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發(fā)現(xiàn)宇宙:科學(xué)認(rèn)知和科幻想象力的雙重提升 版權(quán)信息
- ISBN：9787559645852
- 條形碼：9787559645852 ; 978-7-5596-4585-2
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊(cè)數(shù)：暫無(wú)
- 重量：暫無(wú)
- 所屬分類：>
發(fā)現(xiàn)宇宙:科學(xué)認(rèn)知和科幻想象力的雙重提升 本書特色
?? 將“人擇”原理注入宇宙學(xué)研究的特立獨(dú)行的物理學(xué)家，以生動(dòng)又不失嚴(yán)謹(jǐn)?shù)奈墓P，以充滿想象力、神秘感和故事感的敘述，串聯(lián)起宇宙學(xué)中魅力各異的關(guān)鍵人物和知識(shí)要點(diǎn) ?? 沒(méi)有大量堆砌公式，沒(méi)有硬邦邦地羅列枯燥教條，“發(fā)現(xiàn)宇宙”背后的科研故事，讓讀者進(jìn)一步了解科學(xué)家真實(shí)的思維動(dòng)態(tài)和論證方式 ?? 流行科幻作品中的場(chǎng)景設(shè)定，很多都可以從本書中找到理論來(lái)源，本書是對(duì)科學(xué)認(rèn)知和科幻想象力的雙重提升
發(fā)現(xiàn)宇宙:科學(xué)認(rèn)知和科幻想象力的雙重提升 內(nèi)容簡(jiǎn)介
自古以來(lái)的智者們?yōu)榻议_(kāi)宇宙的一切真相前仆后繼。20世紀(jì)初，愛(ài)因斯坦方程為發(fā)現(xiàn)所有可能的宇宙提供了新方法，自此以后的科學(xué)家們都在對(duì)這個(gè)復(fù)雜方程艱難求解，與這些方程解對(duì)應(yīng)的，是各種各樣的可能的宇宙。他們對(duì)這些宇宙的描述豐富了人類對(duì)這片虛空的想象：這些宇宙的數(shù)量無(wú)窮無(wú)盡，性格迥異，不同宇宙當(dāng)中的自然法則甚至都有可能各不相同。作者以宇宙學(xué)家和科普作家的獨(dú)特視角，以其一直以來(lái)風(fēng)趣又富有詩(shī)意的表達(dá)，為我們講了一個(gè)宇宙的故事。在這個(gè)故事里，我們會(huì)了解到人類宇宙觀的改變、宇宙學(xué)如何進(jìn)化和現(xiàn)代宇宙學(xué)的*新進(jìn)展。除此之外，作者還為我們爆料了這些推動(dòng)宇宙學(xué)發(fā)展的科學(xué)家們不少的小八卦，讓讀者在飽覽這些瑰麗宇宙的同時(shí)，也能一窺這些科學(xué)明珠們的別樣風(fēng)采。
發(fā)現(xiàn)宇宙:科學(xué)認(rèn)知和科幻想象力的雙重提升 目錄
前言
1 在正確的時(shí)間，正確的地點(diǎn)
2 人類不再位于中心
3 愛(ài)因斯坦的宇宙
4 出乎意料的宇宙：洛可可時(shí)期
5 截然不同的宇宙
6 穩(wěn)恒態(tài)宇宙 vs 大爆炸理論
7 毫無(wú)保留的宇宙
8 *簡(jiǎn)單的宇宙開(kāi)端
9 美麗新世界
10 后現(xiàn)代的宇宙
11 邊緣宇宙
12 脫韁的宇宙
注 釋
出版后記
展開(kāi)全部
發(fā)現(xiàn)宇宙:科學(xué)認(rèn)知和科幻想象力的雙重提升 節(jié)選
愛(ài)因斯坦的洞察力 宇宙需要被重新發(fā)明一次，而愛(ài)因斯坦的理論就像燈光一樣照亮了其理論的發(fā)展道路。他描繪出了一個(gè)嶄新的引力理論的輪廓，其中宇宙中所有的物質(zhì)、所有的粒子、所有的能量都影響著宇宙自身的結(jié)構(gòu)：時(shí)空在質(zhì)能的作用下發(fā)生彎曲。 ——讓·艾森施泰特（Jean Eisenstaedt） 在1931年的美國(guó)，愛(ài)因斯坦在著名喜劇大師查理·卓別林的陪同下出席了后者主演的無(wú)聲電影《城市之光》（City Lights）的首映。來(lái)自截然不同的兩個(gè)領(lǐng)域的名人都受到了觀眾的熱烈歡迎，據(jù)說(shuō)卓別林當(dāng)時(shí)對(duì)愛(ài)因斯坦說(shuō)了這樣一句有名的話：“他們?yōu)槲覛g呼是因?yàn)槲业碾娪八麄兌寄芸炊，為你歡呼則是因?yàn)槟愕睦碚摏](méi)人能看懂。” 愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論已經(jīng)成了艱澀難懂的代名詞和人類智力的終極挑戰(zhàn)。愛(ài)因斯坦想要?jiǎng)?chuàng)造的符合哥白尼原理的新運(yùn)動(dòng)定律和引力定律需要極為復(fù)雜的數(shù)學(xué)語(yǔ)言，甚至他自己——開(kāi)始都曾被難倒。愛(ài)因斯坦坦言自己的數(shù)學(xué)水平?jīng)]有達(dá)到自己的需求，他出眾的才華主要來(lái)自物理上的理解力，而非數(shù)學(xué)技巧。不過(guò)，如果他的數(shù)學(xué)水平不能勝任，他總能找到能勝任的人：他曾經(jīng)的學(xué)生和朋友馬塞爾·格羅斯曼（Marcel Grossmann）就是位才華出眾的數(shù)學(xué)家，熟悉現(xiàn)代數(shù)學(xué)各種*抽象的分支。格羅斯曼也非常認(rèn)可愛(ài)因斯坦敏銳的物理直覺(jué)，他認(rèn)為愛(ài)因斯坦能夠看穿大自然*深處的奧秘，并在各個(gè)方面都對(duì)他幫助良多。1912年，愛(ài)因斯坦拒絕了很多更知名大學(xué)提供的職位，選擇在蘇黎世任教，之所以做出這樣的選擇，就是為了能和在這里任純數(shù)學(xué)教授的格羅斯曼繼續(xù)密切合作。 格羅斯曼為愛(ài)因斯坦引入了新的數(shù)學(xué)語(yǔ)言，以表達(dá)他對(duì)引力如何影響宇宙形狀的觀點(diǎn)。他告訴愛(ài)因斯坦，要想寫出對(duì)所有人都“一視同仁”的、“民主”的自然定律，可以使用一種深?yuàn)W難懂的純數(shù)學(xué)分支—張量運(yùn)算（tensor calculus），它可以保證愛(ài)因斯坦想要的普適性。格羅斯曼也為愛(ài)因斯坦介紹了非歐幾何的*新進(jìn)展—早幾年前史瓦西開(kāi)始探討的關(guān)于彎曲表面的幾何學(xué)，但為什么愛(ài)因斯坦需要了解這些奇形怪狀的幾何學(xué)呢？ 牛頓力學(xué)中的空間就像一個(gè)固定著的大舞臺(tái)，行星、彗星等天體就在這個(gè)舞臺(tái)上運(yùn)動(dòng)。天體可以來(lái)來(lái)去去，但空間本身是固定的，不管內(nèi)部的物質(zhì)如何運(yùn)動(dòng)，空間本身不會(huì)變化，也不能變化。然而，愛(ài)因斯坦的空間比這要靈活得多，它會(huì)因受到物質(zhì)和運(yùn)動(dòng)的作用而彎曲變形，就像一片橡膠皮一樣。在質(zhì)量極大的地方，空間會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈的彎曲，而在離大質(zhì)量物體越遠(yuǎn)的地方，空間就會(huì)相應(yīng)地變得平直。當(dāng)一個(gè)物體從一點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到另一點(diǎn)時(shí)，它會(huì)在彎曲的空間中選擇*短的路徑——也就是*“直”的線。在大質(zhì)量物體周圍，空間會(huì)形成一個(gè)“坑”，如果另一個(gè)物體經(jīng)過(guò)附近，*短路徑就會(huì)傾向于讓它掉進(jìn)“坑”內(nèi)。在物體經(jīng)過(guò)以后，空間本身也會(huì)因?yàn)槲矬w的影響而變形，物體剛剛走過(guò)的軌跡也隨之改變。這樣，愛(ài)因斯坦就把引力的作用簡(jiǎn)單地歸結(jié)為空間的彎曲，也就是說(shuō)，“力”這個(gè)概念已經(jīng)完全沒(méi)有必要存在了，只有彎曲的空間。 看到這里你或許會(huì)問(wèn)，這不就是把牛頓的“力”的概念換了種說(shuō)法嗎？但愛(ài)因斯坦的理論還不止這些。在牛頓的固定空間中，如果你讓一個(gè)球從時(shí)空的“舞臺(tái)”上滾過(guò)去，它不會(huì)影響到在舞臺(tái)前面看著這一切的你，但在愛(ài)因斯坦的宇宙中就完全不一樣了：如果空間就像一塊橡膠皮一樣可以變形，那從上面滾過(guò)去的球也會(huì)讓它彎曲變形，如果此時(shí)你站在離球有一定距離的地方，你也會(huì)被拽向同樣的方向——這就是愛(ài)因斯坦與牛頓空間觀的真正區(qū)別。 為了把這樣的想法變成一個(gè)新的引力理論，愛(ài)因斯坦需要找到新的引力方程，以告訴我們空間的形狀和時(shí)間的流逝具體是如何隨著運(yùn)動(dòng)或靜止的質(zhì)量和能量改變的，在此情況下又如何保證能量守恒。美國(guó)物理學(xué)家約翰·惠勒（John Wheeler）曾經(jīng)把愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論濃縮成簡(jiǎn)明扼要的兩句話：“物質(zhì)告訴空間如何彎曲，空間告訴物質(zhì)如何運(yùn)動(dòng)。” 愛(ài)因斯坦利用格羅斯曼教他的張量運(yùn)算，把他的方程以數(shù)學(xué)形式表達(dá)了出來(lái)。這些方程能夠保證對(duì)所有運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的觀察者都同樣成立——無(wú)論觀察者的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)如何，是旋轉(zhuǎn)、加速、上躥下跳還是螺旋前進(jìn)。無(wú)論觀察者的實(shí)驗(yàn)室怎么運(yùn)動(dòng)，他們推導(dǎo)出來(lái)的引力定律都是完全一樣的。 愛(ài)因斯坦的方程可謂優(yōu)美：它本身是一個(gè)用來(lái)規(guī)定曲面的幾何形狀如何變化的純數(shù)學(xué)定理，卻神奇地與滿足能量、動(dòng)量守恒的物理學(xué)定律相等價(jià)。而更神奇的是，當(dāng)你考慮物體質(zhì)量較小、運(yùn)動(dòng)速度也較慢（相對(duì)光速而言）的情況時(shí)，愛(ài)因斯坦的方程就與牛頓引力定律完全吻合了。 *暢銷的宇宙 理智的人以不受重要的事情影響，并對(duì)不重要的事情感興趣為榮。他認(rèn)為這是一種生活觀，也可以讓事物“保持平衡”…… ——西莉亞·格林（Celia Green） 1996年夏天，一場(chǎng)大型宇宙學(xué)會(huì)議在位于美國(guó)新澤西州的 普林斯頓大學(xué)召開(kāi)，這也是普林斯頓大學(xué)建校250周年的慶典活動(dòng)之一。當(dāng)時(shí)天氣悶熱潮濕得可怕，還有雷暴雨，參會(huì)者們住的老舊學(xué)生宿舍，空調(diào)幾乎沒(méi)什么制冷效果，到禮堂聽(tīng)報(bào)告的時(shí)候才讓人好受些。這場(chǎng)大會(huì)的一項(xiàng)新奇之處在于，它不僅僅安排了常規(guī)的學(xué)術(shù)報(bào)告，還安排了兩位演講者甚至三位演講者同臺(tái)演講，就像政治候選人一樣，勸說(shuō)你接受某一個(gè)宇宙模型，而非對(duì)手的。在報(bào)告中“推銷”完自己的理論之后，演講者會(huì)進(jìn)入一個(gè)關(guān)鍵的互相辯論環(huán)節(jié)，觀眾也能加入。 總的來(lái)說(shuō)，當(dāng)時(shí)的宇宙學(xué)家對(duì)暴脹宇宙的想法還是比較滿意的，他們并沒(méi)有過(guò)多地考慮混沌宇宙與永恒暴脹宇宙，而多元宇宙甚至都沒(méi)有進(jìn)入他們的詞匯表，雖然多元宇宙的概念經(jīng)由人擇理論的討論已經(jīng)為大家熟悉。這場(chǎng)會(huì)議更多地圍繞一些細(xì)節(jié)問(wèn)題，包括宇宙膨脹速率、宇宙年齡及星系形成是否及時(shí)的詳細(xì)觀測(cè)，還有宇宙物質(zhì)與能量非均勻的分布模式是否與早期宇宙暴脹理論中的不規(guī)則處源頭所符合。 而每位做報(bào)告的宇宙學(xué)家要做的，就是說(shuō)服大家認(rèn)為他們自己關(guān)于宇宙物質(zhì)和膨脹類型的理論能*好地符合所有的觀測(cè)結(jié)果。跑在*前面的是邁克爾·特納（Michael Turner）的模型，該模型認(rèn)為，宇宙膨脹速率接近臨界速率—正如暴脹理論所預(yù)言的，但他的宇宙擁有一個(gè)小小的正的宇宙學(xué)常數(shù)，也就是那個(gè)愛(ài)因斯坦發(fā)明了然后又拋棄的東西，正是這個(gè)正的宇宙學(xué)常數(shù)產(chǎn)生了排斥的引力效應(yīng)，讓宇宙加速膨脹至今。特納指出，他的理論比其他理論更成功并不是意外，因?yàn)樗慕^大部分與和它競(jìng)爭(zhēng)的其他理論都一樣，只是多加了一點(diǎn)點(diǎn)東西（宇宙學(xué)常數(shù)），而正是這個(gè)宇宙學(xué)常數(shù)讓這一模型與觀測(cè)結(jié)果符合得更好。 這個(gè)“獲勝”的模型被稱為“Λ—CDM”模型，Λ念作拉姆達(dá)，表示的是宇宙學(xué)常數(shù)，CDM是“cold dark matter”（冷暗物質(zhì)）的縮寫。冷暗物質(zhì)是所有宇宙模型中都必須包含的一種物質(zhì)，因?yàn)橛钪嬷兴邪l(fā)光的物質(zhì)總數(shù)所產(chǎn)生的引力只有星系與星系團(tuán)引力強(qiáng)度的十分之一，因此，為了解釋這個(gè)矛盾，宇宙就得存在很多不發(fā)光的暗物質(zhì)，它們必須以一種特殊的方式存在，只參與引力相互作用或是弱相互作用，否則它們就會(huì)抑制氘核的生成，那么宇宙誕生三分鐘時(shí)氘核的數(shù)量就與我們的觀測(cè)結(jié)果不符了。這意味著，暗物質(zhì)*有可能是一種中微子，或者一種類似中微子的新類型粒子，可以感知到弱相互作用。而已知的中微子數(shù)量不滿足這個(gè)要求，它們太輕了，而且1985年有物理學(xué)家首次用大型計(jì)算機(jī)模擬宇宙膨脹時(shí)發(fā)現(xiàn)，中微子聚集成團(tuán)的模式與實(shí)際情況并不符合。 為了滿足所有這些要求，這種類似中微子的粒子必須比質(zhì)子還重得多，因此移動(dòng)速度也會(huì)相應(yīng)很慢，所以又加了“冷”這個(gè)詞來(lái)修飾—因?yàn)闇囟纫簿褪菤怏w中分子運(yùn)動(dòng)的平均速度。在計(jì)算機(jī)模擬中，它們緩慢的速度產(chǎn)生了一種獨(dú)特的小尺度星系，與觀測(cè)結(jié)果符合得很好。Λ—CDM模型也就是在冷暗物質(zhì)的基礎(chǔ)上再加上了一個(gè)額外的宇宙學(xué)常數(shù)Λ，它在所有方面都領(lǐng)先于其他理論，但沒(méi)有人為它的成功感到激動(dòng)，甚至該理論的提出者也一樣：因?yàn)檫@個(gè)理論實(shí)在太人為、太不自然了，而且說(shuō)老實(shí)話，太丑陋了。 這一*符合觀測(cè)事實(shí)的宇宙很像勒梅特在60年前提出的宇宙模型。同此前的愛(ài)因斯坦一樣，當(dāng)時(shí)的宇宙學(xué)家已經(jīng)對(duì)宇宙學(xué)常數(shù)失去了興趣。為了在Λ—CDM宇宙中起到應(yīng)有的作用，它需要取一個(gè)小到令人難以置信的值（10—120），這個(gè)值是如此之小，以至于很多物理學(xué)家相信它真正的值其實(shí)是0，只是讓它等于0的深層物理學(xué)原理還沒(méi)有被發(fā)現(xiàn)，或許到將來(lái)的某一天我們就會(huì)發(fā)現(xiàn)這樣一條新的對(duì)稱性原理，而在那之前我們只能忽視它，這是粒子物理學(xué)家中很常見(jiàn)的觀點(diǎn)。不過(guò)，天文學(xué)家總是有點(diǎn)懷疑他們的數(shù)據(jù)出了問(wèn)題。宇宙學(xué)常數(shù)Λ所賴以依托存在的東西很可能*終會(huì)消失，或是比我們預(yù)想的更不確定。哪怕是認(rèn)真對(duì)待Λ—CDM 模型的人也對(duì)此相當(dāng)謹(jǐn)慎，因?yàn)橹С炙淖C據(jù)并不直接。我們?nèi)缃癫⒉荒苤苯佑^測(cè)到宇宙膨脹的加速度，而只能在對(duì)宇宙過(guò)去行為的觀測(cè)中捕獲宇宙加速膨脹對(duì)其的影響。
發(fā)現(xiàn)宇宙:科學(xué)認(rèn)知和科幻想象力的雙重提升 作者簡(jiǎn)介
約翰·D. 巴羅(John D. Barrow)，宇宙學(xué)家，英國(guó)皇家學(xué)會(huì)院士。巴羅是英國(guó)劍橋大學(xué)應(yīng)用數(shù)學(xué)與理論物理學(xué)系教授，研究領(lǐng)域涉及宇宙學(xué)、天體物理、引力理論、天體粒子物理等，發(fā)表的學(xué)術(shù)論文已超過(guò)400篇。1986年，他和弗蘭克·梯普勒合著的《人擇宇宙原理》(The Anthropic Cosmological Principle)成為該主題的經(jīng)典著作。 巴羅不僅是一位科學(xué)家，還是一位優(yōu)秀的科學(xué)傳播者。他經(jīng)常參與公眾演講，并把對(duì)科學(xué)的理解以及哲學(xué)的思考留在了自己的作品中。自1999年起，巴羅就是劍橋大學(xué)千禧年數(shù)學(xué)計(jì)劃(MMP)的主任。2006年，他領(lǐng)導(dǎo)的MMP獲得了女王周年獎(jiǎng)。 約翰·D. 巴羅曾被皇家學(xué)會(huì)授予法拉第獎(jiǎng)，也曾榮獲洛克天文學(xué)獎(jiǎng)和皇家格拉斯哥哲學(xué)學(xué)會(huì)開(kāi)爾文獎(jiǎng)?wù)隆Ｋ麆?chuàng)作的舞臺(tái)劇《無(wú)窮大》(Infinities)獲得了意大利Premi Ubu戲劇獎(jiǎng)。 丁家琦，畢業(yè)于北京大學(xué)物理學(xué)院，現(xiàn)從事科學(xué)傳播工作。
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