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怪咖物理学家的宇宙
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怪咖物理学家的宇宙

  • 作者:多田将 陈娴若
  • 出版社:人民邮电出版社
  • ISBN:9787115501905
  • 出版日期:2019年05月01日
  • 页数:407
  • 定价:¥59.00
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    内容提要
    你一定听过黑洞、时间旅行、暗物质、虫洞、希格斯粒子、空间扭曲、相对论这些名词,但你真的知道它们是什么吗?本书由作者多田将教授的4次演讲整理而成。作者用普通人可以理解的方式讲解诸多宇宙学名词以及宇宙的形成过程。全书用生动的语言与漫画插图帮助读者理解从基础理论(相对论)到全新的实验(暗物质探测),等与物理学相关的知识。相信具有高中物理基础的读者都能看懂本书。本书适合喜欢物理学或 对宇宙的形成过程感兴趣的读者阅读。
    文章节选
    光是什么?
    听到别人说看得到 137 亿年前宇宙发出的光时,照一般的逻辑,可能会质疑:“为什么现在还能看到那一时期的光呢?”
    只要没有障碍物,光就会永远前进。而且宇宙在膨胀,光前进的空间正在不断扩展,所以,随着空间的扩大,光就像被拉长的弹簧般伸展,波长也越来越长(见图 51)。
    眼睛如何看见光
    回头想想,究竟什么叫作看见呢?它是一种捕捉光的行为。人类可以用自己的眼睛直接看见的,只有可见光。波长比可见光短(紫外线)或长(红外线)的光,不是人眼可以捕捉到的光。不过,如果有可以捕捉到这种波长的装置,就能捕捉到这种光(参考图18)。
    太阳光或星光都在可见光的范围,所以,人眼可以捕捉到(太阳光特别耀眼,是因为它与地球的距离很 近,光量很多),但是更远的星光,在飞行的途中,因为宇宙膨胀而拉长了波长,变成红外线,之后又更加延展变成无线电波,再也无法用肉眼看见(见图52)。
    然而,那么远发出的光,能够传送到地球,还是十分厉害的。距离那么长,途中就算遇到阻碍也不令人意外,可是它却传到了地球。所以宇宙真的十分干净吧。
    另外,光到达地球需要一定的时间。光速是有限的,每秒钟只能走 30 万 km。
    例如,我们看到距离 1 光年外的星星时,它的光是 1 年前传送过来的。若是距离 1 万光年,光就要花 1万年到达。那颗星星的光用了 1 万年才终于飞进我们眼中,也就是说,我们看到的是它 1 万年前的影像。现在我们还能一直看到星光,是因为那些星星从几万年前开始,就像太阳一样不断发光的缘故。
    说到太阳,由于它距离地球 1.5 亿 km,所以它的光需要花 8min 才会到达地球,我们看到的太阳,是其8min 前的模样。
    而阳光到达地球就停止了,变成热量。所以,把手举到头上会感觉暖暖的。
    目录
    **序 3
    前言 7

    **章 黑洞

    什么是反物质? 23
    湮灭与对生—物质与能量相互转变 27
    反物质用于临床医疗上 30
    动量守恒定律—光会反射出来 32
    南极的 BESS 实验—搜集从宇宙飞来的反物质 34
    如果把地球压缩成半径为 8.9mm 的小球,它就会变成黑洞 38
    爱因斯坦的方程在发散 42
    数学算出来的黑洞 44
    奇点旋转就会变成环 46
    星球的死亡—引力塌缩 48
    所有的物质都变成十万分之一大小 50
    体重决定死法 53
    超新星爆炸! 54
    角动量守恒定律 57
    中子塌缩,产生黑洞 58
    观察黑洞的方法 60
    射线的波长 64
    用 X 射线看的话…… 66
    超强武器:任意门 69
    黑洞有 3 种 70
    微型黑洞可以当作垃圾处理场? 72
    史蒂芬·霍金的黑洞蒸发理论 73
    夏威夷的黑洞官司 76
    爱因斯坦与英文能力 80
    建立相对论时要准备的两大支柱 82
    造成中微子超光速说法的罪魁祸首是意大利人? 85
    迈克尔逊 - 莫雷实验 86
    狭义相对论预测的事①速度增加,质量也会增加 91
    狭义相对论预测的事②速度增加,时间变慢 94
    光的速度固定的话,时间就变得有弹性 100
    另一个根据,相对性原理 103
    广义相对论—为加进引力而导入等效原理 106
    广义相对论预测的事①引力导致空间弯曲 109
    引力透镜效应—引力让光弯曲 112
    广义相对论预测的事②引力导致时间扭曲 116
    速度与引力的等效原理—海龟的速度与龙宫的引力 120
    白洞与虫洞 122
    制造不出任意门的 3 个理由 125

    专题Ⅰ 定量的思考—微软公司的招聘考试、放射线与电力的问题
    如何定量地思考——微软公司的招聘考试 131
    定量地思考核电站的放射性污染 136
    对核能发电的个人浅见 138


    第二章 宇宙大爆炸

    掉落的苹果与不掉落的月球 148
    星星为何散布在宇宙间? 150
    宇宙学常数? 152
    从球丢出去到球落下来的几亿年 154
    如果所有的星球都在远离我们…… 158
    曾经是个小小宇宙 160
    宇宙的放晴 162
    散播到全宇宙、*古老的光 166
    1964 年人们捕捉到向全方位传播的均一无线电波 167
    1989 年的 COBE 170
    光是什么? 172
    眼睛如何看见光 174
    人类无法想象三维的封闭空间 176
    宇宙有限,但没有尽头 180
    比光更快远离的星球 182
    不是星星在移动,而是空间在扩张 183
    全宇宙的星星分布图 185
    2001 年的 WMAP—用高解析度摄影了解的宇宙构造 188
    宇宙大爆炸理论无法解释的问题:①视界问题 194
    宇宙大爆炸理论无法解释的问题:②平坦性问题 198
    宇宙大爆炸理论无法解释的问题:③磁单极子问题 201
    真的找到磁单极子了吗? 205
    宇宙大爆炸前发生的暴胀 208
    暴胀理论如此解释以上 3 个问题 211
    宇宙的 3 个未来 214
    抛出去的球会中途加速吗? 219

    专题Ⅱ 测量地球到星星的距离—那颗星离地球有多远呢?
    ①恒星视差 0 ~ 300 光年 224
    ② HR 图~ 3 万光年 226
    ③造父变星~ 6000 万光年 231
    ④塔利 - 费舍尔法~ 3 亿光年 233
    ⑤ Ia 型超新星~ 30 亿光年 234


    第三章 暗物质

    星星一定在动 240
    离太阳越近,公转速度越快,离得越远则越慢 242
    星系的自转速度很奇怪…… 244
    球形的笨蛋! 250
    为星星取你的名字送给你 252
    失踪的质量 253
    暗物质以外的解释①电浆宇宙论 254
    暗物质以外的解释②修正的牛顿力学 256
    泡利的训诲:不要怀疑基本法则 257
    利用哈勃空间望远镜观测宇宙质量的分布 260
    宇宙中有多少暗物质? 262
    暗物质的分布如同消费税 266
    暗物质的候选者① MACHO(晕族大质量致密天体) 267
    暗物质的候选者②基本粒子 269
    热基本粒子的候选者—中微子 271
    冷基本粒子的候选者—WIMP 和轴子 272
    暗物质的发现方法 275
    使用液态氙的 XMASS 实验 276
    地球以 200km s 的速度在运动 278
    WIMP 撞击氙原子核时…… 280
    水封住杂音 282
    夏天和冬天的撞击方向不同 284
    捡到各种电磁波的轴子实验 285
    CARRACK 轴子探索实验 286
    复杂而致密的实验装置 290
    没有暗物质的话,也就没有星星的诞生 293
    计算暗物质能形成今日宇宙的数量 294
    真正暗黑的暗能量 297
    本章的总结 301

    专题Ⅲ 从粒子物理学思考暗物质的面貌
    不可能再切分的19种基本粒子 304
    什么是标准模型? 308
    玻色子与费米子 309
    按自旋的不同分组 310
    超对称理论 312
    未知的基本粒子:中性伴子 316
    CP 对称性被弱作用力打破 318
    CP 对称靠强作用力守恒 322
    皮塞-奎恩理论的台球桌 324
    *初放置台球桌时的摇摆 328


    第四章 宇宙是怎样形成的

    温度是什么? 332
    滑雪的学生 333
    相变—物质的面貌改变了 336
    加温的话,可以看到过去 338
    1013s 后—原子核捕捉到电子 342
    从 100s 开始到 102s—元素合成 346
    说明宇宙元素构成比的 αβγ 理论 348
    100s 后—对生被打断,剩下只有光的宇宙 352
    10 亿的光子与剩下的 1 个物质 356
    自然的法则应该是左右对称,但…… 360
    10-8s 到 10-4s—夸克凝集,成为质子 361
    10-11s 后—第 3 次相变产生电磁力和弱作用力 362
    自然界的 4 种力中,人类只能感受到引力和电磁力 364
    电磁力与弱作用力曾经是一家人 366
    质量是什么? 368
    希格斯粒子产生“**差别” 370
    用 LHC 来加温 374
    概率很重要 376
    科学论文 377
    10-36s 到 10-11s—第 2 次相变与能量沙漠 378
    暴胀与相变的潜热 382
    暴胀子? 384
    魔法少女的希望相变为绝望的时候 385
    10-44s 后—第 1 次相变,引力诞生 388
    爱因斯坦尝试失败、物理学上*困难的问题 390
    人类与科学的伟大历史 391
    第谷·布拉赫为什么主张地心说? 393
    实验技术改变了理论 398
    随时都可以改写 400
    后记 402后记 402
    编辑推荐语
    宇宙初始是什么样子?
    它是怎样形成的?
    又是如何演化成如今的样子?

    你一定听过黑洞、引力波、时间旅行、暗物质、虫洞、希格斯粒子、空间扭曲、相对论……
    但你真的知道那是什么吗?

    染着一头金发的天才怪咖、物理学家多田将用通俗易懂、有趣的方式和上百张可爱的插图,为青年学子以及喜欢物理学的大众讲解看似很深奥却无比迷人的宇宙理论。来吧,跟怪咖物理学家一起跳入黑洞,一次搞懂宇宙的奥秘!
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