多少年来,科学家们一直期盼着能够找到一个将相对论和量子论统一到同一个数学框架中的“万物理论”,这就是物理学所追求的“圣杯”,他们期望着只用一个简单的方程就能提供关于生命、宇宙和万物的普适答案。
在本书中,杰出的科普作家约翰·格里宾第一次给我们讲述了这两个理论如何殊途同归,最终发现宇宙的真实年龄为138亿年的故事。这是人类最伟大的发现,它为未来在最小尺度和最大尺度上将宇宙的秘密最终结合起来铺平了道路。
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书名 | 创世138亿年(宇宙的年龄与万物之理)/哲人石 |
分类 | 科学技术-自然科学-自然科普 |
作者 | (英)约翰·格里宾 |
出版社 | 上海科技教育出版社 |
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简介 | 内容推荐 多少年来,科学家们一直期盼着能够找到一个将相对论和量子论统一到同一个数学框架中的“万物理论”,这就是物理学所追求的“圣杯”,他们期望着只用一个简单的方程就能提供关于生命、宇宙和万物的普适答案。 在本书中,杰出的科普作家约翰·格里宾第一次给我们讲述了这两个理论如何殊途同归,最终发现宇宙的真实年龄为138亿年的故事。这是人类最伟大的发现,它为未来在最小尺度和最大尺度上将宇宙的秘密最终结合起来铺平了道路。 目录 致谢 引言 最重要的事实 第O部分 导言 第O章 2.712:确定宇宙的温度 第一部分 怎样知道恒星的年龄 第一章 2.898:前期历史——光谱及恒星的组成 第二章 0.008:太阳的核心 第三章 7.65:制造“金属” 第四章 13.2:恒星的年龄 第二部分 怎样知道宇宙的年龄 第五章 31.415:前期历史——星系和宇宙 第六章 575:发现膨胀的宇宙 第七章 75:宇宙蛋奶酥有多大 第八章 138:巡天和卫星 语表 注释 拓展阅读 序言 宇宙由此开始。我们看到的一切——恒星、行星、 星系、人类——都可以溯源至138亿年前的某一时刻。 这一困惑了哲学家、神学家和科学家数千年的“终极” 问题,在我们的有生之年得到了解答。从20世纪60年代 发现宇宙微波背景辐射'开始,宇宙年龄有限的概念, 从一个假说(其可能性比存在一个永恒而无限的宇宙的 可能性大不了多少)到如今成了一个不争的事实,经历 了差不多半个世纪的时间。宇宙的年龄可以通过诸如普 朗克卫星之类的空间观测站的高精度数据得到精确测量 。但是对这样一个科学胜利的描述经常忽略了一个更重 要的事实——探索的历程还有另外一段故事,正是它的 存在使得这一关于起源问题的发现更为令人信服。 目前我们在科学上最重要的认识是,我们关于极微 小世界的理论——量子力学,与我们关于极大尺度世界 的理论——宇宙学(又称为广义相对论),具有极其惊人 的一致性。尽管这两个理论是完全独立地发展起来的, 而且至今还没有谁能够成功地将这两个伟大的理论合并 成一个所谓的量子引力理论。然而事实是,它们各自给 出了同一个问题的“正确”答案,告诉我们整个物理学 ,甚至整个科学存在一个更为基本的理论。的确如此。 那个基本的问题是什么呢?我们又怎样知道两大理 论在这个问题上的答案是一致的?宇宙学家计算的宇宙 年龄——138亿年,仅比天体物理学家计算出的位居其 中的恒星的年龄略大一点点,它的意义如此重大,真是 值得在屋顶上高声呐喊。然而,这却有点想当然了。我 觉得需要来作一点更公平的调整。 最近的一些事使得这种一致性之重要意义被忽视的 情况更突出了。我是2013年决定写作本书的,那时普朗 克卫星获得的数据正出现在新闻头条。许多新闻故事的 标题都是这样吹嘘的:“宇宙比我们过去所想的更为古 老。”这让宇宙学家啼笑皆非,尽管它确实是对的,新 的数据使得宇宙的估算年龄从以前的137.7亿年增加到 了138.2亿年,但是增加的幅度还不到百分之一的一半( 后来又纠正为138.0亿年)。令人惊讶的是,这些数据竟 然能使我们对宇宙年龄的估计达到一个如此高的精度。 一代人以前(那时我们已经知道宇宙有一个起点),我们 还只能说宇宙的年龄大致在100亿年至200亿年之间。这 一最新测量的精度还只是那个最重要事实的一半,这个 事实的物理学部分,就是本书的重点所在。至于其哲学 或宗教的意义,还是留给其他学者去争辩吧。 最年老恒星的年龄显示出它们仅仅比宇宙的年龄略 小一些。如果这还不能让你留下深刻的印象,那么想象 一下如果发生了另一种情况——测量到恒星的年龄比宇 宙的年龄还大,科学家们会有怎样的感受!这将意味着 他们所钟爱的两个重要理论——量子物理学和广义相对 论——至少有一个是错的。 事实上,我们甚至都没有必要去想象,如果测量得 到恒星的年龄大于宇宙的年龄,科学家们会有怎样的感 受,因为那个情况在第二次世界大战结束之时,正好也 就是我这一生开始的时候就已经出现了,我自己不仅是 这个宇宙年龄测量团队的一员,也认识这个故事中的许 多人物。当我还是一个孩子时,天文学家的确发现他们 对恒星年龄的估计大于对宇宙年龄的估计。这也正是“ 稳恒态”宇宙模型的支柱之一,这一理论认为宇宙在时 间和空间上是无限的,宇宙本质上是不变的。我将解释 我们可以从20世纪40年代的理论与现代公论之明显冲突 中得到什么,包括普朗克卫星观测结果的意义,也将使 得这个公论的重要性变得更为清晰。但是我还是需要先 回顾一些宇宙学和天体物理学的“前期历史”,回到19 世纪导致理解恒星和宇宙之本质的发现,为讲述这个最 重要的事实做好准备。 约翰·格里宾 2015年6月1日 导语 英国科学作家协会“终身成就奖”得主经典之作。 确定宇宙的真实年龄,这一困扰哲学家、神学家和科学家数千年的“终极”问题如何最终得以解决? 科学、历史和传记的完美结合,在扣人心弦的故事中,饱览一部宏大而跌宕起伏的科学史诗 现代物理学两大支柱——相对论和量子力学——如何携手破解宇宙年龄之谜? 书评(媒体评论) 本书生动易懂地阐释了天文学家如何确定宇宙 的年龄。——《出版者周刊》(Publishers Weekly) 一位参与测量宇宙年龄的科学家为这项伟大的 科学成就所著的编年史,精彩纷呈。——《柯克斯 书评》(Kirkus Reviews) 一本天文学和宇宙学爱好者必读的书。——《 书单》(Booklist)杂志 格里宾在这部扣人心弦的著作中,为所有读者 深入浅出地展示了发现宇宙真实年龄这一非凡的科 学成就。——《精选》(Choice)杂志 对于一个如此宏大的故事,本书呈现了详尽的 细节,带领读者清晰地理解这段跌宕起伏的科学历 程,堪称一部优秀的科普著作。——戴维·艾彻 (David Eicher),《天文学》(Astronomy)杂 志编辑 |
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