黑洞宇宙學概論 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

簡體網頁||繁體網頁

☆☆☆☆☆

圖書標籤:

• 黑洞
• 宇宙學
• 天體物理學
• 廣義相對論
• 引力
• 高能物理
• 天文學
• 物理學
• 宇宙
• 黑洞物理

這本《黑洞宇宙學概論》是宇宙一部全新的、有精確資料的<時間簡史>。

　　在本書中，作者以著名的霍金黑洞的溫度公式為主導，結閤E=MC2和史瓦西對廣義相對論方程的特殊解，和作者新推導齣的2個公式，用這5個正確有效而簡單的基本公式，組成瞭<黑洞宇宙學>的新的科學理論體係，讀者們無需自己去推導這5個公式，而隻用它們把「黑洞和宇宙」中的重大問題當做習題來演算即可，就能有效地取代解復雜難解甚至無解的廣義相對論方程，正如人們可用牛頓運動3定律和萬有引力定律能解決復雜的物體的運動問題一樣。

　　本書是理工科高中大學生和老師們優良易懂的參考書，也是「黑洞和宇宙學」愛好者們良好的課外讀物。讀者們讀後可用本書中新的觀念、理論和方法，簡單明瞭地認識真實的「黑洞」和「宇宙」的過去和未來、宏觀和微觀。

宏觀宇宙的迷宮：暗物質與暗能量的探索 書籍簡介 本書帶領讀者踏上一場穿越時空、深入宇宙最深層奧秘的旅程。我們聚焦於當前宇宙學前沿的兩大核心議題：暗物質與暗能量。它們如同宇宙舞颱上的幽靈舞者，主宰著星係的形成、星係的運動，乃至整個宇宙的膨脹命運，卻至今未被直接觀測到。 第一部分：看不見的基石——暗物質的追尋 暗物質，這個占據宇宙物質總含量約85%的神秘實體，是構建我們所見星係和星係團的“骨架”。如果宇宙是一棟宏偉的建築，暗物質就是那不可見的鋼筋混凝土。 第一章：引力的迴響——從觀測到推斷 本章追溯瞭暗物質概念誕生的曆史軌跡。從弗裏茨·茨威基在20世紀30年代對後發星係團的運動速度分析，到維拉·魯賓對鏇渦星係鏇轉麯綫的精確測量，我們展現瞭引力異常如何迫使科學傢們接受“缺失質量”的存在。我們將詳細解析開普勒定律在星係尺度上的失效，以及如何通過分析重力透鏡效應（包括強透鏡和弱透鏡）來“描繪”齣暗物質的分布圖景。 第二章：候選者的譜係——粒子物理的猜想 暗物質究竟由什麼粒子構成？這是本研究領域最核心的問題。本章將係統梳理當前最有力的理論候選者。我們將深入探討弱相互作用重粒子 (WIMP) 模型的興衰，分析其在早期宇宙中的産生機製和預期的可探測信號。隨後，我們將轉嚮更輕量級的可能性，例如軸子（Axions），討論它們如何優雅地解決標準模型中的“強CP問題”。此外，我們還將審視惰性中微子（Sterile Neutrinos）以及其他新穎的、非碰撞性的暗物質模型（如Fuzzy Dark Matter），解析它們各自對早期宇宙演化的獨特影響。 第三章：地底的守望者與太空的偵察兵 如何直接捕捉到這些與普通物質極其微弱作用的粒子？本章詳細介紹瞭全球範圍內正在進行的“暗物質直接探測”實驗的精妙設計與技術挑戰。從深埋於礦井之下的液氙（如LUX-ZEPLIN, XENONnT）和液氬探測器，到利用超低溫半導體和晶體材料的實驗，我們將解析它們如何努力區分來自暗物質的微弱反衝信號與背景輻射的乾擾。同時，我們將考察間接探測的策略，即尋找暗物質粒子湮滅或衰變時産生的伽馬射綫、宇宙射綫或中微子信號，重點關注費米伽馬射綫空間望遠鏡和冰立方中微子望遠鏡的最新發現。 第四章：星係形成中的暗物質暈 暗物質不僅決定瞭星係的整體質量，更深刻地影響瞭星係的結構和演化曆史。本章將聚焦於數值模擬的成果。我們介紹N體模擬（N-body simulations）如何成功復現宇宙網、星係團的形成以及單個星係內暗物質暈的結構。討論諸如“小質量缺失問題”（Missing Satellites Problem）和“洪流問題”（Too Big to Fail Problem）等模擬與觀測之間的微小偏差，以及如何通過改進星係形成反饋機製來調和這些差異。 第二部分：宇宙的加速器——暗能量的謎團 暗能量，這個占據宇宙總能量密度約70%的神秘力量，是驅動宇宙加速膨脹的幕後推手。它挑戰瞭我們對引力本質的最基本理解。 第五章：膨脹的變奏——從哈勃到加速膨脹 本章追溯瞭宇宙加速膨脹發現的曆史，從愛德溫·哈勃的綫性膨脹定律，到20世紀末兩位獨立團隊通過Ia型超新星觀測獲得的顛覆性結果。我們將詳細剖析Ia型超新星作為“標準燭光”的校準過程，以及如何利用它們跨越數十億光年的距離來精確測量宇宙的膨脹率隨時間的變化。 第六章：宇宙學常數與第五種元素 暗能量的本質是什麼？本章探討瞭兩個主要的理論框架： 1. 宇宙學常數 ($Lambda$)： 源自愛因斯坦場方程，代錶瞭真空本身的能量密度。我們將深入討論量子場論對真空能的預測，以及著名的“宇宙學常數問題”——理論預測值與觀測值之間高達120個數量級的驚人差異。 2. 動態暗能量模型： 探索超越靜態宇宙學常數的可能性，例如精質（Quintessence）模型。這類模型假設暗能量是一種隨時間演化的標量場，其狀態方程（$w$）可以偏離-1。本章將解析如何利用觀測數據來約束$w$及其演化軌跡。 第七章：宏觀幾何的探針——繪製宇宙視界 確定暗能量性質的關鍵在於精確測量宇宙膨脹的曆史。本章係統介紹瞭用於約束暗能量的其他主要觀測手段： 重子聲學振蕩（BAO）： 利用早期宇宙聲波在物質分布中留下的周期性痕跡，BAO作為“標準尺子”，提供瞭對宇宙尺度的獨立測量，極大地限製瞭暗能量的參數空間。 星係紅移巡天（如Sloan Digital Sky Survey, DESI）： 介紹大規模三維星係分布圖的繪製如何幫助我們理解暗能量影響下結構增長的細節。 未來觀測的展望： 討論詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（JWST）在觀測早期星係和更精確測量超新星方麵的潛力，以及即將到來的歐幾裏得（Euclid）和薇拉·魯賓天文颱（Vera C. Rubin Observatory）如何以前所未有的精度繪製暗物質和暗能量的“三維地圖”。 第八章：引力理論的邊界與新興的挑戰 暗能量的加速膨脹可能暗示著我們對引力的理解需要修正。本章探討瞭修改引力理論（Modified Gravity），例如DGP模型或張量-矢量-標量引力（TeVeS）等，它們試圖在不引入新物質或能量的情況下，解釋宇宙的加速膨脹。我們比較瞭修改引力理論與標準$Lambda$CDM模型在預測星係團的形成速度和潮汐力效應上的細微區彆，這為我們區分“新物質”和“新物理”提供瞭關鍵的實驗判據。 結語：統一的未來 本書最後展望瞭在未來十年內，暗物質和暗能量研究可能達成的突破。我們探討瞭理論物理學傢如何尋求一個統一的框架，將標準模型粒子、暗物質粒子以及驅動宇宙膨脹的暗能量納入一個宏大理論之中。從微觀粒子探測到宏觀宇宙結構測量，我們將展示人類如何一步步揭開宇宙隱藏的95%的麵紗，重塑我們對實在（Reality）的根本認知。這本書不僅是一次對現有知識的梳理，更是一次對下一代偉大發現的激情邀請。

作者簡介

張洞生

　　1934年生，現在是一個80餘歲的退休老人，

　　一個業餘的黑洞理論和宇宙學的愛好者。

　　Email：zds@outlook.com

《黑洞宇宙學概論》內容簡介    I
《作者序和內容提要》    III
《黑洞宇宙學概論》前言    XI

第一篇 黑洞理論的新進展和完善
1-1史瓦西黑洞的5個普遍公式的建立和普朗剋領域    4
1-2黑洞因發射霍金輻射mss隻能最後消失在普朗剋領域    27
1-3黑洞吞噬外界能量-物質而膨脹和因發射霍金輻射mss而收縮都是其本質屬性    30
1-4用經典理論解釋黑洞Mb發射霍金輻射mss的機理    34
1-5黑洞的壽命τb，發射2個鄰近霍金輻射mss的間隔時間—dτb    41
1-6黑洞Mb和其霍金輻射mss信息量Io，Im和熵SB，SBbm    44
1-7恆星級黑洞塌縮前後的霍金熵比公式的物理意義    51

第二篇 黑洞理論和宇宙學完善的結閤成為《黑洞宇宙學》
2-1證明我們宇宙是一個質量為Mu=1056g的真正的宇宙黑洞    64
2-2根據什麼原理來確定我們宇宙準確的誕生時刻tm？    70
2-3求宇宙誕生時的時刻+tm，和重新結閤成的新粒子Mm    --72
2-4宇宙誕生時新粒子Mm與普朗剋粒子mp的比較    76
2-5前輩宇宙是如何在普朗剋領域消失的？    77
2-6我們新宇宙是如何從舊宇宙的廢墟中誕生的？    78
2-7宇宙「原初暴漲」的機理和宇宙誕生的「宇宙大爆炸」　　81
2-8從宇宙7種大小不同的典型黑洞Mb的演變，來分析各種宇宙黑洞的參數的變化規律，數位化的宇宙新「時間簡史」。    88
2-9用作者黑洞理論新公式的計算資料核對「大爆炸標準宇宙模型」資料的正確和錯誤    100
2-10對黑洞和宇宙學中的一些重大問題的解釋、分析和結論    106
2-11宇宙中物質和能量的演變，人類的危機和命運    116

第三篇 用新黑洞理論和公式解決《黑洞宇宙學》中的一些重大問題
3-1用作者的新黑洞理論和公式推導齣精密結構常數1/α=Fn/Fe=hC/(2πe2)，Ln和1/α的物理意義    131
3-2宇宙微波背景輻射溫度Turm=2.7k的新計算方法    144
3-3對廣義相對論方程的質疑(1)----先天不足。「廣義相對論方程的根本缺陷是沒熱力以對抗引力」    156
3-4對廣義相對論方程的質疑(2)----後天失調。「為何解廣義相對論方程會得齣『奇點』、弗裏德曼模型和史瓦西度規等結論都背離實際？」   176
3-5用黑洞模型和新公式可準確地計算齣狄拉剋大數2.27×1039    213
3-6黑洞Mb和其霍金輻射mss的特性，隻有用經典理論纔能解釋黑洞發射霍金輻射的機理    222
3-7黑洞的霍金輻射mss的信息量Io，Im和熵SB，SBbm；黑洞的熵和熱力學的熵    242
3-8黑洞是大自然偉大力量的産物，人類也許永遠不可能製造齣來任何「真正的人造引力黑洞」    268
3-9一個猜想：宇宙的加速膨脹可能是我們宇宙黑洞在早期與另一宇宙黑洞的碰撞和閤併所造成的    294

後記    314

作者序與內容提要

　　恩格斯：「一個民族如要站在科學的最高峰，一刻也不能沒有理論思維。」

　　龐加萊：「科學傢並不是因為大自然有用纔去研究它。他們研究大自然是因為他們從中得到瞭樂趣，而這種樂趣來源於大自然的美。大自然的美是深邃、本質的美，它來自各部分和諧的秩序，並且能為一種純粹的智慧所掌握。」他認為，「大自然的簡單和深遠都是美。」作者在本書中僥倖而創意地提齣瞭一門新的前沿科學學科，名為《黑洞宇宙學》，它將一個過去抽象的、猜測的天體物理概念，變成為一個有自洽的理論基礎、一組適用的數學公式和符閤近代觀測的一整套資料的學科。這是一門很有深意、值得人們永遠思考探索、和為之添磚加瓦或改樑換柱的學科，因為「宇宙」的本意就是錶示時間上空間上是無限的、人類智慧不可窮盡的大自然。

　　《黑洞宇宙學》是一門什麼學問？它是用作者新完善的黑洞理論的5個公式為基礎，證明我們宇宙從始至終就是真實的「黑洞」，其生長衰亡的規律完全符閤黑洞的生長衰亡演變規律。本書不隻是定性的說明和解釋，而是有定量的數值計算和分析，因此它是一門科學。不管人們是認同或否定作者在本書中的觀念、論證、數學公式和結論，但是作者首先提齣瞭《黑洞宇宙學》這個理論作為一門新學問，至少可為後來有興趣的學者們起到「拋磚引玉」的帶頭作用。

　　本書適閤於高中大學理科生和各科老師們作為課外讀物，以增廣興趣，擴張視野，創新思維，鼓勵人們不必跟在前輩科學巨人的屁股後麵追趕而望塵興嘆，而要善於利用其成就，站在他們的肩膀上找尋新的起飛點，走齣新路。本書是想像力與理性結閤的産物。閱讀本書雖不需要有高深復雜的數學，因為本書隻運用大師們推導齣來的現成的經典公式，而無需知道其來源和復雜高深的推導過程。但需要讀者們熟知大量近代和古典物理學各科的基本觀念和理論。讀者們如果瞭解瞭本書中的觀念和公式，再去研究相對論、量子力學、熱力學等，會有新觀念和新視野。

评分☆☆☆☆☆

這本書的名字叫《黑洞宇宙學概論》，光聽名字就讓人覺得深邃而迷人。我一直對宇宙的奧秘充滿好奇，尤其是那些吞噬一切的神秘天體——黑洞。它們的存在，挑戰著我們對空間、時間和物質的認知極限。這本書的標題暗示著它會帶領我們深入瞭解黑洞在整個宇宙結構形成和演化過程中扮演的角色。我期待它能用通俗易懂的語言，為我揭示黑洞形成的機製，它們內部可能存在的奇特現象，以及它們如何影響星係、恒星乃至整個宇宙的命運。是否會涉及黑洞的閤並、霍金輻射，或者更前沿的量子引力理論在黑洞研究中的應用？這些都是我非常感興趣的方麵。同時，我也想知道這本書是否會包含一些最新的天文觀測成果，比如引力波探測到的黑洞閤並事件，或者事件視界望遠鏡拍攝到的黑洞“照片”。對於像我這樣的普通讀者而言，一本好的科普讀物不僅需要嚴謹的科學內容，更需要引人入勝的敘述方式，能夠激發閱讀的興趣，並留下深刻的思考。我希望這本書能夠做到這一點，讓我能更清晰地理解那些抽象的物理概念，並感受到宇宙的宏偉與壯麗。

评分☆☆☆☆☆

我最近翻閱瞭一本名為《黑洞宇宙學概論》的書，它的內容給我留下瞭深刻的印象。首先，作者在開篇就以一種相當宏大的視角，將黑洞的形成與宇宙的早期演化緊密聯係起來。這種寫法非常吸引人，它不像很多科普書那樣枯燥地羅列概念，而是通過一種講故事的方式，將讀者帶入到宇宙的洪荒年代，去感受那些塑造瞭我們今天所見宇宙的原始力量。書中對早期宇宙如何孕育齣第一批恒星，以及這些恒星最終如何塌縮成黑洞的描述，細節豐富，邏輯清晰。我特彆欣賞的是，作者並沒有迴避那些復雜的物理理論，而是巧妙地將它們融入到敘述中，讓讀者在不知不覺中理解瞭例如廣義相對論在黑洞描述中的核心地位。書中關於黑洞的分類，從恒星級黑洞到超大質量黑洞，其形成機製和在宇宙中的分布特點，也做瞭詳盡的闡述。我感覺作者在這方麵投入瞭大量的研究，並且能夠以一種非常係統的方式呈現齣來，這對於我這種想要對黑洞有一個全麵認識的讀者來說，無疑是一大福音。

评分☆☆☆☆☆

這本《黑洞宇宙學概論》給我的感覺是，它不僅僅是一本關於黑洞的科普書，更是一部關於宇宙演化的史詩。作者在書中對黑洞在星係形成和發展過程中的作用進行瞭深入的探討，這一點讓我倍感新奇。過去我一直認為黑洞隻是宇宙中的“吞噬者”，但這本書讓我看到瞭它們更積極的一麵——它們如何通過吸積盤噴射齣高能粒子流，影響星係中的恒星形成，甚至塑造星係的整體形態。書中描繪的超大質量黑洞與它們所在的星係之間協同演化的圖景，充滿瞭力量感和宇宙的宏偉。我特彆喜歡作者對那些“宇宙引擎”——活動星係核——的描述，仿佛能夠親眼看到巨大的能量從宇宙深處噴薄而齣。這種視角非常獨特，它將黑洞從一個孤立的個體，提升到瞭宇宙結構互聯互通的關鍵節點。這本書讓我對宇宙的理解，從靜態的星體觀測，轉嚮瞭動態的演化過程，這種轉變是巨大的，也讓我對宇宙充滿瞭敬畏之情。

评分☆☆☆☆☆

《黑洞宇宙學概論》這本書的語言風格非常具有感染力，它能夠將那些極其復雜和抽象的科學理論，用一種詩意盎然的方式呈現齣來。我尤其喜歡書中對於黑洞“奇點”的描述，作者並沒有將它僅僅看作是一個數學上的無窮大，而是將其描繪成宇宙中最神秘、最極端的場所，在那裏，我們所熟知的物理定律可能都會失效。這種帶有想象力的描繪，激發瞭我無限的遐想，讓我不禁思考，在奇點之外，是否存在著我們尚未知的宇宙法則？書中對黑洞閤並時産生的引力波的解讀，更是讓我仿佛置身於宇宙的深層震蕩之中，感受到宇宙的脈動。它讓我明白，黑洞不僅僅是靜態的存在，更是宇宙中能量和信息傳遞的重要媒介。這本書讓我覺得，科學探索的道路上，充滿著令人驚嘆的美麗和無盡的未知，而黑洞，正是通往這些未知世界的鑰匙。

评分☆☆☆☆☆

我懷揣著對宇宙深處終極奧秘的好奇，翻開瞭《黑洞宇宙學概論》。這本書的敘述方式極其獨特，它並沒有直接從黑洞本身講起，而是從我們人類觀測宇宙的曆程入手，通過對曆史上的重要天文發現的迴顧，循序漸進地引齣黑洞存在的理論依據和觀測證據。這種“由近及遠”的敘事手法，讓我更容易理解那些抽象的物理概念是如何一步步被科學傢們發現和證實的。書中對愛因斯坦的廣義相對論以及它預言黑洞的誕生，有著非常生動的解釋，仿佛能看到那位偉大的物理學傢是如何在思考中勾勒齣這些奇異天體的輪廓。我特彆欣賞書中對於“視界”這一概念的闡述，它不僅僅是一個物理邊界，更是我們認知黑洞的“不歸點”，這種哲學層麵的思考，讓這本書超越瞭單純的科學介紹。對於那些對科學史和物理學發展脈絡感興趣的讀者來說，這本書無疑提供瞭一個非常精彩的視角。