影响宇宙学发展的20个大问题(了解当前宇宙学状态的普及读本) (英) Stuart Cla pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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英 Stuart Clark著 著

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出版社： 人民邮电出版社

ISBN：9787115280411

商品编码：29689780524

包装：平装

出版时间：2012-07-01

基本信息

书名：影响宇宙学发展的20个大问题(了解当前宇宙学状态的普及读本)

定价：29.00元

作者：(英) Stuart Clark著

出版社：人民邮电出版社

出版日期：2012-07-01

ISBN：9787115280411

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：大32开

商品重量：0.259kg

编辑推荐

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英国畅销天文杂志主编执笔
生动有趣的天文科普书
浓缩宇宙学之美
等待你发现不可思议的瞬间

内容提要

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《影响宇宙学发展的20个大问题》是一本关于宇宙学的科普书，作者通过20篇生动精炼的随笔向我们展示了宇宙学中有意思的“大问题”，让这门历史悠久且无限神秘的学科跃然纸上。《影响宇宙学发展的20个大问题》内容丰富，涵盖宇宙学发展史的方方面面，语言精辟，生动有趣，让读者为其深深吸引。 《影响宇宙学发展的20个大问题》适合对宇宙学感兴趣的各层次读者阅读。

目录

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1 宇宙是什么——人类渴望了解地球之外的世界 1

2 宇宙有多浩瀚——宇宙距离阶梯 12

3 宇宙多少岁了——宇宙的年龄危机 21

4 恒星是由什么构成的——宇宙的配方 31

5 地球是怎么形成的——我们的家园的诞生 41

6 行星为什么在轨道上运行——以及月亮为什么掉不下来 51

7 爱因斯坦是对的吗——引力与时空弯曲的较量 61

8 什么是黑洞——能吞噬庞然大物，也能让大头针和毛线球消失得无影无踪 72

9 宇宙是如何形成的——描绘大爆炸 82

10 批天体是什么——我们所知的宇宙开端 91

11 什么是暗物质——关于把宇宙聚拢在一起的物质的争论 100

12 什么是暗能量——宇宙中神秘的实体 109

13 我们是由恒星尘埃构成的吗——生命起源之谜 117

14 火星上存在生命吗——找到我们邻居的可能性 127

15 存在其他智慧生物吗——天外有人吗 136

16 我们能够穿越时空去旅行吗——曲线引擎与时间穿梭的可能性 146

17 物理学法则能改变吗——爱因斯坦之外的物理学 156

18 存在平行的宇宙吗——薛定谔的猫以及它给我们的启示 164

19 宇宙的结局将会如何——大坍缩，缓慢的热寂，还是大解体 175

20 宇宙学中有上帝存在的证据吗——宇宙为人类而进行的微调 183

术语表 193

作者介绍

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Stuart Clark天文学记者，科普作家，英国皇家天文学会会士，曾任英国科普作家协会副主席。2000年和斯蒂芬霍金等人一同被英国《独立报》评为英国天体物理学教育突出贡献者。他目前共写了13本科普书，被译为多种语言，惠及世界各地的科普爱好者。2001年Stuart从赫特福德郡大学公共天文学教育学院主任的职位上退休，专心致力于天文学、物理学普及工作。此外，他还为《新科学家》、《时代》、《卫报》及《经济学家》等报刊杂志撰稿。他还是位烹饪高手和业余的摇滚吉他手。杨硕1983年生于北京，首都师范大学英语教育系硕士研究生，曾先后与他人合译《英语语言教学实用技巧丛书口语教学实用技巧》、《微博营销：140字的淘金游戏（第2版）》等书籍，现主要从事科技领域的翻译工作。

文摘

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序言

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宇宙的奥秘：探索未知，理解万物 自古以来，人类仰望星空，心中涌起无数关于宇宙的疑问。这片浩瀚无垠的黑暗，孕育了我们赖以生存的地球，也隐藏着无数未知的秘密。从组成宇宙的基本粒子，到宇宙的起源与终结，再到我们在这庞大结构中所扮演的角色，每一个问题都牵引着我们探索的脚步，驱动着科学的进步。这本书，将带你踏上一段穿越时空的思想之旅，深入探索那些塑造我们对宇宙理解的、最深刻、最激动人心的20个问题。 第一部分：宇宙的起源与演化——时空的尽头与开端 1. 宇宙是如何开始的？ 宇宙的诞生，是一个终极的谜团。我们赖以理解宇宙的物理定律，在宇宙大爆炸的奇点处似乎失效。是什么触发了这场宇宙级的爆炸？是大爆炸前的“无”，还是存在着更深层的机制？我们是否能突破现有理论的局限，窥探到宇宙的“胚胎”时期？我们将回顾膨胀论的创立，探讨奇点问题，并审视各种试图解释宇宙起源的理论，例如循环宇宙模型、量子引力理论等。我们会深入了解早期宇宙的温度、密度和基本粒子演化，以及宇宙微波背景辐射如何为我们提供了关于宇宙初期的宝贵线索。 2. 宇宙有多大？它的形状是怎样的？ “大”这个字，在描述宇宙时显得如此苍白无力。我们可观测宇宙的边界，只是我们能够接收到光线到达的极限。那么，宇宙的真实边界在哪里？它是否无限延伸？它的整体形状是平坦的、闭合的（球状），还是开放的（马鞍状）？这些问题直接关系到宇宙的未来命运。我们将解析宇宙学测量技术，例如测量宇宙距离的方法（标准烛光，如造父变星和Ia型超新星），并介绍宇宙学的参数，如哈勃常数，以及它们如何帮助我们推断宇宙的大小和几何形状。 3. 宇宙是在加速膨胀吗？是什么在驱动这种加速？ 长久以来，天文学家认为引力会减缓宇宙的膨胀。然而，上世纪末的观测证据却颠覆了这一认知，显示宇宙的膨胀不仅没有减速，反而正在加速。这股神秘的力量，被命名为“暗能量”。暗能量占据了宇宙总能量的绝大部分，它的本质是什么？是真空能，还是某种全新的物理场？我们将详细介绍发现宇宙加速膨胀的关键天文观测，如Ia型超新星的红移-距离关系，并深入探讨当前主流的暗能量模型，如宇宙学常数模型，以及对暗能量本质的各种推测。 4. 什么是暗物质？它占据了宇宙多少比例？ 如果我们看不见，摸不着，甚至无法通过电磁波探测到，那么我们又如何知道它的存在？暗物质的存在，是天文学家对星系旋转曲线、星系团引力透镜效应等天文现象的唯一合理解释。它占据了宇宙物质总量的绝大部分，远超我们熟悉的普通物质。暗物质的构成究竟是什么？是未知的粒子，还是某种我们尚不理解的引力效应？我们将详细解释暗物质存在的证据，介绍主要的暗物质候选粒子，如弱相互作用大质量粒子（WIMPs）和轴子，并探讨搜寻暗物质的实验方法。 5. 宇宙的最终命运是什么？ 宇宙的未来，取决于它包含的能量密度和物质密度。如果暗能量持续主导，宇宙可能会进入一个“大撕裂”的时代，所有结构都会被撕裂；如果引力占据上风，宇宙可能会收缩，最终回到一个奇点，即“大挤压”。是否存在其他的可能性，例如“大冻结”？我们将结合宇宙膨胀的观测数据，分析不同宇宙学模型下宇宙的未来演化，探讨“大撕裂”、“大挤压”和“大冻结”等不同终极命运。 第二部分：宇宙的构成与基本粒子——微观世界的法则 6. 宇宙是由什么组成的？ 我们眼睛所见的星星、行星、星系，甚至我们自身的身体，都只是宇宙中的一小部分。绝大部分宇宙是由看不见的暗物质和暗能量构成的。那么，构成宇宙的“可见”部分，也就是普通物质，又是如何组成的？它的基本单元是什么？我们将回顾元素周期表，探讨原子、质子、中子的结构，并将目光投向更深层的基本粒子，如夸克和轻子，介绍标准模型的粒子家族。 7. 什么是粒子物理学标准模型？它是否完备？ 粒子物理学标准模型，是描述基本粒子及其相互作用的最成功的理论框架之一。它成功地预测了希格斯玻色子的存在，并解释了引力以外的三种基本力（电磁力、强核力、弱核力）。然而，标准模型仍然存在一些未解之谜，例如无法解释暗物质和暗能量，也无法解释中微子的质量，更没有包含引力。我们将深入剖析标准模型的构成，介绍四大基本力，并讨论标准模型面临的挑战和需要超越的方面。 8. 为什么存在这么多不同的基本粒子？ 从夸克、轻子到玻色子，基本粒子的世界为何如此多样？它们之间的质量差异、电荷差异，以及相互作用的强度差异，是否蕴含着某种更深层的规律？是否存在一个统一的理论，能够解释所有粒子及其性质？我们将探讨基本粒子谱的起源，介绍费米子和玻色子，以及它们各自的特性，并展望“万有理论”的可能方向。 9. 是否存在反物质？它与物质有何不同？ 在粒子物理学中，每种物质粒子都有对应的反物质粒子，例如电子与正电子。理论上，当物质与反物质相遇时，会发生湮灭，释放出巨大的能量。然而，我们观察到的宇宙中，物质占据了绝大部分，反物质的痕迹却极为稀少。这种“不对称性”是如何产生的？是否存在一个我们尚未发现的、巨大的反物质宇宙？我们将介绍反物质的概念，解释正负电子对的产生与湮灭，并讨论宇宙中的物质-反物质不对称性问题，以及可能的解释，如CP破坏。 10. 引力是如何运作的？它与其他三种基本力有何不同？ 引力，是我们最熟悉的力，它将我们牢牢地固定在地面上，维系着行星的轨道，塑造着星系的结构。然而，在微观世界中，引力却是四种基本力中最弱的，并且尚未被成功地纳入量子理论体系。它是否像其他力一样，由某种粒子（引力子）传递？量子引力理论的探索，是现代物理学的一大挑战。我们将回顾牛顿万有引力定律和爱因斯坦的广义相对论，解释引力为何如此特殊，并介绍关于统一引力与其他力的理论尝试，如弦理论。 第三部分：宇宙的结构与生命——我们在其中的位置 11. 恒星是如何形成的？它们如何演化？ 恒星，是宇宙中最耀眼的明星，它们点亮了黑暗的宇宙。从巨大的星云，到炽热的恒星，再到最终的死亡（白矮星、中子星或黑洞），恒星的一生是一场壮丽的物理化学过程。它们如何通过核聚变产生能量？它们在宇宙物质循环中扮演着怎样的角色？我们将深入恒星形成的物理条件，解释核聚变的机制，以及恒星的演化阶段，包括红巨星、超新星等，并介绍恒星对元素合成的贡献。 12. 星系是如何形成的？它们的结构是怎样的？ 恒星并非孤立存在，而是汇聚成庞大的星系。从我们所在的银河系，到遥远的椭圆星系和不规则星系，星系的形成与演化，受到引力、暗物质、暗能量以及星系间相互作用的共同影响。星系中央的黑洞，又扮演着怎样的角色？我们将解释星系的形成模型，介绍不同类型的星系，并探讨星系合并、星系碰撞以及星系演化的过程。 13. 黑洞是如何形成的？它们会吞噬一切吗？ 黑洞，是宇宙中最神秘、最极端的天体。它们拥有如此强大的引力，以至于连光都无法逃逸。黑洞的形成，通常与大质量恒星的死亡有关。它们的性质，例如视界、奇点，挑战着我们现有的物理认知。黑洞会吞噬一切吗？它们是否对宇宙的演化有着重要的影响？我们将介绍黑洞的形成机制，解释事件视界和奇点的概念，探讨黑洞的观测证据，并介绍关于黑洞与星系形成关系的最新研究。 14. 宇宙中存在多少个星系？它们是如何分布的？ 宇宙并非均匀分布着星系，而是呈现出宏大的“宇宙网”结构，由巨大的星系团、长链和空洞组成。这种分布，是否反映了宇宙早期的微小密度涨落？我们如何探测和绘制如此浩瀚的宇宙结构？我们将介绍宇宙大尺度结构的观测方法，解释宇宙网的形成机制，并讨论宇宙学中的“标准观察者”问题。 15. 行星是如何形成的？宇宙中存在多少系外行星？ 在无数的恒星周围，是否也孕育着生命？系外行星的发现，极大地扩展了我们对行星系统的认知，也让我们对地外生命的存在有了更乐观的展望。行星是如何在原行星盘中形成的？不同大小、不同轨道的行星，它们的形成机制有何不同？又有哪些系外行星可能拥有适合生命存在的条件？我们将回顾行星形成的模型，介绍系外行星的探测方法，并讨论宜居带的概念以及搜寻地外生命的意义。 16. 生命是如何在地球上出现的？它是否普遍存在？ 地球上的生命，是从简单的化学物质，经过漫长的演化，最终演变成如今的多样性。生命的起源，仍然是一个未解之谜。那么，在其他星球上，也可能出现类似的生命过程吗？宇宙的浩瀚，是否意味着地外生命的存在是必然的？我们将探讨生命的起源的各种理论，从无机物到有机物，再到自我复制的分子，并讨论关于地外生命存在的科学证据和猜想。 17. 我们是否能够探测到地外文明？SETI计划的意义何在？ 如果宇宙中存在地外生命，那么是否也存在地外文明？搜寻地外文明（SETI）项目，便是人类试图与潜在的宇宙邻居建立联系的努力。我们如何搜寻他们的信号？他们可能以何种形式存在？SETI计划的意义，不仅仅在于寻找外星人，更在于它激发我们对自身在宇宙中地位的思考。我们将介绍SETI计划的历史和方法，讨论搜寻地外文明的挑战，并探讨与外星文明接触的可能性及其潜在影响。 第四部分：宇宙学的前沿与未来——未知的疆域 18. 我们是否能够旅行到其他星系？星际旅行的障碍是什么？ 跨越星辰大海，是人类千百年来的梦想。然而，宇宙的尺度是如此巨大，即使是以光速前进，到达最近的恒星也需要数年时间。星际旅行面临着巨大的技术障碍，例如能源、推进技术、以及宇宙辐射等。我们将分析星际旅行的科学可行性，介绍现有的和设想中的星际推进技术，并讨论人类探索深空的未来前景。 19. 我们对宇宙的理解是否会发生革命性的变化？ 科学的进步，往往伴随着颠覆性的理论革新。从亚里士多德的宇宙观，到哥白尼的日心说，再到爱因斯坦的相对论，人类对宇宙的认识不断被刷新。未来，我们是否会迎来新的“爱因斯坦时刻”？新的观测数据和理论突破，又会如何改变我们对宇宙的理解？我们将回顾科学史上的几次重大范式转变，并展望未来可能出现的革命性理论。 20. 意识在宇宙中扮演着怎样的角色？我们是宇宙的观察者吗？ 当我们仰望星空，思考宇宙的宏大时，我们也在进行着一种独特的宇宙活动——观察和思考。意识，作为生命最复杂的现象，是否与宇宙的存在本身有着某种联系？我们是宇宙演化的一个偶然产物，还是宇宙本身存在的某种体现？这个问题，将我们从宏观的宇宙学，引向了微观的意识哲学，也正是我们对宇宙探索的终极追问之一。我们将探讨意识的起源和本质，以及意识与宇宙的关系，例如“人择原理”的讨论，并思考人类在宇宙中的独特位置。 这本书，不仅仅是一本关于宇宙学知识的普及读本，更是一次对人类智慧、好奇心和探索精神的礼赞。它邀请你一同挑战极限，一同追逐那些最深刻、最迷人的宇宙之谜，一同理解我们置身于其中的这个奇妙而壮丽的宇宙。

评分☆☆☆☆☆

这本《影响宇宙学发展的20个大问题》绝对是我近年来读到的最引人入胜的科普读物之一。Stuart Cla以一种令人惊叹的清晰度和生动性，将那些看似高深莫测的宇宙学难题呈现在我们眼前。他没有仅仅罗列问题，而是深入浅出地探讨了每一个问题背后所蕴含的科学探索历程，从早期理论的萌芽，到实验观测的突破，再到新理论的诞生，仿佛带领读者穿越了时空的隧道，亲历了人类认识宇宙的艰辛与辉煌。我尤其喜欢他对“暗物质”和“暗能量”这两个“幽灵般”存在的阐述，它并没有止步于介绍其存在的证据，而是细致地剖析了科学家们是如何一步步地排除其他可能性，最终将目光聚焦于这两大谜团。这种抽丝剥茧式的讲解方式，让我在惊叹宇宙浩瀚的同时，也为人类智慧的闪光而感动。此外，作者在讲述过程中穿插的历史趣闻和人物故事，更是为这本科学著作增添了几分人情味，让原本枯燥的公式和理论变得鲜活起来。我强烈推荐给所有对宇宙充满好奇，但又担心科学过于艰深的朋友们，这本书一定会让你耳目一新，并且对我们所处的宇宙产生全新的认识。

评分☆☆☆☆☆

Stuart Cla的《影响宇宙学发展的20个大问题》是一次令人振奋的智力冒险。他巧妙地将宇宙学中最核心、最令人困惑的问题，如宇宙的起源、膨胀的真相、黑洞的本质、以及生命是否在宇宙中普遍存在等等，以一种极具吸引力的方式呈现出来。我特别欣赏作者对于“宇宙加速膨胀”这一现象的解读，他不仅解释了爱因斯坦宇宙学常数在其中的角色，更探讨了科学家们如何通过对遥远超新星的观测来推导出这一惊人的结论。这种对科学方法论的细致描绘，让我们得以窥见科学家们严谨的思维过程和不懈的探索精神。书中关于“宇宙学常数”的探讨，更是让我看到了理论物理学与观测天文学之间紧密的联系，以及它们如何相互促进，共同推动我们对宇宙认知的边界。读完关于“宇宙视界”的章节，我感觉自己仿佛站在宇宙的边缘，对它的浩渺和未知充满了敬畏。Stuart Cla的文字功底也十分了得，他用简洁明了的语言，将复杂的概念转化成易于理解的图像和类比，让即使是宇宙学新手也能轻松跟上他的思路。这不仅仅是一本书，更像是一扇通往宇宙奥秘的大门。

评分☆☆☆☆☆

对于想要深入了解当前宇宙学研究前沿的读者，《影响宇宙学发展的20个大问题》无疑是一本不可多得的佳作。Stuart Cla并没有回避那些最棘手、最前沿的问题，而是选择正面迎接挑战，并用清晰的逻辑和丰富的例证为我们一一解答。我印象最深刻的是关于“多重宇宙”的探讨，作者详细介绍了不同理论模型中多重宇宙的猜想，以及科学家们试图寻找相关证据的努力，这让我对宇宙的形态和可能性有了全新的认识。他对于“宇宙极早期”的描述，也充满了想象力，从大爆炸的奇点到暴胀理论的提出，再到宇宙微波背景辐射的发现，整个过程的叙述扣人心弦，令人神往。Stuart Cla在处理这些复杂问题时，始终保持着科学的严谨性，同时也注入了对未知的好奇和探索的热情，这种结合使得本书既有学术深度，又不失科普的趣味性。他对“引力波”的阐述，更是让我感受到了人类探测宇宙的新翅膀，它为我们打开了一个全新的观测窗口，去倾听宇宙深处的声音。

评分☆☆☆☆☆

Stuart Cla的《影响宇宙学发展的20个大问题》是一本让人思考的著作，它不仅仅是知识的传递，更是思维的启发。作者以其独特的视角，将宇宙学中那些最根本、最令人着迷的问题一一剖析，引导读者去探索宇宙的本质。我非常欣赏他对“宇宙的终结”这一议题的探讨，它并非简单地提出几种可能的结局，而是深入分析了当前观测数据与不同理论模型之间的契合度，让我们得以站在科学的立场上去审视宇宙可能的未来。书中关于“宇宙的几何形状”的章节，用生动的比喻解释了平坦、封闭和开放宇宙的区别，这让我不再觉得这些概念抽象难懂。Stuart Cla的叙述风格非常独特，他善于运用类比和故事，将晦涩的理论变得浅显易懂，让我在阅读过程中仿佛置身于一个充满智慧的课堂。他对“宇宙中的生命”这一问题的探讨，更是充满了哲学思辨的色彩，它让我们重新审视人类在浩瀚宇宙中的位置。

评分☆☆☆☆☆

《影响宇宙学发展的20个大问题》是一本真正意义上的“知识的盛宴”， Stuart Cla用他卓越的文笔，将宇宙学最核心的问题一一展现。我特别喜欢他对“宇宙学第一原理”的解读，他解释了为什么科学家们会从如此简单的假设出发，去构建如此宏伟的宇宙模型。他对“宇宙的精细调节”问题的讨论，更是引人深思，让我们不禁惊叹于宇宙参数设置的“恰到好处”，以及其中可能蕴含的深层原因。Stuart Cla在写作过程中，并没有回避争议和尚待解决的问题，反而鼓励读者去思考，去探索。他对“黑洞信息悖论”的解释，更是将量子力学和广义相对论的冲突巧妙地呈现出来，让我们看到科学前沿的挑战与机遇。书中关于“宇宙的大尺度结构”的描述，通过对星系团和宇宙网的讲解，让我们直观地感受到宇宙的宏伟格局。这本读物让我深刻体会到，科学探索是一个永无止境的过程，而好奇心则是驱动我们前进的最强劲的动力。