圖解時(shí)間簡史大全集

前言

人類對于宇宙的探索歷經(jīng)幾千年，一代又一代學(xué)者都在試圖構(gòu)筑一個(gè)完整的宇宙圖景。從人類文明誕生至今，地球人類對于宇宙這個(gè)廣袤的生存環(huán)境的探索也是從懵懂無知開始，逐步形成了今天的宇宙論體系。就像本書中講述的那樣，宇宙發(fā)展到某一階段變得透明，這個(gè)時(shí)候宇宙“放晴”。而人類也是撥開了層層迷霧，才對宇宙有了漸趨明朗的認(rèn)識。時(shí)間到了今天，人類對于宇宙的探索已經(jīng)歷了幾次飛躍。我們策劃、編輯的這本《完全圖解果殼宇宙》，綜合了到目前為止天文學(xué)家們對于宇宙的觀測和研究成果，希望通過簡單易懂的闡述方法，為讀者描繪一幅關(guān)于宇宙的過去、現(xiàn)在和未來的宏闊藍(lán)圖。我們希望通過本書，給讀者講述兩段歷史。第一段是人類對于宇宙的探索史，這包括人們能夠探索的宇宙范圍的擴(kuò)展，人們描繪的宇宙模型的變化，以及人們探索宇宙的工具的變革等。第二段是宇宙的歷史，這包括對于宇宙的起源和形成過程的討論，宇宙的結(jié)構(gòu)和存在方式的思考，以及對宇宙的未來的展望。在人類文明早期，古代人就已經(jīng)開始了對“天”的思索。雖然他們的宇宙觀還是最樸素、最原始的，但其中卻閃爍著令現(xiàn)代人不得不折服的智慧。古希臘的哲學(xué)家們在幾千年前就創(chuàng)立了樸素的宇宙模型，到16世紀(jì)，亞里士多德的地心說被哥白尼徹底推翻，日心說建立起來。之后，望遠(yuǎn)鏡發(fā)明并被用于天文觀測之中，人類的視野也大為擴(kuò)展。20世紀(jì)20年代，哈勃觀測到了星系的紅移現(xiàn)象，證實(shí)了河外星系的存在，并得出宇宙膨脹的結(jié)論。受此鼓勵(lì)，宇宙學(xué)蓬勃地發(fā)展起來。許多宇宙模型先后出現(xiàn)。其中，哈勃的發(fā)現(xiàn)更是對之前就提出的大爆炸模型予以了強(qiáng)有力的支持。隨著宇宙微波背景輻射的觀測、宇宙氦豐度的研究，大爆炸逐漸為人們所熟知和認(rèn)可。現(xiàn)在，隨著更先進(jìn)的宇宙探測器不斷地被送上太空，大爆炸理論也得到了發(fā)展。如今我們可以根據(jù)大爆炸理論，追溯宇宙100多億年的歷史，想象宇宙的未來圖景。宇宙誕生于沒有時(shí)間和空間的“奇點(diǎn)”，經(jīng)歷了各種微小粒子的混亂運(yùn)動(dòng)的時(shí)期形成了原子，然后逐漸形成了恒星和星系。而在很多億年之后，宇宙可能有開放和閉合兩種結(jié)局。當(dāng)然，對于還存在許多未解之謎的宇宙，任何模型都不可能完美無缺。大爆炸理論同樣受到一些科學(xué)家的質(zhì)疑，而另外一些宇宙模型也被提了出來。本書也對包括靜恒態(tài)宇宙模型、超弦理論、膜宇宙論、火宇宙模型等在內(nèi)的其他模型做了介紹。同時(shí)，隨著觀測技術(shù)的進(jìn)步，一個(gè)個(gè)謎團(tuán)被解開，又有一個(gè)個(gè)新的謎團(tuán)被發(fā)現(xiàn)，黑洞、暗物質(zhì)、暗能量、類星體等，對于我們來說，還是神秘的未知存在?；蛟S在未來的某一天，隨著這些謎團(tuán)的解開，我們就可以把浩瀚宇宙的姿態(tài)，像現(xiàn)在畫一個(gè)星座那樣，使其輕松地躍然紙上。本書運(yùn)用了現(xiàn)代的編輯手法，在敘述過程中，盡量將艱澀難懂的術(shù)語解釋得簡潔明了，在不失豐富的信息量的同時(shí)，堅(jiān)持簡便易讀的行文風(fēng)格。同時(shí)，以插圖、圖解的方式，使相關(guān)的知識直接明朗地呈現(xiàn)到讀者面前。我們希望讀者能通過本書獲得宇宙論的知識，并在閱讀過程中得到樂趣。編者2008年5月

內(nèi)容概要

“……時(shí)間究竟是什么？沒有人問我，我倒清楚，有人問我，我想給他解釋，卻茫然不解了……”偉大的神學(xué)家圣·奧古斯丁，在《懺悔錄》一書中道出了自己的困惑。
事實(shí)上，時(shí)間的本質(zhì)不僅讓奧古斯丁感到困惑，還讓很多人陷入了沒有出口的思考。過去和未來真的存在嗎？我們可以穿越時(shí)光隧道去旅行嗎？時(shí)間的方向是一定的嗎？時(shí)間會發(fā)生由未來指向過去的逆轉(zhuǎn)嗎？這些無法解決的問題宛如陷阱一般困住了眾多的哲學(xué)家和科學(xué)家。而到了霍金手里，這些難題卻被迎刃而解，他的經(jīng)典名著《時(shí)間簡史》無論是在科學(xué)界還是出版界都可謂是鼎鼎有名，他清晰而又智慧的解讀了宇宙學(xué)諸多原理，將高深的理論物理通俗化演繹，使其成為了可讀性極強(qiáng)的科普讀物范本。然而盡管如此，書中提及的一些復(fù)雜概念、邏輯關(guān)系還是拒讀者于千里之外，沒有一定物理學(xué)基礎(chǔ)很難從真正意義上讀懂這么一本好書。毋庸置疑的是，《時(shí)間簡史》在閱讀上還有很大的簡化文本的空間，為此《圖解時(shí)間簡史大全集》(編者王宇琨、董志道)增配的大量特寫圖片、示意圖、圖解，為讀者更好地理解霍金的思想提供了捷徑。無論是廣漠星際間的復(fù)雜關(guān)聯(lián)，還是一個(gè)細(xì)節(jié)的物理學(xué)概念闡釋，都變得更加引人入勝，使人遐想萬千，如同遨游天際，實(shí)地領(lǐng)略時(shí)間和宇宙的諸多神奇景象。
《圖解時(shí)間簡史大全集》告訴你人人都可以讀懂的霍金！

作者簡介

史蒂芬·霍金，1942年1月8日出生于英國牛津。畢業(yè)于牛津大學(xué)氣象學(xué)和劍橋大學(xué)，并獲劍橋大學(xué)哲學(xué)博士學(xué)位。他因?yàn)樵?1歲時(shí)不幸患上了會使肌肉萎縮的盧伽雷氏癥，所以被禁錮在輪椅上，只有三根手指可以活動(dòng)。1985年，因患肺炎做了穿氣管手術(shù)，徹底被剝奪了說話的功能，演講和問答只能通過語音合成器來完成。1972年，他考查黑洞附近的量子效應(yīng)，發(fā)現(xiàn)黑洞會像黑體一樣發(fā)出輻射，其輻射的溫度和黑洞質(zhì)量成反比，這樣黑洞就會因?yàn)檩椛涠冃?，而溫度卻越變越高，最后以爆炸而告終。黑洞輻射的發(fā)現(xiàn)具有極其基本的意義，它將引力、量子力學(xué)和統(tǒng)計(jì)力學(xué)統(tǒng)一在一起。

書籍目錄

序言  堅(jiān)強(qiáng)的輪椅巨人，輝煌的科學(xué)巨著
導(dǎo)讀霍金與《時(shí)問簡史》
  1.霍金：有史以來最杰出的科學(xué)家之一
  2.霍金的作品：從《時(shí)間簡史》到《大設(shè)計(jì)》
  3.量子宇宙論：霍金講述宇宙的由來
第一章  我們的宇宙
  1.與生產(chǎn)生活休戚相關(guān)：人類開始關(guān)注宇宙
  2.種種宇宙模型的出現(xiàn)：古希臘的宇宙觀
  3.地球是靜止的宇宙中心：16世紀(jì)前歐洲的地心說
  4.以太陽為中心的宇宙模型：哥白尼的日心說
  5.地動(dòng)說被證實(shí)：行星運(yùn)動(dòng)三大定律
  6.宇宙沒有中心：布魯諾的悲劇
  7.地球的能量源是太陽：我們居住在太陽系
  8.離太陽最近的恒星：半人馬座的α星C
  9.宇宙的度量單位：光年
  10.望遠(yuǎn)鏡猶如時(shí)間機(jī)器：我們看到的是宇宙的過去
  11.美麗而神秘的天河：無數(shù)恒星的集合
  12.一個(gè)巨大的鐵餅：銀河系的形狀和大小
  13.為數(shù)眾多的旋渦星系：美麗的獵犬座M51
  14.仙女座星云在銀河系中嗎：關(guān)于仙女座大星系的爭論
  15.使用亮度變化的恒星：測量天體的距離
  16.仙女座星云在銀河系之外：哈勃的發(fā)現(xiàn)
  17.宇宙廣闊無垠：到仙女座星系的距離
  18.旋渦星系、橢圓星系和不規(guī)則星系：星系的形狀
  19.錯(cuò)綜復(fù)雜的星系世界：星系的大小和間距
  20.星系聚集成群：星系團(tuán)和超星系團(tuán)
  21.宇宙空洞的發(fā)現(xiàn)：難解的宇宙之謎
  22.從照片到CCD：天文學(xué)的技術(shù)革新
  23.向宇宙的盡頭探索：宇宙學(xué)的發(fā)展
  24.巧合還是神奇：金字塔的奧秘
第二章  相對論：空問和時(shí)間
  1.愛因斯坦：20世紀(jì)最偉大的物理學(xué)家
  2.光速：亙古不變的速度
  3.永恒不變：絕對時(shí)間與絕對空間
  4.絕對空間：一直在找卻沒有找到的空間
  5.愛因斯坦之前的解釋：運(yùn)動(dòng)中的物體長度會縮小
  6.光速不變原理：愛因斯坦的破空之解
  7.相對性原理：伽利略提出的相對論
  8.四維：時(shí)間與空間的集合
  9.何謂同時(shí)：同時(shí)也是相對的
  10.鐘表變慢：光速恒定帶來的奇特現(xiàn)象之一
  11.測定值會縮?。汗馑俸愣◣淼钠嫣噩F(xiàn)象之二
  12.驗(yàn)證時(shí)間變慢：穿過大氣層的中微子流
  13.再度相逢時(shí)誰更年輕：雙子吊詭之謎
  14.男孩更年輕：雙子吊詭的解答
  專題水桶實(shí)驗(yàn)：牛頓尋找的絕對空間
第三章  膨脹的宇宙
  1.世紀(jì)大發(fā)現(xiàn)：宇宙在膨脹
  2.最初的觀測：斯萊弗的發(fā)現(xiàn)
  3.光譜分析的應(yīng)用：光的波長和顏色
  4.遠(yuǎn)去的聲音會變低：多普勒效應(yīng)
  5.星系在遠(yuǎn)離的證明：紅移和退行速度
  6.天文學(xué)的超級巨星：埃德溫·哈勃
  7.越遠(yuǎn)的星系遠(yuǎn)離速度越快：哈勃定律
  8.為了觀測更遠(yuǎn)的星系：變大的望遠(yuǎn)鏡
  9.宇宙沒有邊界：無邊的宇宙
  10.宇宙沒有中心：我們不在宇宙的中心
  11.不斷地加速：空間是怎樣膨脹的
  12.所有的星系重疊在一起：最初的宇宙很小
  13.宇宙的起源：爆炸性的宇宙
  14.地球比宇宙更古老：宇宙的年齡
  15.哈勃的錯(cuò)誤：兩種造父變星
  16.以光速遠(yuǎn)離的星系：人類看不到的宇宙
  17.宇宙會永遠(yuǎn)膨脹嗎：宇宙的未來
  18.熱寂還是大坍塌：宇宙的終結(jié)
  19.“空蕩蕩”的宇宙：宇宙的物質(zhì)
  20.暗物質(zhì)發(fā)現(xiàn)的經(jīng)過：扎維奇的發(fā)現(xiàn)
第四章  大爆炸、黑洞和宇宙演化
  1.宇宙膨脹和光的波長：拉長的光波
  2.物質(zhì)構(gòu)成的基本單位：原子核和電子
  3.原子核的構(gòu)成：質(zhì)子和中子
  4.制造原子核的能量：湯川秀樹的發(fā)現(xiàn)
  5.熱宇宙的物質(zhì)形態(tài)：沒有結(jié)構(gòu)的宇宙
  6.熱平衡下的均勻溫度：宇宙開始的狀態(tài)
  7.元素是什么時(shí)候生成的：伽莫夫的困擾
  8.大爆炸的閃現(xiàn)：氫彈實(shí)驗(yàn)和伽莫夫
  9.從一到無窮大：宇宙開始的3分鐘
  10.與大爆炸相對立的理論：穩(wěn)恒態(tài)宇宙模型
  11.大爆炸理論的先驅(qū)：弗里德曼和勒梅特
  12.電話公司發(fā)現(xiàn)的電波噪音：大爆炸理論的證據(jù)
  13.空中交織著各種電磁波：光波的伙伴
  14.電波的溫度：熱輻射
  15.電波雜音帶來的諾貝爾獎(jiǎng)：關(guān)于宇宙背景輻射的兩次獲獎(jiǎng)
  16.充滿整個(gè)宇宙的電磁輻射：宇宙微波背景輻射
  17.原子的形成使宇宙透明化：宇宙放晴
  18.宇宙開始的波動(dòng)：COBE的發(fā)現(xiàn)
  19.由微小的波動(dòng)引發(fā)的：星系的形成
  20.暗物質(zhì)的重要作用：星系由暗物質(zhì)的波動(dòng)產(chǎn)生
  21.最初形成的天體有多大：最初天體的大小之爭
  22.最遠(yuǎn)的天體類星體：類星體的能量之謎
  23.連光也逃不出來的地方：神秘的黑洞
  24.類星體的能量之源：活動(dòng)星系核模型
  25.類星體的探索：恒星誕生于類星體
  26.大爆炸之父：伽莫夫的生涯
第五章  宇宙的開始和未來
  1.更細(xì)微的宇宙開端：質(zhì)子和中子是否也會瓦解
  2.比質(zhì)子和中子更小的粒子：物質(zhì)由夸克構(gòu)成
  3.宇宙間的隱者：中微子
  4.反物質(zhì)哪里去了：磁單極概念的引入
  5.大爆炸的又一謎團(tuán)：磁單極疑難
  6.宇宙的勢力范圍：視界疑難
  7.解決諸多疑難：暴脹理論的提出
  8.什么是暴脹：暴脹是加速膨脹
  9.引起暴脹的原因：與引力相反的作用力
  10.恒星、星系的生成：量子波動(dòng)引起密度波動(dòng)
  11.探尋暴脹的直接證據(jù)：重力波背景輻射
  12.創(chuàng)造宇宙的時(shí)間：普朗克時(shí)間
  13.取代粒子的最小存在：超弦理論
  14.十維、十一維的時(shí)空：膜宇宙論
  15.大爆炸以前宇宙就存在：兩種流行的模型
  16.未來的宇宙圖景：宇宙加速膨脹
  17.地球的未來：彗星向地球傾注而來
  18.太陽的未來：最后變成白矮星
  19.星系的未來：恒星從星系中蒸發(fā)
  20.星系的繼續(xù)演變：巨大的黑洞
第六章  時(shí)間箭頭
  1.時(shí)間箭頭：時(shí)間的單一方向性
  2.普遍的物理法則：時(shí)間不會從過去流向未來
  3.硬幣實(shí)驗(yàn)：過去和未來的區(qū)別
  4.時(shí)間本質(zhì)：時(shí)間是一種可能性的流逝
  5.硬幣試驗(yàn)的發(fā)現(xiàn)：熵增大法則
  6.兩種狀態(tài)：宏觀狀態(tài)與微觀狀態(tài)
  7.玻耳茲曼：深受哲學(xué)困擾的物理學(xué)家
  8.不同的時(shí)間箭頭：宇宙論的時(shí)間箭頭
  專題  意識中的時(shí)間：我們?nèi)绾斡X察時(shí)間
  9.時(shí)間指向的標(biāo)志：熵增大與宇宙創(chuàng)始
  10.宇宙創(chuàng)始狀態(tài)：宇宙膨脹與收縮
  專題  生物賴負(fù)熵為：薛定諤與負(fù)熵？
  11.進(jìn)化的起源：宇宙的起點(diǎn)
  12.彭羅斯的假說：用奇異點(diǎn)區(qū)分過去和未來
第七章  蟲洞和時(shí)問旅行
  1.真的可能嗎：神奇的時(shí)間機(jī)器
  2.封閉的時(shí)間軸：時(shí)間的特質(zhì)
  3.旋轉(zhuǎn)黑洞：另一種黑洞
  4.時(shí)光隧道：連接平行宇宙的通道
  5.蟲洞：連接時(shí)間的隧道
  6.使用蟲洞：時(shí)光機(jī)器的制造原理
  7.宇宙繩：宇宙中的繩狀能源群
  8.能源的最低狀態(tài)：真空的互相轉(zhuǎn)換
  9.缺口：宇宙繩周圍的時(shí)空
  10.使用宇宙繩：制造時(shí)光機(jī)器
  11.保存歷史：霍金關(guān)于歷史保存的假說
  12.反粒子：朝過去行走的粒子
  13.使用反物質(zhì)：相對生成與相對消滅
  14.終極答案：回答“時(shí)光機(jī)器可能嗎”
附錄一：我們?nèi)绾胃惺芸臻g和時(shí)間
附錄二：不可不知的物理名詞

章節(jié)摘錄

插圖：第1章 什么是宇宙1.與生產(chǎn)生活休戚相關(guān)：人類開始關(guān)注宇宙古代美索不達(dá)米亞發(fā)達(dá)的天文學(xué)人類對宇宙的認(rèn)識，隨著人類活動(dòng)范圍的不斷擴(kuò)大而逐漸放大。受到自身居住環(huán)境的局限，人類最早的宇宙觀也局限于地球之上，把高山大海當(dāng)做宇宙的盡頭。古代美索不達(dá)米亞人就認(rèn)為，高山圍起了大地，天空懸在高山之上。每天太陽橫穿過天空，然后潛入地下隧道，到第二天再一次從東方升起。但這并不意味著古代人對于宇宙的認(rèn)識是一味落后無知的，相反地，古代美索不達(dá)米亞人擁有著極為發(fā)達(dá)的天文學(xué)。他們已經(jīng)把行星和恒星區(qū)別開來，并對行星的運(yùn)行取得了相當(dāng)精確的數(shù)據(jù)。他們記載下來的行星會合周期相對誤差都在1％以下。另外，古代兩河流域的人已經(jīng)知道了黃道，并把黃道帶劃分為十二星座，每個(gè)星座都按神話中的神或動(dòng)物命名。這套符號一直沿用至今，也就是所謂的黃道十二宮。古埃及的天文學(xué)在古埃及，人們很早就意識到了季節(jié)的變換，并有專門的人負(fù)責(zé)對天象的觀測。古埃及人不僅早已掌握了預(yù)報(bào)日食和月食的方法，還根據(jù)星座的運(yùn)行制定了歷法。古埃及人發(fā)現(xiàn)，每當(dāng)天狼星于日出前升起在東方地平線上，即所謂的“偕日升”，之后再過兩個(gè)月，尼羅河就會泛濫。尼羅河水的這種周期性泛濫，使古埃及人產(chǎn)生了“季節(jié)”的概念。他們把天狼星在日出前升起的時(shí)刻定為一年的開始。開始的四個(gè)月正是尼羅河水泛濫之時(shí)，叫做泛濫季。之后的四個(gè)月定為恢復(fù)期，最后四個(gè)月定為旱期，也是農(nóng)作物收獲期。經(jīng)過長期的觀測，公元前4000多年，古埃及人把一年定為365日。這就是現(xiàn)今陽歷的來源。

編輯推薦

《完全圖解果殼宇宙:講述宇宙的前世今生》將為您介紹歷史上不同時(shí)期出現(xiàn)的各種宇宙觀．并著重對以宇宙膨脹為基礎(chǔ)的大爆炸理論予以闡述，為讀者勾畫出一幅關(guān)于宇宙起源、發(fā)展和終結(jié)的速寫。在茫茫宇宙之中，我們賴以生存的地球只是微不足道的一顆小小天體。渺小的人類一開始就對廣袤的宇宙產(chǎn)生了濃厚的興趣，逐漸描繪出宇宙過去、現(xiàn)在和未來的圖景。

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