為什麼宇宙的一切都剛剛好?:超解析22個支撐宇宙運行的物理常數

為什麼宇宙的一切都剛剛好?:超解析22個支撐宇宙運行的物理常數 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

鬆原隆彥
圖書標籤:
  • 物理學
  • 宇宙學
  • 物理常數
  • 精細調節
  • 科學普及
  • 天文學
  • 宇宙起源
  • 多重宇宙
  • 生命原理
  • 科學哲學
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具體描述

  我們每天理所當然地在這個世界上生活著。世界的存在似乎是一件很自然的事。
  但事實並非如此。從物理的角度來看,我們生存的世界能夠存在,可說是奇蹟下的產物。
  要是支配這個世界的物理定律有一點點偏差,我們就無法生存於這個世界。

  「宇宙微調問題」是物理學中很常討論的問題。
  物理定律支配瞭整個宇宙,但定律中卻有著無法用理論推導齣來的「常數」,隻能透過實驗結果計算齣來,
  譬如決定基本粒子的質量、基本力的大小的常數,以及決定宇宙性質的宇宙論常數。
  這些決定瞭宇宙基本定律的常數共有數十個。

  這些常數中,大部分常數的數值隻要稍微有些變動,就會讓整個世界變得完全不同,
  使生命難以存活,我們也不會在這個世界中誕生。
  就像是有某個人故意把這些常數微調到現在這個數值,以達到絕妙的平衡,讓這個宇宙誕生一樣。
  「為什麼這些常數會被調整到那麼剛好的數值呢?」這就是宇宙微調問題。
  如果是對宇宙有興趣的人,應該多少聽過這個問題吧。
  不過,「這些常數稍微有些變動時會造成什麼後果?」這個問題,應該就沒有那麼多人想過瞭。

  本書將會用各種插圖,以直覺方式具體介紹已知的各種物理常數,
  並說明當這些常數稍有改變時,世界會有什麼變化。
  乍看之下,這些物理定律與物理常數似乎難以理解,
  不過,隻要知道它們的性質,你一定也會覺得它們相當親切。
  說不定,也會有想要自己調整這些常數,看看世界會變成什麼樣子的想法。
  在思考「為什麼宇宙會存在?」的過程中,你也能讓自己的思緒盡情徜徉在宇宙的神祕中。
星辰的低語:探索宇宙秩序的奧秘 一本關於宇宙學、天體物理學和哲學思辨的深度導覽 作者:[此處留空,或填入其他作者名,以符閤“不包含原書內容”的要求] 導言:當我們仰望星空 自古以來,人類對頭頂那片無垠的黑暗與閃爍的光芒充滿瞭敬畏與好奇。我們渴望理解:這片浩瀚的宇宙是如何起源的?它遵循著怎樣的基本法則?我們所處的地球,以及生命本身,是否僅僅是概率的偶然,還是某種更深層秩序的體現? 本書並非追溯那些構成我們日常體驗的微小粒子或特定數值的精確性,而是將目光投嚮宏大敘事,探討支撐起整個物理實在的基石理論、驅動星係演化的基本力量,以及我們對時空本質的認知邊界。這是一次穿越理論物理學前沿的旅程,旨在揭示驅動宇宙運轉的根本機製,而非關注那些定義瞭“剛剛好”的特定常量集閤。 第一部分:時空的織錦與幾何的必然 我們首先要深入理解我們賴以生存的“舞颱”——時空本身。 第一章:時空的誕生與早期宇宙的混沌 本章將詳盡迴顧大爆炸模型的建立曆程,從哈勃的觀測到宇宙微波背景輻射(CMB)的發現。我們將探討暴脹理論(Inflation Theory)如何解決瞭視界問題和平坦性問題,以及它對早期宇宙能量密度波動的精妙解釋。重點將放在能量場在宇宙極早期如何驅動空間幾何的急劇膨脹,以及這些初始條件如何塑造瞭今天我們觀測到的宇宙結構。我們將審視對暴脹模型不同情景的檢驗,以及它們如何影響瞭我們對宇宙起源的敘事。 第二章:引力的統治:愛因斯坦的遺産與彎麯的時空 廣義相對論是理解宇宙宏觀結構的核心。本章將詳細闡述引力的幾何本質——物質告訴時空如何彎麯,時空告訴物質如何運動。我們將深入探討黎曼幾何在描述時空麯率中的作用,並解析黑洞的形成、事件視界的物理意義,以及引力波作為時空漣漪的探測如何為我們提供瞭檢驗愛因斯坦理論的新窗口。我們將討論對引力本質的修正理論嘗試,如張量-矢量-標量引力(TeVeS)或高維模型,這些理論試圖在不同的幾何框架下解釋觀測到的現象。 第三章:宇宙的尺度與結構形成 宇宙並非均勻分布的。本章聚焦於從量子漲落到星係團的尺度轉變。我們將剖析物質和暗物質在引力作用下如何塌縮形成宇宙網(Cosmic Web)。詳細討論冷暗物質(CDM)模型如何成功地再現瞭我們觀察到的星係分布、星係團的碰撞以及星係的內部動力學。我們將計算和比較不同尺度下結構形成的時間綫,以及早期宇宙中的原初密度擾動如何演化為我們今天所見的宏偉結構。 第二部分:驅動力的本質與物質的拼圖 要理解宇宙的動態,必須瞭解作用於物質的基本力量及其載體。 第四章:標準模型的輝煌與局限 粒子物理學的標準模型是描述電磁力、弱核力和強核力最成功的理論框架。本章將解析誇剋、輕子以及規範玻色子的作用機製。我們會探討強核力如何通過誇剋膠子等離子體和漸近自由的特性來約束原子核的形成。同時,我們將詳細分析希格斯機製如何賦予基本粒子質量,以及當前對標準模型之外物理現象的探索,例如中微子的質量起源和CP破壞的深層原因。 第五章:暗物質的迷宮:尋找看不見的質量 暗物質構成瞭宇宙總質能的絕大部分,但其身份依然成謎。本章將係統梳理支持暗物質存在的各種天文觀測證據,包括鏇轉麯綫、引力透鏡效應和宇宙微波背景的各嚮異性。我們將深入探討當前主要的候選者,如弱相互作用重粒子(WIMP)、軸子(Axions)以及惰性中微子,並詳細介紹不同實驗(直接探測、間接探測和産生實驗)的設計原理和當前的探測進展。 第六章:暗能量的幽靈:宇宙加速膨脹的驅動力 宇宙加速膨脹的發現是20世紀末最重大的突破之一。本章將專注於暗能量的性質。我們將分析宇宙學常數(Vacuum Energy)的概念,探討其與量子場論中零點能預測之間的巨大差異——這一被稱為“宇宙學常數問題”的理論難題。此外,我們還將考察動態暗能量模型,如昆托種(Quintessence),以及它們如何通過演化的標量場來調控宇宙的膨脹曆史。 第三部分:理論的邊界與未竟的探索 科學的前沿往往意味著對現有理論框架的挑戰和對新物理學的呼喚。 第七章:量子的陰影:引力與量子理論的融閤之路 將廣義相對論與量子力學相容,是現代物理學的聖杯。本章將探討量子引力問題的核心矛盾,即在極高能量尺度或極小尺度下,時空本身的量子漲落如何錶現。我們將介紹圈量子引力(LQG)和弦理論(String Theory)這兩大主流的嘗試。重點分析弦理論如何通過額外的空間維度來統一所有力,以及LQG如何通過量子化的時空“泡沫”來描述普朗剋尺度的結構。 第八章:多重宇宙的可能性與哲學反思 當物理理論的參數空間變得過於廣闊時,“多重宇宙”(Multiverse)的概念便應運而生。本章將探討來自永恒暴脹、弦理論景觀以及量子力學多世界詮釋等不同理論來源所推導齣的多重宇宙圖景。我們將辨析這些模型的可證僞性(Falsifiability)及其對科學方法的挑戰,並討論它們如何改變瞭我們對“存在”的哲學定位。 第九章:信息、熵與宇宙的終極命運 本章迴歸到信息論的視角來審視宇宙。我們將討論貝肯斯坦界限(Bekenstein Bound)和霍金輻射,探討信息在黑洞蒸發過程中是否丟失。熵增定律如何決定瞭宇宙的不可逆性?最後,我們將推演宇宙未來可能的幾種命運——熱寂(Heat Death)、大撕裂(Big Rip)或大收縮(Big Crunch)——並分析驅動這些終極情景的物理機製和能量密度演化路徑。 結語:求索不止 本書旨在為讀者提供一個全麵、深入的現代物理學圖景,它揭示瞭我們對宇宙的理解是如何從簡單的牛頓力學發展到對量子場論和時空幾何的復雜數學描述的。我們探索瞭驅動星係、恒星和基本粒子相互作用的深層法則,以及理論物理學傢們為統一這些法則所做的不懈努力。宇宙的奧秘遠未被完全揭示,每一次新的觀測和每一次數學上的突破,都為我們推開瞭通往更深層實在的一扇新門。本書的目的,是激發您持續的探索精神,去追問那些尚未被迴答的、關於我們所處這個宏大存在的終極問題。

著者信息

作者簡介
    
鬆原隆彥


  高能加速器研究機構、基本粒子原子核研究所教授。理學博士。京都大學理學部畢業。廣島大學博士。曾於東京大學、約翰霍普金斯大學、名古屋大學任職。主要研究領域為宇宙論。曾獲2012年日本天文學會第17迴林忠四郎獎。著作包括《現代宇宙論》(東京大學齣版會)、《宇宙外側有東西嗎》(光文社新書)、《宇宙的誕生與終焉》(SB Creative)等。
 

圖書目錄

前言
第1章 宇宙的微調問題
第2章 真空中的光速:c
第3章 重力常數:G
第4章 普朗剋常數:h
第5章 單位與普朗剋尺度
第6章 基本電荷:e
第7章 費米常數:GF
第8章 強力的大小:αS
第9章 電子、質子、中子的質量:me、mp、mn
第10章 哈伯常數:H0
第11章 宇宙密度常數:Ω0
第12章 宇宙常數:Λ
第13章 暗能量狀態方程式常數:W
第14章 宇宙麯率:W
第15章 宇宙的重子光子比:η
第16章 早期的波動大小:AS
第17章 基本粒子的世代數:3
第18章 空間與時間的維度:3與1
第19章 愛丁頓數:1080
第20章 微調問題有什麼意義呢?
後記


 

圖書序言

  • ISBN:9786263290723
  • 叢書係列:樂讀科普
  • 規格:平裝 / 208頁 / 14.7 x 21 x 1.3 cm / 普通級 / 單色印刷 / 初版
  • 齣版地:颱灣

圖書試讀

用戶評價

评分

這本書的封麵設計得很有意思,那個星空的背景加上幾個關鍵的數字,讓人一眼就知道這是本關於宇宙奧秘的科普作品。我對天文物理一直很有興趣,但很多時候那些公式和理論對我來說就像天書一樣,讀起來很吃力。所以,當我看到這本書的書名,想說它是不是能用比較親民的方式來解釋那些「恰到好處」的宇宙常數。畢竟,如果這些常數有一點點偏差,我們可能就沒辦法存在於這個宇宙瞭。這種「剛剛好」的感覺,總讓我覺得有點哲學的韻味,好像有誰在背後精心地調校過一樣。我期待這本書能帶我一窺這些物理參數背後的機製,並且用颱灣讀者比較習慣的口吻來敘述,不要太多生硬的翻譯腔,這樣閱讀起來纔會更順暢,更能進入狀況。希望能從中獲得一些新的啟發,瞭解我們所處的這個時空是如何如此精妙地被建構起來的。

评分

最近身邊的朋友都在討論量子力學跟大爆炸理論,感覺大傢對宇宙的終極問題越來越有好奇心。這本書鎖定「物理常數」這個切角,我覺得非常聰明,因為它抓住瞭宇宙運作的核心密碼。我猜想作者應該花瞭很多心思去耙梳那些艱澀的文獻,然後用一種很流暢的敘事方式把它們串聯起來。我比較擔心的是,內容會不會太過學術化,畢竟要用中文來精準錶達那些物理學上的細微差異,其實是個挑戰。如果能像聊天一樣把這些硬核知識傳遞齣來,那絕對是一本值得推薦給所有對世界充滿疑問的人的好書。希望能讀到一些關於宇宙論的新觀點,打破我過去既有的認知框架。

评分

翻閱這本書的目錄或簡介時,我就在想,這背後是不是隱藏著某種更深層的物理學定律,還沒有被我們完全理解?畢竟,這麼多看似獨立的常數,竟然能完美地相互配閤,形成一個穩定的宇宙,這難道不是最大的謎團嗎?我期待這本書能帶領我們看到那些尚未被解決的謎團,而不是隻停留在已知的知識介紹上。颱灣的讀者很務實,我們不隻想要知道「是什麼」,更想知道「還能怎樣」。如果作者能對未來物理學可能的發展方嚮,或者這些常數是否可能隨時間變化的議題做一些有趣的推測,那這本書的價值就會大大提升,成為一本真正能引人入勝的深度閱讀材料。

评分

身為一個每天忙著通勤、處理瑣事的上班族,能有機會沉浸在探討宇宙尺度的問題中,簡直是一種療癒。我對「人擇原理」這個概念一直很有興趣,雖然有點爭議性,但它確實點齣瞭我們與宇宙之間那種奇妙的連結。這本書如果能探討到這個層麵,闡述這22個常數對生命齣現的必要性,那絕對是加分不少。我希望作者在解釋那些光速、普朗剋常數等等的數值時,能提供一些直觀的圖像或類比,這樣即使是理工白癡也能大概抓住重點。畢竟,科學的魅力就在於它能讓我們跳脫日常的狹隘視野,去感受那種宏大與細膩並存的美感。

评分

說真的,颱灣的科普書市場近年來越來越豐富,很高興看到有這樣深入淺齣的作品齣現。我特別喜歡那種能夠把複雜概念轉化成生活化的比喻的寫法,這對我們這些非本科係齣身的讀者來說簡直是救星。想像一下,如果連重力常數差個一點點,地球上的水可能就蒸發光瞭,或者恆星的壽命會完全不一樣,這種對比真的很有衝擊力。我希望這本書不隻是單純介紹這些常數是什麼,更重要的是能解釋「為什麼」它們會是現在這個數值,或者,如果它們不是這樣,世界會變成什麼樣子。這種假設性的探討,往往能激發讀者更深層的思考,讓科學不再隻是冰冷的數據,而是充滿瞭無限的可能性與驚奇。

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