宇宙的世紀(jì)

前言

　　寫作本書的初因是應(yīng)皮帕德①的要求，為他與布朗以及后來的派斯主編的三卷本著作《20世紀(jì)物理學(xué)》（Bristol：Institute of Physics Publishing and New York：American Institute of Physics Press，1995）撰寫20世紀(jì)天體物理學(xué)和宇宙學(xué)概要..這是一項(xiàng)考慮周到的任務(wù)，但我的第一稿遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了規(guī)定的頁數(shù)。經(jīng)過大幅度修改，我把內(nèi)容壓縮到原先的一半，整個(gè)綜述成為該書第三卷的第二十三章?！　∥液懿磺樵阜艞壦心切┙?jīng)過出版部門審核過的重要素材，令人高興的是，物理研究所同意了我向劍橋大學(xué)出版社建議出版全部材料的請(qǐng)求。出版社也熱心推動(dòng)這項(xiàng)計(jì)劃，并建議對(duì)內(nèi)容做進(jìn)一步充實(shí)，特別是各章的解釋性附錄，不妨增加些簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，使關(guān)注這方面的讀者得到更有說服力的論據(jù)。我還從我的其他書上援引了大量參考文獻(xiàn)，并對(duì)主題進(jìn)行了處理以適用于本書。結(jié)果整個(gè)計(jì)劃幾乎完全重新來過，內(nèi)容擴(kuò)充為原計(jì)劃的五倍。　　由于我在撰寫我的《物理學(xué)的理論概念》第二版（Cambridge：Cambridge University Press，2003）時(shí)，已經(jīng)為準(zhǔn)備此書積累了 大量資料，這些都是我進(jìn)入這一行以來一直就想深入了解的。歷史資料提供了看待天體物理學(xué)和宇宙學(xué)思想基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的真實(shí)的物理洞察力，遺憾的是這種洞察力不是那么容易為學(xué)生、研究人員和老師們所掌握。更有甚者，天體物理學(xué)和宇宙學(xué)中在許多場(chǎng)合下發(fā)生的趣聞?shì)W事就更是難以為公眾所了解，盡管它們不是弄清許多深刻思想的來龍去脈所必需的。

內(nèi)容概要

20世紀(jì)見證了天體物理學(xué)和宇宙學(xué)的出現(xiàn)，這是兩個(gè)不曾有過的當(dāng)代科學(xué)研究中最令人激動(dòng)、最富挑戰(zhàn)性的領(lǐng)域。    本書回顧了當(dāng)代天體物理學(xué)所有關(guān)鍵領(lǐng)域的歷史發(fā)展，以貫串始終的主線顯示了這些進(jìn)展是如何帶來當(dāng)代天體物理學(xué)和宇宙學(xué)極其豐富的全部景觀。書中不僅呈現(xiàn)了許多由史無前例的觀察導(dǎo)出的重大發(fā)現(xiàn)，同時(shí)也強(qiáng)調(diào)了理論概念的發(fā)展以及這些概念如何被人們接受。這些進(jìn)展已使得天體物理學(xué)家和字宙學(xué)家可以追問某些關(guān)于我們宇宙性質(zhì)的最深刻的問題，并將我們借助于先進(jìn)觀察設(shè)備獲得這些認(rèn)識(shí)的能力提高到前所未有的高度。這是一部引人入勝的著作，其內(nèi)容的精彩程度超乎任何敘事高手的豐富想象。

作者簡(jiǎn)介

　　馬爾科姆·朗蓋爾，1967年在劍橋大學(xué)卡文迪什實(shí)驗(yàn)室射電天文研究組取得博士學(xué)位，1968-1969年，他以皇家學(xué)會(huì)交換學(xué)者身份前往莫斯科別列捷夫研究所工作。他曾以交換學(xué)者身份6次前往前蘇聯(lián)空間研究所從事學(xué)術(shù)交流，并一直是美國多家研究機(jī)構(gòu)的客座教授和觀察員。1980-1990年期間，他先后榮獲多項(xiàng)職銜：蘇格蘭皇家天文學(xué)會(huì)會(huì)員、愛丁堡大學(xué)天文學(xué)雷吉烏斯（Regius）講席教授和愛丁堡大學(xué)皇家天文臺(tái)臺(tái)長(zhǎng)。1997年以來，他擔(dān)任劍橋大學(xué)卡文迪什實(shí)驗(yàn)室主任，并在2000年千禧年榮譽(yù)表彰中榮獲高級(jí)英帝國勛爵士（CBE）稱號(hào)。朗蓋爾的主要研究領(lǐng)域是高能天體物理學(xué)和天體物理宇宙學(xué)。他已出版了15本著作，發(fā)表250多篇學(xué)術(shù)研究論文。　　王文浩，現(xiàn)執(zhí)教于清華大學(xué)工程物理系，早年畢業(yè)于中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)近代物理系。近年譯著有：《時(shí)空的大尺度結(jié)構(gòu)》（S·W·霍金、G·F·艾利斯著），《通向?qū)嵲谥贰罚≧·彭羅斯著）等。

書籍目錄

前言致謝第一部分  第二次世界大戰(zhàn)前恒星及其演化的研究  第一章  19世紀(jì)的遺產(chǎn)    1.1  引言    1.2  從約瑟夫·夫瑯禾費(fèi)到古斯塔夫·基爾霍夫    1.3  1等星的視差    1.4  照相術(shù)的發(fā)明    1.5  新一代望遠(yuǎn)鏡    1.6  前史總結(jié)  第二章  恒星光譜的分類    2.1  威廉·哈金斯——恒星天體物理學(xué)的創(chuàng)立者    2.2  1等星光譜分類系統(tǒng)    2.3  哈佛恒星光譜分類  第三章  恒星結(jié)構(gòu)及其演化    3.1  恒星結(jié)構(gòu)及其演化的早期理論    3.2  赫羅圖的起源    3.3  新物理學(xué)的影響    3.4  愛丁頓與恒星結(jié)構(gòu)及其演化理論    3.5  量子力學(xué)的影響和新粒子的發(fā)現(xiàn)  第四章  恒星演化的終點(diǎn)    4.1  紅巨星問題    4.2  白矮星    4.3  超新星和中子星第二部分  宇宙的大尺度結(jié)構(gòu)，1900—1939  第五章  銀河系和旋渦星云的性質(zhì)    5.1  “島宇宙”與星云表    5.2  銀河系結(jié)構(gòu)    5.3  大論戰(zhàn)    5.4  哈勃和星系宇宙    5.5  銀河系旋轉(zhuǎn)的發(fā)現(xiàn)    5.6  星際物質(zhì)與塵埃消光    5.7  作為旋渦星系的銀河系  第六章  天體物理宇宙學(xué)的起源    6.1  愛因斯坦時(shí)代以前的物理宇宙學(xué)    6.2  廣義相對(duì)論與愛因斯坦的宇宙    6.3  德西特、弗里德曼和勒邁特    6.4  星云的退行    6.5  羅伯遜-沃克度規(guī)    6.6  米爾恩-麥克雷與愛因斯坦-德西特模型    6.7  愛丁頓-勒邁特模型    6.8  1939年的宇宙學(xué)問題第三部分  電磁波譜的拓寬  第七章  電磁波譜的拓寬與新天文學(xué)    7.1  引言    7.2  亞原子粒子和宇宙線的發(fā)現(xiàn)    7.3  射電天文學(xué)    7.4  X射線天文學(xué)    7.5  γ射線天文學(xué)    7.6  紫外天文學(xué)與哈勃空間望遠(yuǎn)鏡    7.7  紅外天文學(xué)    7.8  新天文學(xué)世紀(jì)的光學(xué)天文學(xué)    7.9  其他類型天文學(xué)第四部分  1945年以來的恒星和星系天體物理學(xué)  第八章  恒星與恒星演化    8.1  引言    8.2  核合成和化學(xué)元素的起源    8.3  太陽中微子    8.4  日震學(xué)    8.5  恒星演化    8.6  中子星的發(fā)現(xiàn)    8.7  X射線雙星和黑洞研究    8.8  射電脈沖星和廣義相對(duì)論的檢驗(yàn)    8.9  引力波的檢測(cè)    8.10  超新星  第九章  星際介質(zhì)物理學(xué)    9.1  星際氣體的光致電離    9.2  中性氫與分子譜線天文學(xué)    9.3  多相星際介質(zhì)    9.4  恒星的形成    9.5  太陽系外行星和褐矮星    9.6  宇宙線天體物理學(xué)和星際介質(zhì)  第十章  星系和星系團(tuán)物理學(xué)    10.1  星系    10.2  星系中的暗物質(zhì)    10.3  橢圓星系動(dòng)力學(xué)    10.4  星系的大尺度分布    10.5  星系團(tuán)物理學(xué)  第十一章  高能天體物理學(xué)    11.1  射電天文學(xué)和高能天體物理學(xué)    11.2  類星體及其近親的發(fā)現(xiàn)    11.3  廣義相對(duì)論和活動(dòng)星系核模型    11.4  活動(dòng)星系核光譜學(xué)    11.5  活動(dòng)星系核中黑洞的質(zhì)量    11.6  活動(dòng)星系核非熱現(xiàn)象    11.7  γ射線暴第五部分  1945年以來的天體物理宇宙學(xué)  第十二章  天體物理宇宙學(xué)    12.1  伽莫夫與大爆炸    12.2  穩(wěn)恒態(tài)宇宙論    12.3  射電源計(jì)數(shù)    12.4  氦問題    12.5  宇宙微波背景輻射的發(fā)現(xiàn)    12.6  氦問題再討論第十三章  宇宙學(xué)參數(shù)的確定    13.1  桑德奇與H0和q0的值    13.2  哈勃常數(shù)    13.3  宇宙年齡T0    13.4  減速參數(shù)q0    13.5  密度參數(shù)Ω0    13.6  本章總結(jié)  第十四章  星系和活動(dòng)星系隨宇宙歷元的演化    14.1  活動(dòng)星系的宇宙學(xué)演化    14.2  星系計(jì)數(shù)    14.3  萊曼α云    14.4  萊曼α吸收體中元素的豐度    14.5  萊曼截?cái)嘈窍?   14.6  總產(chǎn)星速率    14.7  結(jié)論  第十五章  星系和宇宙大尺度結(jié)構(gòu)的起源    15.1  引力坍縮和膨脹宇宙結(jié)構(gòu)的形成    15.2  宇宙的熱史    15.3  小擾動(dòng)隨宇宙歷元的發(fā)展    15.4  星系形成的絕熱圖景和等溫圖景    15.5  熱暗物質(zhì)——具有有限靜質(zhì)量的中微子    15.6  冷暗物質(zhì)和結(jié)構(gòu)形成    15.7  偏值    15.8  初始功率譜的重構(gòu)    15.9  冷暗物質(zhì)圖景的變種    15.10  宇宙微波背景輻射的漲落    15.11  薩哈羅夫振蕩的發(fā)現(xiàn)    15.12  宇宙學(xué)參數(shù)的確定    15.13  后復(fù)合期宇宙  第十六章  極早期宇宙    16.1  大問題    16.2  觀察極限    16.3  宇宙學(xué)人存原理    16.4  暴脹宇宙與粒子物理學(xué)的線索    16.5  初始擾動(dòng)譜的起源    16.6  重子起源學(xué)說    16.7  普朗克階段星名索引主題詞索引人名索引譯后記

章節(jié)摘錄

　　只是當(dāng)我進(jìn)人最后一章的寫作時(shí)，我才看清我給自己設(shè)定的任務(wù)有多大。本書不是集大成之作，也不可能包容所有杰出人物的重要貢獻(xiàn)。因此，選材上我不得不有所挑選，并將內(nèi)容限定在已發(fā)表的成果上。同樣，我不相信自己能夠?qū)懗鰧?duì)20世紀(jì)天體物理學(xué)和宇宙學(xué)如此復(fù)雜的局面給予完全客觀描述的歷史。我只能嘗試著盡量公正地對(duì)具有長(zhǎng)遠(yuǎn)重要性的那些事情進(jìn)行評(píng)述，這無疑具有一定的主觀局限性?！　⊥瑯又档靡惶岬氖?，在20世紀(jì)60年代早期，當(dāng)整個(gè)天體物理學(xué)和宇宙學(xué)經(jīng)歷著前所未有的從光學(xué)天文學(xué)向多波段測(cè)量天文學(xué)變革，從而使天體物理學(xué)的方方面面開始成為這幕大戲的主角的關(guān)鍵時(shí)期，我有幸進(jìn)入了該領(lǐng)域研究。從那時(shí)起，物理學(xué)家的興趣向天體物理學(xué)轉(zhuǎn)移成為該領(lǐng)域的重要特點(diǎn)之一，我正是從這個(gè)角度切人展開寫作的。本書在記述這段歷史時(shí)，最重要的一個(gè)特點(diǎn)就是強(qiáng)調(diào)物理學(xué)發(fā)展與它對(duì)天體物理學(xué)和宇宙學(xué)影響之間的緊密聯(lián)系，以及二者間的互動(dòng)。這一標(biāo)志性的事實(shí)從該學(xué)科誕生以來就一直是該領(lǐng)域研究的主調(diào)。這從本書開列的作者索引中除了天體物理學(xué)家和宇宙學(xué)家外，還包含了大量物理學(xué)家這一事實(shí)中亦可得到佐證?！　‰m然作者索引已包括了近千人，但我還是要指出，遺珠之憾在所難免。許多曾作出重要貢獻(xiàn)的人有時(shí)僅僅是因?yàn)樗麄儾皇钦撐牡牡谝蛔髡叨類邸Ｔ?0世紀(jì)后半葉的幾十年里，很多關(guān)鍵性論文常常包括了幾十上百位作者，因此要準(zhǔn)確判斷每個(gè)人的貢獻(xiàn)已變得越來越困難。這反映了這樣一個(gè)事實(shí)：當(dāng)今許多大的太空基和地基項(xiàng)目涉及許多研究工作者，因此榮譽(yù)應(yīng)當(dāng)歸功于這個(gè)項(xiàng)目集體而不是個(gè)別科學(xué)家。我在書中已對(duì)這些情形作了說明，并略去或僅在參考書目中給出詳細(xì)名單。我希望我的同行能理解這一點(diǎn)。

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