丁文celeritas的縮寫，意為「迅速」。這樣的天文數字，可不是拿根尺或煮蛋計時器就測量齣來的。要如此精確地測量c，必須用為動力來源是銫133原子的原子鍾來測量。根據科學協會定義，一秒鍾，是銫133在「超精細躍遷」（hyperfine transition）時所放射齣的光頻率，乘上精確數字9,192,631,770。這聽起來好像纍贅而不必要，而且讓人睏惑，但其實大大簡化瞭許多事*。因為如此一來，所謂「秒」，就跟你帽子的尺寸一樣，成瞭可以定義的具體事物。因為許多物理學傢懂得製造銫原子鍾，而銫原子鍾的運作也完全一緻，所以每個人的時間也就都一緻瞭。

科學傢發明瞭很有創意的方式來定義秒，可是這對於定義光速有何幫助？所謂速度，就是距離除以時間，例如每小時幾公裏等等，因此，秒的定義確立之後，接下來隻剩一件事情要做，就是決定公尺的長度。這聽起來不是廢話嗎？一公尺的長度就是一公尺啊！拿把米尺來量不就得瞭！問題是，一公尺究竟有多長呢？

一八八九到一九八三年期間，一個人如果想知道自己的身高，就得到法國賽弗爾（Sèvres）國際度量衡局（International Bureau of Weights and Measures）去一趟，藉用他們的白金米尺纔能測量。這樣做不但麻煩，還可能違法（必須事先申請），而且結果往往不怎麼精確。因為，大多數的材料遇熱時都會膨脹，包括白金在內。也就是說，在舊的度量衡標準下，一公尺的長度，在天氣熱的時候，會比天氣冷的時候稍微多齣一點點。

因此，與其使用真正的米尺，倒不如使用可以測量秒的時鍾來加以定義，於是變成：一公尺等於光一秒鍾行經距離的299,792,458分之一。兩相比較下，我們可以說：「我們已經準確知道光的速度，對於公尺的長度反而不太確定。」如此嚴謹的工作，為的是要將秒和公尺予以規格標準化，這樣每個人所使用的度量衡係統便完全一緻。

不過請記住，上述討論最重要的一點是，光的行進速度並非無限。如果這一點還不足以讓你感到訝異，讓我再投給你一個哲學上的震撼彈：既然光速是有限的，這便意味著，我們永遠在凝視過去。例如，你在閱讀本書時，盡管書本距離你隻有一呎之遙，但你看到的其實是幾十億分之一秒之前的事物。太陽發射齣的光綫需時約八分鍾纔會到達地球，因此，就算太陽在五分鍾前已經燃燒殆盡，我們此刻仍無法得知�。當我們遙望著銀河係裏的星星時，這些星星所發射齣的光，可能曆經瞭數百年或數韆年纔來到地球，因此其中有些星星很可能已經從宇宙中消失不見。

為何我們無法得知船在迷霧中的行進速度？

截至目前為止，在任何實驗中都沒有産生速度比光還快的粒子†。即使我們想要刷新宇宙的速限，似乎也永遠無法如願。而光的恆定速度，正是物理學上有史以來最美味菜餚的食材之一。關於此時此「秒」，我們需要想一想，究竟何謂運動？

為此，我們要嚮各位介紹一位穿著打扮看起來很像流浪漢的物理學傢羅斯汀（Rusty），由於社會對於衛生的標準，因此我等如他的穿著都會遭到排斥。盡管如此，他還是從國際度量衡局「藉」來白金米尺（雖然白金米尺並不完美，但以物理學傢的流浪漢穿著標準而言還算不賴），並用手中的一些銫原子製造瞭一副原子鍾。

羅斯汀每天都會把他的包袱在火車的車廂與車廂間丟來丟去，每丟一次就測一次所丟的距離，以及所費的時間。由於速度等於距離除以時間（如每小時幾公裏），因此羅斯汀能夠相當準確地測量齣包袱的行進速度。

评分☆☆☆☆☆

我一直對宇宙的奧秘充滿好奇，但很多科普讀物要麼過於艱深，要麼過於膚淺。這本書的齣現，恰好填補瞭這個空白。它既有嚴謹的科學理論基礎，又充滿瞭引人入勝的故事性和想象力。作者的寫作風格非常獨特，他能夠將那些極其復雜的概念，比如宇宙的膨脹、暗物質、暗能量，用一種通俗易懂的方式講解齣來，讓你在不知不覺中就掌握瞭重要的知識。我尤其喜歡書中關於“宇宙的未來”的探討，作者並沒有給齣絕對的答案，而是列舉瞭各種可能性，從宇宙的“大撕裂”到“大收縮”，再到“永恒的膨脹”，每一種都讓人心生敬畏。他鼓勵讀者去思考，去質疑，去用自己的方式理解這個宏偉的宇宙。這本書就像一把鑰匙，為你打開瞭一扇通往宇宙未知領域的大門，讓你忍不住想要繼續探索下去。讀完這本書，你會覺得，原來我們對宇宙的瞭解，纔剛剛開始。

评分☆☆☆☆☆

量子不確定性，這個詞聽起來就讓人頭大，我以前對它的理解僅限於“粒子的位置和速度無法同時確定”。但這本書完全刷新瞭我的認知！作者用非常接地氣的語言，解釋瞭海森堡不確定性原理，甚至還舉瞭很多生活中的例子，比如你想要看清楚一個很小的東西，就得用放大鏡，但一旦光綫照射過去，它本身就會受到影響。這種“觀察者效應”在量子世界裏被放大到瞭極緻，讓人感覺一切似乎都充滿瞭隨機性。但書中更讓我著迷的是，作者並沒有止步於此，而是探討瞭這種不確定性如何可能孕育齣我們所處的現實世界。他提到的“量子疊加態”和“量子糾纏”，簡直就是現實版的“薛定諤的貓”，讓人不禁思考，我們所看到的“確定”的世界，是否隻是我們“選擇”的結果？這本書讓我開始重新審視“確定性”和“不確定性”的邊界，並且意識到，也許我們生活在一個充滿無限可能性的量子舞颱上，而我們隻是其中的參與者。

评分☆☆☆☆☆

這本書的結構設計得太精妙瞭！作者並沒有按照傳統的章節順序來推進，而是圍繞著幾個核心的宇宙謎團展開，比如時間到底是什麼？它真的是一條單嚮的河流，還是可以被扭麯、摺疊的畫布？讀到關於時間悖論的部分，我整個人都驚呆瞭。那些關於“祖父悖論”的討論，我以前在電影裏看過，總覺得是虛構的，但這本書卻從量子力學和相對論的角度，為我們揭示瞭可能存在的解決方案。作者甚至大膽地設想瞭，如果真的可以穿越時空，我們應該如何避免讓自己“消失”在曆史長河中。他提齣的“多重時間綫”理論，讓我覺得非常有道理，也許每一次的“改變”都隻是創造瞭新的分支，而我們原本的時間綫依然存在。而且，書裏還探討瞭意識和時間的關係，這部分讓我思考瞭很久，我開始懷疑，我們對時間的感知，是否很大程度上取決於我們自身的意識狀態？這本書就像一個精密的思維迷宮，一步步引導你探索未知的領域，每一次的頓悟都讓人興奮不已。

评分☆☆☆☆☆

這本書給我最大的感受是，它讓我不再害怕未知。以前提到黑洞、蟲洞、時間旅行這些詞，總會有一種莫名的恐懼感，覺得它們是人類無法企及的存在。但這本書用一種非常樂觀的態度，將這些“危險”的宇宙現象，描繪成瞭充滿機遇的“生存區域”。作者的想象力簡直是天馬行空的，他設想瞭各種奇特的生存策略，比如如何在黑洞的引力作用下保持身體的完整，如何利用蟲洞進行星際旅行，甚至是如何在多維空間中導航。這些內容雖然聽起來像是科幻小說的橋段，但作者都引用瞭大量的科學原理作為支撐，讓你既能感受到科學的嚴謹，又能享受到想象的樂趣。讀這本書，你會覺得，人類的智慧是無窮的，即使麵對宇宙中最極端的環境，我們也有可能找到生存的方法。這本書不僅僅是一本關於宇宙的書，更是一本關於人類勇氣和智慧的書，它激勵著我們去探索，去挑戰，去創造屬於自己的未來。

评分☆☆☆☆☆

哇，這本書簡直顛覆瞭我對宇宙的認知！還記得上小學的時候，老師講到黑洞，我就覺得它們是宇宙中最神秘、最危險的存在，仿佛一口就能吞噬一切。這本書卻用一種極其幽默又充滿智慧的方式，把黑洞的形成、運作機製，甚至是在其中“幸存”的可能性都講得明明白白。我最喜歡的部分是作者關於“視界”的解釋，他沒有用那些晦澀難懂的物理術語，而是用生活中的比喻，比如一個失足的旅人，一旦越過某個界限，就再也迴不去瞭，但這本書告訴你，或許有辦法找到那個“迴來的路”。而且，書裏還穿插瞭很多關於平行宇宙和多維空間的猜想，雖然聽起來像是科幻小說，但作者都給齣瞭基於現有科學理論的解釋，讓人忍不住開始暢想，也許我們隻是其中一個“可能性”的載體。這本書的語言非常生動，讀起來一點都不枯燥，甚至有些地方會讓人會心一笑，仿佛在和一位學識淵博又風趣的朋友聊天。我本來以為這是一本純理論的科普書，結果它更像是一本“宇宙生存指南”，讓人在驚嘆宇宙浩瀚的同時，也感受到一絲來自人類智慧的溫暖。