宇宙零時:從太陽系倒流回大霹靂,宇宙謎團的解答之書

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張天蓉
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具体描述

相對論|重力波|暗物質|大霹靂|上帝粒子

  ─────宇宙謎團的終極解答之書─────

  不只是要讓你一本讀懂,而是要讓你徹底愛上天體物理學!

  ▎難倒無數科學家、最精彩的物理學悖論!
  ‧夜空為什麼是黑的?──奧伯斯悖論
  ‧宇宙中的重力無限大,為什麼世界沒有撕裂爆炸?──重力悖論
  ‧當宇宙的「熵」達到最大值,剩下一片死寂?──熱寂說悖論

  ▎「大霹靂」是一場大爆炸嗎?
  許多人會將宇宙演化的初始時刻,
  理解為像炸彈一樣的「大爆炸」:火光沖天、碎片亂飛。
  但實際上,炸彈爆炸是物質「向空間的擴張」,
  而對大霹靂而言,根本不存在所謂「外部空間」,
  只有三維空間「自身」隨時間的「平穩」擴張。
  有趣的是,據說科學家們曾經想要改正這個名字,
  但終究也沒有找到更恰當的名稱!

  ▎為什麼說黑洞「無毛」?
  理論物理學大師惠勒,善於用形象的詞彙命名物理學名詞,
  「黑洞無毛」的命名也是出自他之手!
  「黑洞無毛」是對古典黑洞的簡單性敘述,
  就是說無論什麼樣的天體,一旦塌縮成為黑洞,
  它就只剩下電荷、質量和角動量三個最基本的性質。
  據說這個說法一開始被專業人士抵制,
  認為它暗含了某種淫穢的意義;
  但社會大眾卻欣然接受這個詞彙,也很少有人想歪!

  ▎「平行宇宙」是什麼概念?
  因為光速以有限的速度傳播,故無論使用多麼先進的儀器,
  也只能觀察到距離我們「460億光年以內」的宇宙;
  也就是說,超出460億光年的宇宙,便可被視為是「平行宇宙」!
  又由於粒子有限的排列方式,就可能導致:
  平行宇宙中有一個一模一樣的你!
  不過,那個「你」雖然和你長得一模一樣,
  行為卻不見得跟你相同……
  (你跟「你」也不可能相見就是了!)

  ★從牛頓到愛因斯坦,從原子到宇宙,無人能抵擋天外的永恆誘惑★

  本書致力於以淺白的筆法,為讀者揭開宇宙謎團的終極解答:
  宇宙到底有多大?宇宙長什麼樣子?宇宙來自何處?將來如何演變?宇宙是否有開始有結束?牛頓描述的宇宙與現代的宇宙觀有何不同?宇宙到底有限無限……

  這些互相關聯的種種宇宙奧祕,無論對博學的知識分子、還是對好奇心強的人們,都是一種永恆的誘惑。
 
好的,这是一本关于宇宙历史、哲学思辨与科学探索的深度解读之作,它不涉及您提到的那本书的内容,而是专注于宇宙的起源、演化,以及人类在其中所扮演的角色。 --- 书名:群星的低语:从观测到存在的边界 作者:[作者名] 简介: 在这本深入探讨宇宙奥秘的著作中,我们将踏上一段横跨数十亿光年的旅程,审视我们所处的现实是如何构建起来的。本书并非对已知事实的简单罗列,而是一次对宇宙学、天体物理学和基础物理学核心问题的哲学性拷问。我们旨在揭示,那些看似确凿的科学理论背后,潜藏着多少未解的谜团,以及人类理性在试图理解宏大结构时的局限与辉煌。 第一部分:观测的尺度与局限 我们从人类的视角出发,探讨“看见”宇宙的本质。本书首先构建了一个基于电磁波谱的宇宙图景。从伽马射线的暴发现象到射电望远镜捕捉到的最远古信号,我们细致考察了现代天文学如何通过观测来重建时间。重点关注的是宇宙微波背景辐射(CMB)——这面“古老的回声墙”。我们不仅解释了它的物理起源,更深入剖析了它所携带的早期宇宙的拓扑信息。在这个阶段,我们探讨了观测的极限:我们能看到的最远点是否就是时间的原点?视界(Horizon)与粒子视界(Particle Horizon)的差异,揭示了我们对整体宇宙认知的结构性缺陷。 我们随后转向对宇宙中物质分布的精细描绘。星系团的形成、大尺度结构的网状分布(Cosmic Web),这些宏伟的结构如何从最初的量子涨落中涌现?这里引入了暗物质与暗能量的概念,不是作为最终答案,而是作为我们当前模型中的两大“占位符”。本书批判性地审视了现有模型(如Lambda-CDM模型)的成功之处,同时也毫不留情地指出了其内部的矛盾与需要修正之处,例如哈勃张力的持续不协调。 第二部分:时空与引力的形而上学 当我们凝视更深处时,我们必须面对爱因斯坦留下的遗产——广义相对论。本书将相对论的几何语言转化为一种对时空本质的深刻理解。我们讨论了引力如何不仅是力的作用,更是时空自身的弯曲。重点章节将聚焦于黑洞物理学,将其视为时空结构被推向极限的天然实验室。 但黑洞不仅仅是坍缩的恒星残骸;它们是信息悖论的中心。信息是否真的会从宇宙中消失?量子力学与广义相对论在奇点处的失效,构成了我们理解物理学统一性的最大障碍。我们探讨了诸如信息守恒、霍金辐射的含义,以及黑洞熵对宇宙热力学的深刻启示。本书不回避关于“信息”这一概念本身在物理学中的模糊地位,试图将其置于一个更广阔的物理哲学框架下考察。 在时空部分,我们还探讨了时间的方向性问题。为什么宇宙是膨胀的而不是收缩的?为什么熵总是增加的?“时间之箭”的起源,从热力学、宇宙学到量子力学,被视为一个需要跨学科统一解释的根本问题。 第三部分:量子泡沫与实在的基石 本书的第三部分将焦点从宏观的星系转向微观的基本粒子与场的世界。我们深入研究了粒子物理学的标准模型,不是简单地介绍它的粒子家族,而是剖析其内在的对称性与破缺机制。对称性在物理学中的核心地位,以及自发对称性破缺如何塑造了我们所感知的世界,是本部分的关键议题。 更进一步,我们将探索超越标准模型的边界。引力的量子化,即寻找量子引力理论,是现代物理学的圣杯。本书将对比超弦理论、圈量子引力等主要竞争者,侧重于它们如何尝试解决时空在普朗克尺度下颗粒化的问题。我们审视了“背景独立性”在这些理论中的处理方式,并讨论了“维度”的概念在弦论中的多余性与必要性。 我们尤其关注量子场论的深层含义。真空并非空无一物,而是充满了虚粒子和涨落的海洋。这种“量子泡沫”的概念,对“实在”的定义提出了挑战:我们日常体验到的稳定物质,不过是这些持续波动中的短暂凝聚态。 第四部分:复杂性、涌现与生命的角色 在对宇宙的结构和基本定律进行梳理后,本书将目光转向“复杂性”的涌现。宇宙如何从均匀的早期状态演化出具有高度组织性的结构,如恒星、行星、化学分子,乃至生命?这是一个关于“涌现现象”的探讨。 生命,从物理学的角度看,是一种特殊的耗散结构,它通过高效地消耗能量梯度来维持自身的低熵状态。本书以开放的视角考察了生命在宇宙中的普遍性或独特性。我们探讨了行星宜居性的物理条件,以及生物化学的出现是否是宇宙演化路径中一个必然的或高度偶然的步骤。这不是一本生物学书籍,而是探讨生命作为一种物理过程在宇宙宏观演化中的位置。 最后,本书回归到人类理性本身。我们是如何发展出描述如此广袤世界的数学工具的?这种数学与物理世界的惊人契合(“物理学的不可思议的有效性”)是宇宙的固有属性,还是人类思维的内在结构在宇宙中投射的结果?本书以对“理解”本身的深刻反思作结,邀请读者重新审视我们对知识的渴望与科学探索的终极意义。 结语: 《群星的低语》旨在提供一种全景式的、批判性的宇宙观。它不提供确定性的终极答案,而是呈现了一幅由深邃问题、迷人猜想和坚实观测交织而成的挂毯,引导读者在面对宇宙的浩瀚与自身的渺小时,找到一种既谦卑又充满求知欲的定位。

著者信息

作者簡介

張天蓉


  科普作家,美國德州奧斯汀大學理論物理博士,現居美國芝加哥。研究課題包括廣義相對論、黑洞輻射、費曼路徑積分、飛秒雷射、雷射探測晶體性質、高頻及微波通訊、EDA積體電路軟體等,發表專業論文三十餘篇。2012年開始出版了一系列科普著作,其文風深入淺出,趣味盎然,亦保持科學的嚴謹性,深得讀者喜愛,代表作品有《蝴蝶效應之謎:走近分形與混沌》、《世紀幽靈:走近量子糾纏》、《上帝如何設計世界:愛因斯坦的困惑》、《愛因斯坦與萬物之理:統一路上人和事》等。

图书目录


引言 宇宙深處泛漣漪――從重力波談宇宙學

第一章 去宇宙逍遙
1.從地球出發
2.太陽的生命週期
3.群星燦爛也不燦爛
4.錢德拉塞卡極限
5.天上有個好萊塢
6.河外星系知多少

第二章 牛頓的宇宙
1.永恆而穩定的宇宙圖景
2.夜空為什麼黑暗
3.重力悖論
4.熱寂說悖論

第三章 有關無限的數學悖論
1.悖論、悖論知多少
2.芝諾帶你走向無窮小
3.希爾伯特旅館悖論
4.缸中之腦
5.無限猴子定理

第四章 學點相對論
1.狹義相對論
2.廣義相對論
3.重力場方程式
4.相對論的實驗驗證和應用
5.不同的內蘊幾何

第五章 探測重力波
1.宇宙學中的基本測量
2.探測重力波――時空的漣漪
3.電磁波和重力波
4.重力波速度為何等於光速
5.韋伯――探測重力波的先驅

第六章 黑洞物理
1.史瓦西解和黑洞
2.黑洞無毛
3.霍金輻射
4.宇宙中的恆星黑洞
5.超大黑洞和極小黑洞
6.雙黑洞和重力波

第七章 哈伯定律
1.欲上九霄攬銀河,浩瀚星海任遨遊
2.光――探索宇宙的利器
3.膨脹的宇宙
4.超光速的困惑
5.宇宙的形狀

第八章 大霹靂模型
1.為宇宙膨脹建造模型
2.渾沌開竅宇宙誕生
3.霍伊爾的堅持
4.微觀世界的祕密
5.從夸克到宇宙
6.宇宙如何演化
7.探尋宇宙的第一束光
8.隱藏宇宙奧祕的古老之光

第九章 大霹靂的謎團和疑難
1.對大霹靂的誤解
2.視界疑難
3.平坦性疑難
4.磁單極子疑難
5.上窮碧落下黃泉,暗物詭異難露面
6.宇宙常數解疑難,捕風捉影論真空

第十章 暴脹的宇宙
1.超級暴脹補缺陷
2.對稱破缺,真空相變
3.平行宇宙似科幻

參考文獻
 

图书序言

  • ISBN:9789865552671
  • 規格:平裝 / 296頁 / 17 x 23 x 1.48 cm / 普通級 / 單色印刷 / 初版
  • 出版地:台灣

图书试读



  這是一本難得一見的好書。我從事天體物理研究,對宇宙學也很感興趣,見到此書一氣讀完,真是愛不釋手,積極推薦該書,無論您從事何種工作,在百忙之中抽空閱讀此書,獲益匪淺。

  我與作者是1980年代在美國德克薩斯大學奧斯汀分校相識的,她師從數學物理學家C.DeWitt-Morette教授攻讀博士學位,她與著名理論物理學家J.Wheeler教授也經常交往,其理論物理基礎和數學能力引人注目,受到導師們的稱讚。

  這是一本用生動有趣的語言,深入淺出揭開宇宙之迷的科普讀物。宇宙學是最古老的學科,也是最現代的學科。現代宇宙學包括密切聯繫的兩個方面,即觀測宇宙學和物理宇宙學。前者側重於發現大尺度的觀測特徵,後者側重於研究宇宙的運動學、動力學和物理學以及建立宇宙模型。

  從物理的觀點來解釋宇宙,稱為物理宇宙學。宇宙之大讓人震撼,宇宙之美令人遐想,宇宙物理學提出一個又一個難解之迷。

  宇宙學可以說已經有過好幾次革命:哥白尼的日心說,第一次將人類的宇宙觀移到地球之外;哈伯透過大型望遠鏡的鏡頭,確定了數不清的星系;而現代物理宇宙學,讓人類思考和研究宇宙的演化與起源。

  近代宇宙學到底研究些什麼?有哪些具體的重要進展?這個領域的發展實在太快,廣大民眾可能還知之甚少,即使是在學術界,大多數人對近年來宇宙學的事件也只是知其然,而不知其所以然,並且對其(特別是對大霹靂理論)存在著很多的迷惑和誤解。有些人認為大霹靂是毫無證據的假說、天方奇譚,甚至將其稱為「西方宇宙學」。然而這不是事實,儘管我們無法直接驗證宇宙的「大霹靂」,也不能斷定它就一定是宇宙演化歷史的正確描述,但是由於有航太實驗衛星大量數據的支持,學界主流的大多數人已經承認和接受這個理論。作者作為一名科學工作者,有必要科普現代宇宙學的知識,讓廣大民眾正確認識大霹靂理論,了解其來龍去脈,以及其中存在的疑難問題。

  宇宙到底有多大?宇宙長什麼樣子?宇宙來自何處?將來如何演變?宇宙是否有開始有結束?牛頓描述的宇宙與現代的宇宙觀有何不同?宇宙到底有限無限?這些互相關聯的種種宇宙奧祕,無論對博學的知識分子,還是對好奇心強的人們,都是一種永恆的誘惑。讀完本書,你會對上面提出的問題有一些基本的認識,更為重要的是,你可能會對這個環繞在我們周圍最大、最神祕的未知世界,產生濃厚的興趣。

  為了讓廣大讀者盡快步入浩瀚的宇宙,作者以有限而簡練的篇幅介紹了天文觀測的豐富多彩的成果,由太陽系一直到銀河外星系,介紹與現代宇宙學密切相關的哈伯定律,並借助於發現重力波的陣陣漣漪,走向宇宙學已經敞開的大門,以通俗易懂的語言、深入淺出的例子,帶你輕鬆愉快地涉足於宇宙學最前沿。

  書中也提到當今宇宙學標準模型存在的許多疑難,啟發人們對宇宙問題的思考。物理學的天空從來就不是晴空萬里,二十世紀初的兩朵烏雲掀起了古典物理的革命,從中誕生了相對論和量子論。如今,現代宇宙學天空中的重重疑雲和片片暗點,又將帶給我們些什麼呢?人類期待著下一個愛因斯坦,期待著宇宙學及物理學的新一輪革命。

  對於關心和熱愛宇宙學的讀者來說,閱讀本書是一次陶冶身心和精神的饗宴,而我衷心希望讀者能夠喜歡該書。
 
李宗偉

用户评价

评分

說實話,市面上這麼多關於宇宙起源的書,很多都流於表面,或是過度依賴驚悚的標題來吸引人。但這本的厲害之處就在於,它真的深入到了「謎團」的核心。那些關於宇宙重子不對稱性、物質與反物質消失的謎團,作者沒有用那種「科學家還在研究」帶過,而是仔細拆解了現有的幾種主流假說,並且明確指出每種假說的優缺點和目前的證據限制。這種坦誠的態度,讓我感覺到這本書的作者是一位真正的知識傳遞者,他不是要給你一個標準答案,而是要訓練你如何去「問」出更好的問題。書中對於一些極端物理條件下的物質狀態描述,尤其精彩,那種在高壓、高溫下的物質行為,光是想像就覺得震撼,作者的文字功力讓這些抽象的概念變得具體可感,讀起來非常過癮,彷彿真的能觸摸到宇宙誕生初期的那種原始能量。

评分

我最近剛好在忙一個關於時間觀念的專案,所以對時間軸的探討特別有感觸。這本關於宇宙時間流動的書,它處理的層次感非常強烈,從我們日常生活中對時間的感知,到物理學上對時間箭頭的定義,再到大霹靂前後那個「零時」狀態的探討,脈絡清晰得讓人佩服。作者在不同的章節間切換自如,時而像個哲學家在辯證時間的意義,時而又像個嚴謹的科學家在演算數據。特別是當他談到宇宙的「開端」時,那種描述既充滿詩意又基於嚴謹的理論框架,讓我對「開始」這件事有了全新的理解。這本書的結構設計也很有巧思,它並不是按照時間順序簡單地往前講,而是不斷地在不同時間尺度上跳躍,這種跳躍反而更能凸顯不同尺度下物理定律的差異性與統一性。整體來說,它提供了一個非常立體和多維度的宇宙圖像,讓讀者在閱讀的過程中不斷修正自己原有的認知模型,這對我來說是最有價值的體驗。

评分

這本書的編輯和排版也值得稱讚,雖然內容非常紮實,但閱讀起來的壓力卻沒有那麼大。圖表的運用恰到好處,既不會多到讓人眼花撩亂,又總能在關鍵時刻提供視覺上的輔助,幫助理解複雜的理論模型。我個人比較注重作者的敘事風格,如果太過學術化,我很容易就分心了。但這位作者的文筆,我會形容它有一種「沉穩的熱情」,他對宇宙的奧秘充滿敬畏,但表達出來的文字卻是冷靜而精準的。尤其在最後幾章,當他開始探討宇宙的最終命運,從熱寂到大撕裂的可能性時,那種史詩般的宏大感油然而生,讓人不禁思考起我們自身在這樣無邊無際的時空中的位置。這不只是一本科學書,它更像是一部關於存在本身的沉思錄,引導讀者去思考「我們從哪裡來,要到哪裡去」的終極叩問。

评分

這本書的封面設計得很有意思,那種深邃的藍和一點點閃爍的星光,讓人一看就覺得是本硬核的科普書,但讀起來卻一點都不枯燥。作者的筆觸非常生動,他好像很有辦法把那些艱澀的物理學概念,像是量子糾纏或是暗物質,用非常生活化的比喻講出來。我記得有一次他講到時間的本質,那個比喻真的讓我茅塞頓開,之前看過的許多科普文章都像是在描述一條筆直的線,但這本書卻讓我感覺到時間其實是一個更複雜、更有層次的結構。尤其在講述宇宙膨脹的那些段落,那種從宏觀尺度深入到微觀細節的敘事方式,讓人彷彿跟著作者一起搭乘時光機,從現代倒退回那個連基本粒子都還沒形成的混沌狀態。對於從小就對天文學有興趣的讀者來說,這本書絕對是值得收藏的,它不只是知識的堆疊,更是一種帶領讀者思考宇宙終極問題的引路者。我特別欣賞作者那種對未知保持謙卑的態度,面對這麼多科學還沒能完全解釋的謎團,他沒有故作高深,而是坦誠地呈現我們目前所知的邊界。

评分

我個人對於宇宙學的興趣點比較偏向於參數的測量和實驗驗證,所以一開始有點擔心這本書會太過哲學化。沒想到,它成功地在理論推導和實驗數據之間找到了絕佳的平衡點。作者在介紹理論模型時,都會適時地穿插近期重要的觀測成果,例如像是引力波的探測,或是普朗克衛星的數據分析,這讓整個宇宙的敘事不只是停留在紙上談兵,而是緊密地跟著當前科學研究的最前線在走。讀完之後,我感覺對現今宇宙學研究的幾個主要前沿方向有了更清晰的定位,知道哪些問題是科學界普遍認可的,哪些是還在激烈辯論的。這對於一個想持續關注這個領域的讀者來說,提供了非常寶貴的知識地圖。它不只是解釋了「為什麼」,更重要的,它告訴了我們「接下來要怎麼做」。這種務實中帶著浪漫的寫作風格,確實是這本書最吸引我的地方。

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