出版時間:2011-6 出版社:中國人民大學(xué)出版社 作者:艾弗琳·蓋茨 頁數(shù):262 字?jǐn)?shù):251000 譯者:張威,上官敏慧
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前言
在一般公眾的眼中,物理應(yīng)該是一門高深的學(xué)問。從牛頓到愛因斯坦 ,從費曼(Richard Feynman)到霍金(Stephen Hawking),物理學(xué)家的頭頂 永遠(yuǎn)籠罩著天才的光環(huán)。這層光環(huán)不僅照耀著這些我們自高中時期就耳熟 能詳?shù)拿?,還慷慨地將光輝與每一個和物理有關(guān)的人分享。無論是從事 研究或教學(xué)工作的物理學(xué)工作者,還是在各個階段物理學(xué)得好的學(xué)生,都 能自然而然地享受到這些光芒,從而被自然而然地歸為聰明人。 在過去的十幾年中,譯者作為物理學(xué)工作者,都不可避免地受到這種 光輝的照耀。在它的影響下,我們各自有那么一段時間變得忘乎所以,肆 無忌憚地用看似高深的理論和晦澀難懂的學(xué)術(shù)名詞來談?wù)撐锢?,似乎只?這樣才能彰顯自己的與眾不同。幸運的是,這種丑惡的嘴臉并沒有保持太 長時間(否則我們不確定是否能在清醒過來后,頂住隨之而來的羞愧與自厭 ),并隨之認(rèn)識到,物理學(xué)的美,恰恰在于簡單。 對于這個結(jié)論,絕大多數(shù)學(xué)過物理的人肯定不會同意。在公眾看來, 物理不僅高深晦澀,而且枯燥乏味。事實上,即使是物理學(xué)工作者(比如我 們自己),也時不時會產(chǎn)生類似的想法。但是,在將“覺得乏味——感興趣 ——再覺得乏味——再感興趣”這個循環(huán)重復(fù)了無數(shù)次之后,我們卻不得 不承認(rèn),物理既不高深,也不乏味。高深的是描述物理的方法,乏味的則 是我們這些搞物理的人。 誰都不希望變成乏味的人,物理學(xué)工作者也不例外。但是,我們在很 多時候卻不得不求助于高深的數(shù)學(xué)或其他工具,因為除此之外,我們根本 不知道該怎樣去描述世界運行的道理。說得再坦白一點,物理的高深恰恰 是因為人類自身的無知。只有當(dāng)我們對自然的領(lǐng)悟已經(jīng)達(dá)到了運籌帷幄、 存乎一心的時候,才可能將一切的邏輯和法則用最淺顯的語言描繪出來。 這樣的天才確實存在,但絕大多數(shù)人(當(dāng)然包括我們)都不是。 說到這里,我們希望已經(jīng)澄清了一些不應(yīng)該出現(xiàn)在自己身上的光環(huán), 更希望能消除讀者心中對物理的畏懼和憎惡。誠然,如果你想從事物理研 究工作,且不是上述的那種天才(就和我們一樣是個中人之資的普通人), 那么很遺憾,你就不得不借助高深乏味的工具,并在一生中不斷體會著“ 乏味——興趣——乏味”的循環(huán)。但是,如果你只是想欣賞物理學(xué)的美, 并享受它所帶來的興奮和愉悅,那你完全可以拋卻過去曾經(jīng)有過的不愉快( 比如高中時期的習(xí)題和考卷),并嘗試著用全新的方式重新?lián)肀锢怼?如果你真的有此決心,那么手上的這本書絕對是一個很好的開始。本 書的作者艾弗琳·蓋茨作為一名活躍在科研第一線的宇宙學(xué)家,以她深厚 的學(xué)術(shù)功底為基礎(chǔ),為我們講述了有關(guān)引力透鏡、暗物質(zhì)和暗能量的故事 。隨著作者充滿感性和魅力的筆觸,我們得以從完全不同的視角欣賞和享 受物理學(xué)中最純粹(因此也被誤解為最枯燥)的分支——宇宙學(xué)和粒子物理 學(xué)——所帶來的沖擊和震撼。在物理學(xué)的幫助下,身為地球上的普通人, 我們不僅可以“看到”宇宙深邃的盡頭,還可以探究隱藏在無盡夜空下神 秘的天體,而這些認(rèn)知又和比原子還要小很多倍的基本粒子研究聯(lián)系在一 起。所有這些激動人心的概念,都將在你閱讀的過程中一一呈現(xiàn)。 最后,我們要感謝在本書翻譯過程中提供幫助的人。首先要感謝策劃 編輯唐奇,如果沒有她的鼓勵和幫助,我們也許根本不會積攢起足夠的信 心來開始這項工作。其次,要感謝中國科學(xué)院理論物理研究所的李淼老師 ,他仔細(xì)閱讀了全書的每一個章節(jié),并給出了很多專業(yè)的意見。我們還要 感謝北京科技大學(xué)國家材料服役安全科學(xué)中心的劉劉老師和中國人民大學(xué) 物理系的周曉瑋老師,她們從非物理專業(yè)的角度對本書的語言和行文提出 了不少見解。本書的翻譯工作時間并不緊張,條件也很優(yōu)越,但由于自身 水平所限,疏漏之處在所難免。如果因為我們的原因,使你在閱讀過程中 沒能獲得應(yīng)該享受的樂趣,我們在此表示最真誠的歉意,并希望你能相信 ,這絕不是物理本身的過錯。 張威上官慧敏 2010年8月于北京
內(nèi)容概要
本書是一本科普著作,以引力透鏡現(xiàn)象的研究為主線,介紹了當(dāng)今天文學(xué)和宇宙學(xué)最為引人注目的兩個研究領(lǐng)域,即暗物質(zhì)和暗能量,同時介紹了引力理論和現(xiàn)象、宇宙學(xué)和粒子物理學(xué)的一些基本知識。在物理學(xué)的幫助下,身為地球上的普通人,我們不僅可以“看到”宇宙深邃的盡頭,還可以探究隱藏在無盡夜空下神秘的天體,而這些認(rèn)知又和比原子還要小很多倍的基本粒子研究聯(lián)系在一起。所有這些激動人心的概念,都將在您閱讀的過程中一一呈現(xiàn)。
作者簡介
艾弗琳·蓋茨是科維理(Kavli)宇宙物理學(xué)研究所助理所長和芝加哥大學(xué)的高級研究助理。作為阿爾德(Alder)天文館和天文學(xué)博物館的天文學(xué)部前部長和科教部副主任,Evalyn
Gates在威廉瑪麗學(xué)院(College of William and Mary)獲得學(xué)士學(xué)位,并在凱斯西儲大學(xué)(Case
Western Reserve
University)獲得理論物理博士學(xué)位。畢業(yè)后,她先后在耶魯大學(xué)和芝加哥大學(xué)進(jìn)行博士后工作,并任費米國家加速器實驗室訪問學(xué)者。她的主要研究領(lǐng)域為粒子宇宙學(xué)和天體物理學(xué),包括暗物質(zhì)、MACHO和白矮星等。
書籍目錄
第1章 宇宙是由什么構(gòu)成的?
第2章 空間和時間的革命
第3章 宇宙的膨脹
第4章 愛因斯坦的望遠(yuǎn)鏡
第5章 勇士與懦夫
第6章 黑洞與行星
第7章 為宇宙稱重
第8章 冷暗物質(zhì)
第9章 循跡暗物質(zhì)
第10章 加速的宇宙
第11章 宇宙網(wǎng)絡(luò)上的暗能量之印
第12章 引力波
尾聲 暗物質(zhì)和暗能量:下一個突破
附注和參考文獻(xiàn)
章節(jié)摘錄
從某種意義上說,科學(xué)又進(jìn)入了新一輪的探索,而這次探索將比任何 魔幻小說都更神奇。在我們的眼睛和望遠(yuǎn)鏡中出現(xiàn)的宇宙,將是一片壓倒 性的黑暗,其中近乎四分之三是暗能量,四分之一是暗物質(zhì),而我們以前 所熟悉的常規(guī)物質(zhì),只是零星散布在宇宙中的些許點綴,就像夜幕中無邊 大海上的一點閃光。在20世紀(jì)物理學(xué)良好發(fā)展的基礎(chǔ)之上,如今我們又踏 入了一個全新的領(lǐng)域。 如此先進(jìn)的新世界觀,必然要求一種同樣先進(jìn)的新觀察方法。愛因斯 坦的廣義相對論,給我們帶來了一種對宇宙的顛覆性理解,而這種理解正 在指引科學(xué)家們將空間本身做成望遠(yuǎn)鏡。這種構(gòu)想一旦成功,這些由萬有 引力打造的宇宙望遠(yuǎn)鏡,其能力將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過我們能在地球上建造的任何設(shè) 備。 根據(jù)愛因斯坦的理論,空間和時間能被任何形式的質(zhì)量扭曲。每一個 行星、恒星和星系都會在空間中產(chǎn)生一個凹陷——物體的質(zhì)量越大,凹陷 越大。因此,無論暗物質(zhì)是什么,也無論它在哪里聚集,都會使周圍的空 間變形。當(dāng)光穿過這些由大質(zhì)量物體所產(chǎn)生的凹陷時,自然而然地就會改 變方向,其結(jié)果和在空間放置一個巨大的透鏡是一樣的。單從引起光線彎 曲和偏轉(zhuǎn)的效果來看,這種由空間結(jié)構(gòu)變化所產(chǎn)生的引力透鏡,和傳統(tǒng)的 由玻璃或塑料制成的光學(xué)透鏡沒什么兩樣。 盡管這是一個很抽象的理論,但在現(xiàn)實中,這一理論可能會成就一項 非常實際的應(yīng)用,并由此衍生出當(dāng)代宇宙探索者手中最強(qiáng)大的工具。就像 我們能通過理解量子力學(xué),創(chuàng)造出一項革新性的影像技術(shù)——核磁共振成 像(MRI)。通過該技術(shù)醫(yī)生可以直接觀察人體的內(nèi)部結(jié)構(gòu),而這在一百年前 根本是無法想象的。廣義相對論同樣給予了天體物理學(xué)家一種觀測宇宙的 新方法。愛因斯坦理論將我們的視線推廣到了一個新極限,并首次為我們 揭示了宇宙中黑暗組成部分的細(xì)節(jié)。在引力透鏡的幫助下,我們能夠?qū)⒂^ 察范圍擴(kuò)大到最遙遠(yuǎn)的星系,發(fā)現(xiàn)其他遠(yuǎn)離太陽系的神秘行星以及空間中 旋轉(zhuǎn)的黑洞。 更重要的是,我們可以借助引力透鏡去揭開暗物質(zhì)和暗能量的神秘面 紗??茖W(xué)家已經(jīng)開始研究這些包裹著星系和恒星、并占據(jù)宇宙大部分組分 的暗物質(zhì),同時著手探究無光區(qū)域的宇宙結(jié)構(gòu)。在無限延展的宇宙中,暗 物質(zhì)形成了一個由引力刻畫、并帶有暗能量印鑒的網(wǎng)絡(luò),而引力透鏡是唯 一可以幫助我們繪制出這張網(wǎng)的工具。這種新式的引力望遠(yuǎn)鏡——即愛因 斯坦望遠(yuǎn)鏡——將幫助我們破解暗物質(zhì)和暗能量的謎題,并最終帶領(lǐng)我們 獲得對空間、時間、物質(zhì)和能量的基礎(chǔ)本質(zhì)更深層次的領(lǐng)悟。核心問題 在嘗試尋找答案之前,我們必須先理解所面對的核心問題。進(jìn)入2l世 紀(jì)以來,研究宇宙的科學(xué)家們所面臨的最嚴(yán)峻、同時也是最引人注目的問 題,正是人類在嘗試?yán)斫庵車澜鐣r所提出的一個最古老的問題: “宇宙是由什么構(gòu)成的?” 這個問題是數(shù)千年來科學(xué)研究的焦點所在,且毫無疑問已經(jīng)取得了足 以令人震驚的進(jìn)展。我們現(xiàn)在可以解釋視線所及的一切事物:從地球上的 物體到地球本身,再到最遙遠(yuǎn)星系中的恒星。在最基本的層面上,它們都 是由原子和分子組成的,而原子和分子又可以分解為夸克和電子。在過去 的一百年間,我們深人發(fā)掘了原子和分子的特性。直到20世紀(jì)末,一些學(xué) 術(shù)權(quán)威甚至迫不及待地想要宣稱,我們已經(jīng)找到了這個古老問題的答案— —科學(xué)的盡頭已經(jīng)到來。 他們顯然是錯誤的。P2-3
媒體關(guān)注與評論
在《愛因斯坦的望遠(yuǎn)鏡》一書中,艾弗琳·蓋茨從一位專家的角度,為我們揭示了宇宙間暗物質(zhì)、暗能量,以及黑洞的神秘面容。通過輕松優(yōu)美的文字,她告訴了我們很多問題的答案:我們怎么知道它們是存在的?怎樣才能進(jìn)行觀測?而觀測結(jié)果又將如何改變我們對宇宙的理解?一切都將在閱讀中豁然開朗。 ——Neil deGrasse Tyson,美國自然歷史博物館天體物理學(xué)家,有《黑洞之死)和《冥王星檔案》等多部著作 透過復(fù)雜的廣義相對論和量子力學(xué),蓋茨博士用簡單的方式闡明了我們當(dāng)前對宇宙的領(lǐng)悟和面對的問題……并通過介紹有關(guān)暗物質(zhì)和暗能量的工作,將讀者帶到了新一輪科學(xué)變革的面前?! ?mdash;—Paul H·Kanppenberger JR.,Adlerr天文館和天文學(xué)博物館館長 根據(jù)我們對世界的新理解,宇宙是由暗物質(zhì)和暗能量統(tǒng)治的。作為一個盡職盡責(zé)且耐心細(xì)致的向?qū)?,艾弗琳,蓋茨將帶領(lǐng)你感受這些黑暗之謎,并理解有關(guān)WIMP和MACHO、宇宙加速膨脹、以及空間卷曲的天文學(xué)證據(jù)。通過她特有的生動筆觸,蓋茨將展示當(dāng)今宇宙學(xué)最前沿的領(lǐng)悟,以及那些未知的領(lǐng)域。如果你對宇宙的構(gòu)成和運行法則有一點好奇,那這本書絕對是一位最好的導(dǎo)游!在宇宙的黑暗中,正醞釀著一場科學(xué)的變革,而艾弗琳·蓋茨將為你揭示它的內(nèi)容和意義。 ——Robert P·Kirshner,哈佛大學(xué)教授,著有《狂放的宇宙》一書
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