黑洞宇宙学概论 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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这本《黑洞宇宙学概论》是宇宙一部全新的、有精确资料的<时间简史>。

　　在本书中，作者以着名的霍金黑洞的温度公式为主导，结合E=MC2和史瓦西对广义相对论方程的特殊解，和作者新推导出的2个公式，用这5个正确有效而简单的基本公式，组成了<黑洞宇宙学>的新的科学理论体系，读者们无需自己去推导这5个公式，而只用它们把「黑洞和宇宙」中的重大问题当做习题来演算即可，就能有效地取代解复杂难解甚至无解的广义相对论方程，正如人们可用牛顿运动3定律和万有引力定律能解决复杂的物体的运动问题一样。

　　本书是理工科高中大学生和老师们优良易懂的参考书，也是「黑洞和宇宙学」爱好者们良好的课外读物。读者们读后可用本书中新的观念、理论和方法，简单明了地认识真实的「黑洞」和「宇宙」的过去和未来、宏观和微观。

宏观宇宙的迷宫：暗物质与暗能量的探索 书籍简介 本书带领读者踏上一场穿越时空、深入宇宙最深层奥秘的旅程。我们聚焦于当前宇宙学前沿的两大核心议题：暗物质与暗能量。它们如同宇宙舞台上的幽灵舞者，主宰着星系的形成、星系的运动，乃至整个宇宙的膨胀命运，却至今未被直接观测到。 第一部分：看不见的基石——暗物质的追寻 暗物质，这个占据宇宙物质总含量约85%的神秘实体，是构建我们所见星系和星系团的“骨架”。如果宇宙是一栋宏伟的建筑，暗物质就是那不可见的钢筋混凝土。 第一章：引力的回响——从观测到推断 本章追溯了暗物质概念诞生的历史轨迹。从弗里茨·茨威基在20世纪30年代对后发星系团的运动速度分析，到维拉·鲁宾对旋涡星系旋转曲线的精确测量，我们展现了引力异常如何迫使科学家们接受“缺失质量”的存在。我们将详细解析开普勒定律在星系尺度上的失效，以及如何通过分析重力透镜效应（包括强透镜和弱透镜）来“描绘”出暗物质的分布图景。 第二章：候选者的谱系——粒子物理的猜想 暗物质究竟由什么粒子构成？这是本研究领域最核心的问题。本章将系统梳理当前最有力的理论候选者。我们将深入探讨弱相互作用重粒子 (WIMP) 模型的兴衰，分析其在早期宇宙中的产生机制和预期的可探测信号。随后，我们将转向更轻量级的可能性，例如轴子（Axions），讨论它们如何优雅地解决标准模型中的“强CP问题”。此外，我们还将审视惰性中微子（Sterile Neutrinos）以及其他新颖的、非碰撞性的暗物质模型（如Fuzzy Dark Matter），解析它们各自对早期宇宙演化的独特影响。 第三章：地底的守望者与太空的侦察兵 如何直接捕捉到这些与普通物质极其微弱作用的粒子？本章详细介绍了全球范围内正在进行的“暗物质直接探测”实验的精妙设计与技术挑战。从深埋于矿井之下的液氙（如LUX-ZEPLIN, XENONnT）和液氩探测器，到利用超低温半导体和晶体材料的实验，我们将解析它们如何努力区分来自暗物质的微弱反冲信号与背景辐射的干扰。同时，我们将考察间接探测的策略，即寻找暗物质粒子湮灭或衰变时产生的伽马射线、宇宙射线或中微子信号，重点关注费米伽马射线空间望远镜和冰立方中微子望远镜的最新发现。 第四章：星系形成中的暗物质晕 暗物质不仅决定了星系的整体质量，更深刻地影响了星系的结构和演化历史。本章将聚焦于数值模拟的成果。我们介绍N体模拟（N-body simulations）如何成功复现宇宙网、星系团的形成以及单个星系内暗物质晕的结构。讨论诸如“小质量缺失问题”（Missing Satellites Problem）和“洪流问题”（Too Big to Fail Problem）等模拟与观测之间的微小偏差，以及如何通过改进星系形成反馈机制来调和这些差异。 第二部分：宇宙的加速器——暗能量的谜团 暗能量，这个占据宇宙总能量密度约70%的神秘力量，是驱动宇宙加速膨胀的幕后推手。它挑战了我们对引力本质的最基本理解。 第五章：膨胀的变奏——从哈勃到加速膨胀 本章追溯了宇宙加速膨胀发现的历史，从爱德温·哈勃的线性膨胀定律，到20世纪末两位独立团队通过Ia型超新星观测获得的颠覆性结果。我们将详细剖析Ia型超新星作为“标准烛光”的校准过程，以及如何利用它们跨越数十亿光年的距离来精确测量宇宙的膨胀率随时间的变化。 第六章：宇宙学常数与第五种元素 暗能量的本质是什么？本章探讨了两个主要的理论框架： 1. 宇宙学常数 ($Lambda$)： 源自爱因斯坦场方程，代表了真空本身的能量密度。我们将深入讨论量子场论对真空能的预测，以及著名的“宇宙学常数问题”——理论预测值与观测值之间高达120个数量级的惊人差异。 2. 动态暗能量模型： 探索超越静态宇宙学常数的可能性，例如精质（Quintessence）模型。这类模型假设暗能量是一种随时间演化的标量场，其状态方程（$w$）可以偏离-1。本章将解析如何利用观测数据来约束$w$及其演化轨迹。 第七章：宏观几何的探针——绘制宇宙视界 确定暗能量性质的关键在于精确测量宇宙膨胀的历史。本章系统介绍了用于约束暗能量的其他主要观测手段： 重子声学振荡（BAO）： 利用早期宇宙声波在物质分布中留下的周期性痕迹，BAO作为“标准尺子”，提供了对宇宙尺度的独立测量，极大地限制了暗能量的参数空间。 星系红移巡天（如Sloan Digital Sky Survey, DESI）： 介绍大规模三维星系分布图的绘制如何帮助我们理解暗能量影响下结构增长的细节。 未来观测的展望： 讨论詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）在观测早期星系和更精确测量超新星方面的潜力，以及即将到来的欧几里得（Euclid）和薇拉·鲁宾天文台（Vera C. Rubin Observatory）如何以前所未有的精度绘制暗物质和暗能量的“三维地图”。 第八章：引力理论的边界与新兴的挑战 暗能量的加速膨胀可能暗示着我们对引力的理解需要修正。本章探讨了修改引力理论（Modified Gravity），例如DGP模型或张量-矢量-标量引力（TeVeS）等，它们试图在不引入新物质或能量的情况下，解释宇宙的加速膨胀。我们比较了修改引力理论与标准$Lambda$CDM模型在预测星系团的形成速度和潮汐力效应上的细微区别，这为我们区分“新物质”和“新物理”提供了关键的实验判据。 结语：统一的未来 本书最后展望了在未来十年内，暗物质和暗能量研究可能达成的突破。我们探讨了理论物理学家如何寻求一个统一的框架，将标准模型粒子、暗物质粒子以及驱动宇宙膨胀的暗能量纳入一个宏大理论之中。从微观粒子探测到宏观宇宙结构测量，我们将展示人类如何一步步揭开宇宙隐藏的95%的面纱，重塑我们对实在（Reality）的根本认知。这本书不仅是一次对现有知识的梳理，更是一次对下一代伟大发现的激情邀请。

作者简介

张洞生

　　1934年生，现在是一个80余岁的退休老人，

　　一个业余的黑洞理论和宇宙学的爱好者。

　　Email：zds@outlook.com

《黑洞宇宙学概论》内容简介    I
《作者序和内容提要》    III
《黑洞宇宙学概论》前言    XI

第一篇 黑洞理论的新进展和完善
1-1史瓦西黑洞的5个普遍公式的建立和普朗克领域    4
1-2黑洞因发射霍金辐射mss只能最后消失在普朗克领域    27
1-3黑洞吞噬外界能量-物质而膨胀和因发射霍金辐射mss而收缩都是其本质属性    30
1-4用经典理论解释黑洞Mb发射霍金辐射mss的机理    34
1-5黑洞的寿命τb，发射2个邻近霍金辐射mss的间隔时间—dτb    41
1-6黑洞Mb和其霍金辐射mss信息量Io，Im和熵SB，SBbm    44
1-7恆星级黑洞塌缩前后的霍金熵比公式的物理意义    51

第二篇 黑洞理论和宇宙学完善的结合成为《黑洞宇宙学》
2-1证明我们宇宙是一个质量为Mu=1056g的真正的宇宙黑洞    64
2-2根据什么原理来确定我们宇宙准确的诞生时刻tm？    70
2-3求宇宙诞生时的时刻+tm，和重新结合成的新粒子Mm    --72
2-4宇宙诞生时新粒子Mm与普朗克粒子mp的比较    76
2-5前辈宇宙是如何在普朗克领域消失的？    77
2-6我们新宇宙是如何从旧宇宙的废墟中诞生的？    78
2-7宇宙「原初暴涨」的机理和宇宙诞生的「宇宙大爆炸」　　81
2-8从宇宙7种大小不同的典型黑洞Mb的演变，来分析各种宇宙黑洞的参数的变化规律，数位化的宇宙新「时间简史」。    88
2-9用作者黑洞理论新公式的计算资料核对「大爆炸标准宇宙模型」资料的正确和错误    100
2-10对黑洞和宇宙学中的一些重大问题的解释、分析和结论    106
2-11宇宙中物质和能量的演变，人类的危机和命运    116

第三篇 用新黑洞理论和公式解决《黑洞宇宙学》中的一些重大问题
3-1用作者的新黑洞理论和公式推导出精密结构常数1/α=Fn/Fe=hC/(2πe2)，Ln和1/α的物理意义    131
3-2宇宙微波背景辐射温度Turm=2.7k的新计算方法    144
3-3对广义相对论方程的质疑(1)----先天不足。「广义相对论方程的根本缺陷是没热力以对抗引力」    156
3-4对广义相对论方程的质疑(2)----后天失调。「为何解广义相对论方程会得出『奇点』、弗里德曼模型和史瓦西度规等结论都背离实际？」   176
3-5用黑洞模型和新公式可准确地计算出狄拉克大数2.27×1039    213
3-6黑洞Mb和其霍金辐射mss的特性，只有用经典理论才能解释黑洞发射霍金辐射的机理    222
3-7黑洞的霍金辐射mss的信息量Io，Im和熵SB，SBbm；黑洞的熵和热力学的熵    242
3-8黑洞是大自然伟大力量的产物，人类也许永远不可能制造出来任何「真正的人造引力黑洞」    268
3-9一个猜想：宇宙的加速膨胀可能是我们宇宙黑洞在早期与另一宇宙黑洞的碰撞和合併所造成的    294

后记    314

作者序与内容提要

　　恩格斯：「一个民族如要站在科学的最高峰，一刻也不能没有理论思维。」

　　庞加莱：「科学家并不是因为大自然有用才去研究它。他们研究大自然是因为他们从中得到了乐趣，而这种乐趣来源于大自然的美。大自然的美是深邃、本质的美，它来自各部分和谐的秩序，并且能为一种纯粹的智慧所掌握。」他认为，「大自然的简单和深远都是美。」作者在本书中侥倖而创意地提出了一门新的前沿科学学科，名为《黑洞宇宙学》，它将一个过去抽象的、猜测的天体物理概念，变成为一个有自洽的理论基础、一组适用的数学公式和符合近代观测的一整套资料的学科。这是一门很有深意、值得人们永远思考探索、和为之添砖加瓦或改樑换柱的学科，因为「宇宙」的本意就是表示时间上空间上是无限的、人类智慧不可穷尽的大自然。

　　《黑洞宇宙学》是一门什么学问？它是用作者新完善的黑洞理论的5个公式为基础，证明我们宇宙从始至终就是真实的「黑洞」，其生长衰亡的规律完全符合黑洞的生长衰亡演变规律。本书不只是定性的说明和解释，而是有定量的数值计算和分析，因此它是一门科学。不管人们是认同或否定作者在本书中的观念、论证、数学公式和结论，但是作者首先提出了《黑洞宇宙学》这个理论作为一门新学问，至少可为后来有兴趣的学者们起到「抛砖引玉」的带头作用。

　　本书适合于高中大学理科生和各科老师们作为课外读物，以增广兴趣，扩张视野，创新思维，鼓励人们不必跟在前辈科学巨人的屁股后面追赶而望尘兴叹，而要善于利用其成就，站在他们的肩膀上找寻新的起飞点，走出新路。本书是想像力与理性结合的产物。阅读本书虽不需要有高深复杂的数学，因为本书只运用大师们推导出来的现成的经典公式，而无需知道其来源和复杂高深的推导过程。但需要读者们熟知大量近代和古典物理学各科的基本观念和理论。读者们如果了解了本书中的观念和公式，再去研究相对论、量子力学、热力学等，会有新观念和新视野。

评分☆☆☆☆☆

这本书的名字叫《黑洞宇宙学概论》，光听名字就让人觉得深邃而迷人。我一直对宇宙的奥秘充满好奇，尤其是那些吞噬一切的神秘天体——黑洞。它们的存在，挑战着我们对空间、时间和物质的认知极限。这本书的标题暗示着它会带领我们深入了解黑洞在整个宇宙结构形成和演化过程中扮演的角色。我期待它能用通俗易懂的语言，为我揭示黑洞形成的机制，它们内部可能存在的奇特现象，以及它们如何影响星系、恒星乃至整个宇宙的命运。是否会涉及黑洞的合并、霍金辐射，或者更前沿的量子引力理论在黑洞研究中的应用？这些都是我非常感兴趣的方面。同时，我也想知道这本书是否会包含一些最新的天文观测成果，比如引力波探测到的黑洞合并事件，或者事件视界望远镜拍摄到的黑洞“照片”。对于像我这样的普通读者而言，一本好的科普读物不仅需要严谨的科学内容，更需要引人入胜的叙述方式，能够激发阅读的兴趣，并留下深刻的思考。我希望这本书能够做到这一点，让我能更清晰地理解那些抽象的物理概念，并感受到宇宙的宏伟与壮丽。

评分☆☆☆☆☆

我怀揣着对宇宙深处终极奥秘的好奇，翻开了《黑洞宇宙学概论》。这本书的叙述方式极其独特，它并没有直接从黑洞本身讲起，而是从我们人类观测宇宙的历程入手，通过对历史上的重要天文发现的回顾，循序渐进地引出黑洞存在的理论依据和观测证据。这种“由近及远”的叙事手法，让我更容易理解那些抽象的物理概念是如何一步步被科学家们发现和证实的。书中对爱因斯坦的广义相对论以及它预言黑洞的诞生，有着非常生动的解释，仿佛能看到那位伟大的物理学家是如何在思考中勾勒出这些奇异天体的轮廓。我特别欣赏书中对于“视界”这一概念的阐述，它不仅仅是一个物理边界，更是我们认知黑洞的“不归点”，这种哲学层面的思考，让这本书超越了单纯的科学介绍。对于那些对科学史和物理学发展脉络感兴趣的读者来说，这本书无疑提供了一个非常精彩的视角。

评分☆☆☆☆☆

这本《黑洞宇宙学概论》给我的感觉是，它不仅仅是一本关于黑洞的科普书，更是一部关于宇宙演化的史诗。作者在书中对黑洞在星系形成和发展过程中的作用进行了深入的探讨，这一点让我倍感新奇。过去我一直认为黑洞只是宇宙中的“吞噬者”，但这本书让我看到了它们更积极的一面——它们如何通过吸积盘喷射出高能粒子流，影响星系中的恒星形成，甚至塑造星系的整体形态。书中描绘的超大质量黑洞与它们所在的星系之间协同演化的图景，充满了力量感和宇宙的宏伟。我特别喜欢作者对那些“宇宙引擎”——活动星系核——的描述，仿佛能够亲眼看到巨大的能量从宇宙深处喷薄而出。这种视角非常独特，它将黑洞从一个孤立的个体，提升到了宇宙结构互联互通的关键节点。这本书让我对宇宙的理解，从静态的星体观测，转向了动态的演化过程，这种转变是巨大的，也让我对宇宙充满了敬畏之情。

评分☆☆☆☆☆

《黑洞宇宙学概论》这本书的语言风格非常具有感染力，它能够将那些极其复杂和抽象的科学理论，用一种诗意盎然的方式呈现出来。我尤其喜欢书中对于黑洞“奇点”的描述，作者并没有将它仅仅看作是一个数学上的无穷大，而是将其描绘成宇宙中最神秘、最极端的场所，在那里，我们所熟知的物理定律可能都会失效。这种带有想象力的描绘，激发了我无限的遐想，让我不禁思考，在奇点之外，是否存在着我们尚未知的宇宙法则？书中对黑洞合并时产生的引力波的解读，更是让我仿佛置身于宇宙的深层震荡之中，感受到宇宙的脉动。它让我明白，黑洞不仅仅是静态的存在，更是宇宙中能量和信息传递的重要媒介。这本书让我觉得，科学探索的道路上，充满着令人惊叹的美丽和无尽的未知，而黑洞，正是通往这些未知世界的钥匙。

评分☆☆☆☆☆

我最近翻阅了一本名为《黑洞宇宙学概论》的书，它的内容给我留下了深刻的印象。首先，作者在开篇就以一种相当宏大的视角，将黑洞的形成与宇宙的早期演化紧密联系起来。这种写法非常吸引人，它不像很多科普书那样枯燥地罗列概念，而是通过一种讲故事的方式，将读者带入到宇宙的洪荒年代，去感受那些塑造了我们今天所见宇宙的原始力量。书中对早期宇宙如何孕育出第一批恒星，以及这些恒星最终如何塌缩成黑洞的描述，细节丰富，逻辑清晰。我特别欣赏的是，作者并没有回避那些复杂的物理理论，而是巧妙地将它们融入到叙述中，让读者在不知不觉中理解了例如广义相对论在黑洞描述中的核心地位。书中关于黑洞的分类，从恒星级黑洞到超大质量黑洞，其形成机制和在宇宙中的分布特点，也做了详尽的阐述。我感觉作者在这方面投入了大量的研究，并且能够以一种非常系统的方式呈现出来，这对于我这种想要对黑洞有一个全面认识的读者来说，无疑是一大福音。