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主编推荐语

宇宙从何而来,又将演化向何方?

内容简介

一个世纪前,伴随着爱因斯坦提出广义相对论和20世纪20年代的一系列观测发现,诞生了现代宇宙学。在爱因斯坦的眼中,我们身处的宇宙必须是均匀的,才能在哲学层面上令人满意。本书中,2019年诺贝尔物理学奖获得者、现代理论宇宙学的奠基人和领军人物之一詹姆斯·皮伯斯以此为起点,从历史和重要亲历者的视角出发,回顾了一个多世纪以来人类对宇宙认识的演进历程。

从宇宙是静态的还是在膨胀,到宇宙中物质和辐射的分布是否均匀,从宇宙的稳恒态模型与热大爆炸模型之争,到微波背景辐射存在的预测和发现,从被爱因斯坦评价为“丑陋”的宇宙学常数,到包含它的大爆炸冷暗物质模型(ΛCDM模型),作者历数了一个世纪以来人类认识宇宙的里程碑和关键时刻,其中有绝妙的见解、幸运的猜想、基于实证的检验,也有未被选择的道路和错误与歧途。

皮伯斯重点回顾了1998—2003年这5年间宇宙学领域的重大观测进展,并将其称为一场“宇宙学革命”。这些研究结果都指向ΛCDM模型,使其成为当前宇宙学领域的标准模型。

宇宙学的发展离不开技术的进步以及科学研究方法的演变。除了回顾宇宙学的历史并展望未来外,作者还审视了感光底片、大型望远镜和巡天、太空探测器、计算机技术等技术进步在宇宙学发展过程中起的作用,以及从彼此独立的小型研究组为研究单位到“大科学”研究项目的科研策略的转变。

目录

  • 版权信息
  • 致中国读者
  • 推荐与赞誉
  • 译者序与致谢
  • 前言与致谢
  • 第1章 简介
  • 1.1 宇宙学的科学和哲学
  • 1.2 概述
  • 第2章 均匀宇宙
  • 2.1 爱因斯坦的宇宙学原理
  • 2.2 非均匀性的早期证据
  • 2.3 均匀性的早期证据之各向同性
  • 2.4 均匀性的早期证据之计数和红移
  • 2.5 静态随机过程的宇宙
  • 2.6 分形宇宙
  • 2.7 结束语
  • 第3章 宇宙学模型
  • 3.1 相对论性膨胀宇宙的发现
  • 3.2 相对论性大爆炸宇宙学
  • 3.3 稳恒态宇宙学
  • 3.4 稳恒态宇宙学的实证评估
  • 3.5 大爆炸模型的非实证性评估
  • 3.5.1 早期思考
  • 3.5.2 宇宙暴胀
  • 3.5.3 偏差
  • 3.6 大爆炸模型的实证评估
  • 3.6.1 时标
  • 3.6.2 20世纪70年代的宇宙学检验
  • 3.6.3 质量密度测量之简介
  • 3.6.4 质量密度测量之从哈勃到革命
  • 3.6.5 质量密度测量之评价
  • 3.7 结束语
  • 第4章 化石:微波背景辐射和轻元素
  • 4.1 膨胀宇宙中的热辐射
  • 4.2 伽莫夫的方案
  • 4.2.1 伽莫夫1948年的论文
  • 4.2.2 预测当前CMB的温度
  • 4.2.3 阿尔法、贝特和伽莫夫的论文
  • 4.3 产生于热大爆炸的氦和氘
  • 4.3.1 氦化石的识别
  • 4.3.2 冷宇宙中的氦
  • 4.3.3 1964年和1965年的进展
  • 4.4 微波辐射源
  • 4.4.1 星际氰
  • 4.4.2 贝尔实验室的探测
  • 4.4.3 泽尔多维奇团队
  • 4.4.4 迪克团队
  • 4.4.5 发现CMB
  • 4.5 测量CMB的强度谱
  • 4.5.1 20世纪70年代的情况
  • 4.5.2 替代解释
  • 4.5.3 亚毫米波异常
  • 4.5.4 确定CMB热谱
  • 4.6 核合成和重子质量密度
  • 4.7 热大爆炸宇宙学为什么会重生?
  • 第5章 宇宙结构如何增长
  • 5.1 引力不稳定性的图景
  • 5.1.1 勒梅特的解
  • 5.1.2 利夫希茨的扰动分析
  • 5.1.3 重子和CMB的非引力性相互作用
  • 5.1.4 金斯质量
  • 5.2 各类图景
  • 5.2.1 混沌与秩序
  • 5.2.2 原始湍流
  • 5.2.3 星系旋转的引力起源
  • 5.2.4 爆炸
  • 5.2.5 自发破缺的均匀性
  • 5.2.6 初始条件
  • 5.2.7 自下而上或自上而下的结构形成
  • 5.3 结束语
  • 第6章 亚光度质量
  • 6.1 星系团
  • 6.2 星系群
  • 6.3 星系旋转曲线
  • 6.3.1 仙女座星云
  • 6.3.2 NGC 3115
  • 6.3.3 NGC 300
  • 6.3.4 NGC 2403
  • 6.3.5 伯比奇的项目
  • 6.3.6 挑战
  • 6.4 稳定旋涡星系
  • 6.5 识别亚光度物质
  • 6.6 亚光度物质的本质是什么?
  • 第7章 非重子暗物质
  • 7.1 热暗物质
  • 7.1.1 可能探测到的中微子静止质量
  • 7.2 冷暗物质
  • 7.2.1 在1977年发生了什么?
  • 7.2.2 20世纪80年代初的情况
  • 7.2.3 暗物质探索
  • 第8章 宇宙学模型的井喷时代
  • 8.1 为什么CMB如此平滑?
  • 8.2 反例:冷暗物质
  • 8.3 冷暗物质和结构形成
  • 8.4 主题的变化
  • 8.4.1 TCDM
  • 8.4.2 DDM和MDM
  • 8.4.3 ΛCDM和τCDM
  • 8.4.4一些其他的想法
  • 8.5 这一切如何契合?
  • 第9章 1998—2003年的革命
  • 9.1 红移―星等检验
  • 9.2 CMB温度各向异性
  • 9.3 世纪之交发生了什么
  • 9.4 物理宇宙学的未来
  • 第10章 研究方法
  • 10.1 技术
  • 10.2 人类行为
  • 10.3 别样之路
  • 10.4 科学的社会建构
  • 参考文献
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评分及书评

4.0
3个评分
  • 用户头像
    给这本书评了
    3.0
    科学是等待的艺术,而等待本身就是发现

    必须要说在前头,其实这本书在内容上应该是要打四星甚至五星。但是他对我来说实在是专业过了头,以我个人的评分标准确实只能给三星,希望不要误导各位朋友。本书作者皮伯斯在 2019 年以 84 岁高龄获得诺贝尔物理学奖的宇宙学家,将毕生智慧凝结在这部 “宇宙三重奏” 中:宇宙本身的演化史、现代宇宙学的科学史、以及他与宇宙对话的私人史。他从爱因斯坦的广义相对论开始论述,而这也是现代宇宙学的奠基时刻。在书中,他冷静地梳理了科学史上的关键转折:宇宙膨胀理论与静态宇宙论的激烈交锋、稳恒态模型与大爆炸模型的生死较量、宇宙微波背景辐射(CMB)从理论预言到意外发现的戏剧性历程。这些故事背后,是作者作为亲历者的独特视角 ——1964 年,当彭齐亚斯和威尔逊因天线上的 “鸟屎噪声” 困扰时,正是作者所在的普林斯顿团队率先意识到那竟是宇宙大爆炸的余晖。这段科学史上的经典插曲,在书中被赋予了新的生命。书中最吸引我的章节,是关于宇宙学如何从哲学思辨蜕变为精密科学的过程。1969 年,作者在洛斯・阿拉莫斯实验室启动的星系团模拟实验,成为这一转折的象征。当计算机首次展示物质在引力作用下 “结块” 形成星系的画面时,宇宙学研究正式迈入定量计算时代。而 1971 年那个颠覆性的银河系模拟实验 —— 扁平星系在旋转中濒临解体,唯有加入一个看不见的 “星系晕” 才能保持稳定 —— 直接复活了尘封三十年的暗物质假说。作者以亲历者的清醒写道:“科学发现常始于程序报错与数据异常”,正是这种对 “异常” 的执着,让暗物质从兹威基的冷门猜想变为现代宇宙学的支柱。本书译者、北师大天文系张同杰教授深谙这种执着。作为用 “天河二号” 超级计算机模拟 3 万亿粒子宇宙演化的学者,他在译后记中特别强调了作者的科学哲学:宇宙学的突破往往诞生于 “观测异常与理论预测的裂隙处”。这种精神贯穿全书,尤其在讲述 ΛCDM 模型确立的章节中 —— 这个包含暗能量(Λ)和冷暗物质(CDM)的宇宙学标准模型,最终解释了宇宙 95% 的未知成分。中信出版社的版本保留了原著的学术深度,8 页全彩插图清晰展现了宇宙学模型演化脉络。尽管张同杰团队的翻译专业精准,但读者仍需面对皮伯斯特有的 “克制叙事”:没有煽情的科学英雄主义,只有冷静记录一代代人如何接力逼近真理。正如他在书中总结的:“宇宙学革命本质上是测量精度的革命”—— 从哈勃望远镜到 “中国天眼”,人类不断建造更大的 “眼睛” 窥探星空,而每个新数据点都可能颠覆认知。只是作者的这种克制笔法,确实让这本书很难让普通读者能看下去。

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    出版方

    中信出版集团

    中信出版社,成立于1988年,隶属于中国中信集团公司,是全国中央级出版社。2008年改制为中信出版股份有限公司。 中信出版集团满怀激情,关注思想、关注理念、关注人物、关注资讯、关注时尚,为读者提供最前沿的思想与最优秀的学习实践,通过有价值的、有享受的阅读,倡导与展示新的文化主流,启动一个“大众阅读时代”。