The Large Scale Structure of Space-Time pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Cambridge University Press

作者:S. W. Hawking

出品人:

页数:400

译者:

出版时间:1973-5-10

价格:GBP 65.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780521200165

丛书系列:

图书标签:

• 物理
• 引力
• 广义相对论
• 时空结构
• 宇宙学
• 引力
• 黑洞
• 宇宙大尺度结构
• 物理学
• 天体物理学
• 理论物理
• 几何学

《时空边界：宇宙学前沿探索》 导言：超越视界的疆域 自古以来，人类对头顶星空的好奇心从未停歇。从肉眼可辨的星辰轨迹，到伽利略的望远镜，再到现代天文台捕捉的微弱信号，我们对宇宙的认知正在以前所未有的速度扩展。然而，我们所能观测到的宇宙，不过是“视界”之内的区域。视界之外，隐藏着什么？我们宇宙的终极命运是什么？《时空边界：宇宙学前沿探索》正是这样一本旨在系统梳理并深入探讨当前宇宙学最前沿、最激动人心的课题的书籍。它聚焦于那些尚未被完全确定的领域，那些挑战现有物理学框架的观测证据，以及引导我们思考宇宙终极奥秘的理论模型。 本书并非对既有标准模型的简单复述，而是着眼于“未知”与“前沿”。它将带领读者深入理解暗物质和暗能量的本质、宇宙暴胀理论的细微修正、早期宇宙信息的回溯，以及黑洞物理学与量子引力理论交汇处的最新进展。 --- 第一部分：暗物质的肖像与狩猎 在现代宇宙学中，暗物质（Dark Matter）占据了物质总质量的绝大部分，但其本质至今仍是最大的谜团之一。本书的第一部分将详细剖析当前暗物质的几种主要候选模型及其观测证据。 1.1 缺失的引力：从星系旋转曲线到宇宙微波背景 我们首先回顾了证明暗物质存在的关键证据链：从20世纪70年代维拉·鲁宾对星系旋转曲线的测量，到引力透镜效应提供的宏观证据，再到普朗克卫星对宇宙微波背景（CMB）各向异性精细结构的分析。本书将重点阐述如何通过分析CMB中的“声学峰”来精确推断出暗物质的密度参数，并将其与大尺度结构的形成模型进行交叉验证。 1.2 候选者画像：WIMPs的黄昏与轻量级粒子的崛起 本书详细对比了目前最有希望的暗物质候选者。我们将深入探讨弱相互作用重粒子（WIMPs）——如超对称粒子——的理论框架，并审视近年来直接和间接探测实验（如LUX-ZEPLIN, XENONnT）未能取得突破性进展的现状。随后，我们将把焦点转向新兴的轻量级暗物质模型，包括轴子（Axions）和类星（Sterile Neutrinos）。针对轴子的探测，本书会详细介绍谐振腔射频探测技术（ADMX）的工作原理及其对低质量轴子窗口的限制。 1.3 动态暗物质：超越冷暗物质（CDM）的修正 传统的冷暗物质模型在解释一些小尺度结构问题（如“矮星系失踪问题”）时遇到了挑战。本书探讨了“自相互作用暗物质”（SIDM）和“温热暗物质”（WDM）等模型如何通过引入非零的碰撞截面或一定的初始速度分散来平滑早期星系团的中心密度分布，从而与观测结果更吻合。我们还将分析暗物质与普通物质之间潜在的耦合机制，探讨其对恒星演化和星系形成的影响。 --- 第二部分：宇宙的加速膨胀——暗能量的本质 暗能量（Dark Energy）是驱动宇宙加速膨胀的神秘力量，其能量密度似乎支配着宇宙的最终命运。 2.1 宇宙学常数：真空能的尴尬 本书从爱因斯坦的场方程出发，引入宇宙学常数 $Lambda$。我们将深入剖析量子场论对真空能量的预测值与观测值之间存在的惊人巨大差异（高达$10^{120}$ 数量级）——这是理论物理学面临的最严峻的挑战之一。我们探讨了“重整化”和“人择原理”等试图解释这一差异的哲学和物理学尝试。 2.2 动力学暗能量模型：蠕动的场 与恒定的 $Lambda$ 不同，动力学暗能量模型允许暗能量的密度随时间演化。本书系统介绍了“昆虫”（Quintessence）场模型，其特点是具有一个缓慢滚动的标量场。我们将分析如何通过观察不同红移下的哈勃参数 $H(z)$ 来约束昆虫场的势能函数。此外，我们还将讨论“幻影能量”（Phantom Energy）的可能性，即物质密度随时间增加的极端情况，及其对宇宙“大撕裂”（Big Rip）的预测。 2.3 检验暗能量：下一代观测项目 我们详细介绍了正在进行和规划中的大型巡天项目，它们是解开暗能量之谜的关键。重点包括： 延迟时间积分巡天（DESI）：利用重子声学振荡（BAO）在三维空间中绘制宇宙膨胀历史的精细图景。 欧几里得空间望远镜（Euclid）：通过大视场弱引力透镜测量和星系红移统计，精确测量暗能量的演化参数 $w$。 罗马天文台（Roman Space Telescope）：专注于超新星Ia和弱透镜，以期将 $w$ 的测量精度推向新的高度。 --- 第三部分：暴胀的回响与早期宇宙的结构起源 宇宙暴胀理论成功地解释了CMB的均匀性、平坦性和磁单极子问题，但其机制和结束阶段仍然是激烈研究的焦点。 3.1 暴胀的势能景观 本书超越了简单的指数暴胀模型，转而关注更复杂的势能函数（Inflation Potentials）。我们将探讨“平坦势能”的构造，并分析慢滚（Slow-Roll）参数 $epsilon$ 和 $eta$ 如何与普朗克卫星测得的CMB功率谱的谱指数 $n_s$ 和张量-标量比 $r$ 关联起来。 3.2 原始引力波与张量模式 暴胀期间产生的原始引力波是检验暴胀理论最直接的“指纹”。本书详细介绍了如何通过寻找CMB偏振的“B模”来探测这些张量扰动。我们回顾了BICEP/Keck 实验的最新结果，并展望了CMB-S4等下一代实验在限制或发现B模方面的潜力，以及它将如何限制暴胀的能量尺度。 3.3 暴胀的终结：再加热与原初非高斯性 暴胀结束后，能量如何转化为我们今天观测到的标准粒子？本书探讨了“再加热”（Reheating）过程的物理学，包括参数化模型和非最小耦合模型。同时，我们深入分析了原初密度涨落的非高斯性（Non-Gaussianity）——即涨落是否完全符合高斯随机过程。观测到的非高斯性特征（如 $f_{ ext{NL}}$ 参数）将为区分不同的暴胀模型提供关键的判据。 --- 第四部分：信息的回溯——量子引力与时空的新视角 要完全理解宇宙的开端和黑洞的内部，我们必须将广义相对论与量子力学统一起来。本书探讨了当前连接这两个领域的桥梁——量子引力理论的最新进展。 4.1 黑洞热力学与信息悖论 本书重申了贝肯斯坦-霍金熵的概念，以及霍金辐射带来的“信息悖论”——落入黑洞的信息是否被永久丢失？我们分析了火墙（Firewall）假说、软毛（Soft Hair）理论以及AdS/CFT对应关系在解决信息丢失问题中的作用。特别关注“虫洞”模型如何允许信息在不违反局部洛伦兹协变性的情况下穿越视界。 4.2 圈量子引力与弦理论的宇宙学推论 我们简要介绍了两种主要的量子引力候选理论对早期宇宙的独特见解。在圈量子引力（LQG）框架下，我们探讨了“大反弹”（Big Bounce）模型如何替代奇点，使宇宙从前一个收缩阶段反弹，从而形成我们当前膨胀的宇宙。在弦理论的景观（Landscape）中，我们讨论了“景观宇宙学”如何通过统计物理的方法，来理解我们宇宙参数的特殊值（如暗能量的量值）。 4.3 时空的涌现与引力的新基础 本书的最后一部分着眼于更具思辨性但极具前景的研究方向：引力是否是基础的，还是从更深层次的量子信息结构中“涌现”出来的？我们探讨了“ER=EPR”猜想及其对时空几何的深刻含义，以及如何通过量子纠缠的度量来构建引力时空这一前沿概念。 --- 结语：未完成的史诗 《时空边界：宇宙学前沿探索》展示了现代物理学家正站在一个知识的临界点。我们已经描绘出宇宙演化的宏大框架，但驱动这个框架运行的根本要素——暗物质、暗能量以及量子引力——仍旧隐匿于我们的视界之外。本书的意义在于，它提供了一个地图，指引读者穿越已知的领域，直面那些最宏大、最令人兴奋的、关于我们宇宙终极真理的未解之谜。每一次新的观测突破，都可能彻底重塑我们对时间、空间和物质的理解。这场探索，才刚刚拉开序幕。

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我对这本书的喜爱，很大程度上源于它那种将宏观与微观巧妙结合的叙事方式。作者并没有将自己局限于纯粹的理论推演，而是时常将抽象的物理概念与具体的宇宙现象联系起来，让我们能够直观地感受到那些深刻的物理原理是如何在宇宙的实际运作中体现的。例如，在讨论暗物质和暗能量的作用时，作者并没有仅仅给出它们的理论模型，而是通过解释它们如何影响星系的形成、星系团的聚集，甚至是宇宙膨胀的速度，来让我们理解这些看不见的“幽灵”是如何深刻地影响着宇宙的整体命运。这种将理论与实践相结合的写作手法，极大地提升了本书的可读性和吸引力。我能够清晰地看到，那些冰冷的数学公式背后，蕴藏着如此壮丽的宇宙图景。它让我明白了，科学的进步，往往来自于对那些看似微不足道的细节的执着追求，也来自于对那些宏伟的宇宙图景的深刻洞察。

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这本书的章节安排非常合理，从基础概念的引入，到复杂理论的深入探讨，再到对前沿研究的展望，环环相扣，毫不突兀。我尤其喜欢作者在解释一些关键概念时所采用的循序渐进的方式，他总是先从最基本、最容易理解的角度切入，然后逐步引入更复杂的理论，让读者能够逐步消化和吸收。例如，在讨论广义相对论时，作者并没有一开始就抛出爱因斯坦的场方程，而是先从牛顿的万有引力定律讲起，再到狭义相对论的时空观，最后才引出广义相对论的时空弯曲模型。这种由浅入深、层层递进的讲解方式，极大地降低了理解的难度，让我在阅读过程中始终保持着一种游刃有余的感觉。这本书就像一位耐心的向导，带领我穿越宇宙的迷宫，一步步走向真理的殿堂。

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这本书给我的启发远不止于科学知识本身。在阅读过程中，我常常会停下来思考，思考人类在浩瀚宇宙中的位置，思考我们存在的意义。作者在书中对宇宙的宏伟景象的描绘，让我对自身的渺小产生了敬畏，但也同时激发了我对探索未知世界的强烈渴望。它让我明白，我们所学的知识，不仅仅是为了理解世界，更是为了更好地认识我们自己。这本书让我看到了科学的力量，也看到了哲学层面的思考。它就像一座灯塔，指引我在浩瀚的知识海洋中航行，让我能够更深刻地理解宇宙，也更深刻地理解生命。我将这本书视为我个人思想旅程中的一个重要里程碑，它将永远激励我不断探索，不断前行。

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这本书的封面设计就足以让人产生无尽的遐想，深邃的蓝色背景下，无数星系如同闪烁的钻石般点缀其间，仿佛整个宇宙的浩渺与神秘都被浓缩在了这区区几页纸上。我第一次翻开它，就被它庞大的视野和宏大的叙事所震撼。它不仅仅是一本关于物理学的书籍，更像是一次穿越时空的旅行，带领我们去探索宇宙最深处的奥秘，去理解那些我们肉眼无法企及的尺度上的法则。作者以极其精妙的笔触，将那些抽象的概念描绘得栩栩如生，那些复杂的数学公式仿佛都变成了生动的语言，讲述着宇宙的诞生、演化和最终命运。阅读这本书的过程，就像是在一座宏伟的图书馆里漫步，每一页都充满了知识的光辉，每一次翻阅都能发现新的惊喜。它让我对宇宙的理解不再局限于日常所见，而是上升到了一个全新的维度，一个由引力、时间、空间交织而成的宏伟图景。这本书的价值，不仅仅在于它所传达的科学知识，更在于它能够激发读者对未知世界的强烈好奇心和探索欲，让人忍不住想要更深入地去了解这个奇妙的宇宙。我至今仍然记得，当读到关于宇宙大尺度结构形成的章节时，那种仿佛置身于宇宙诞生之初，亲眼目睹星系如何汇聚、坍缩，最终形成我们今天所见的宏伟网络时的震撼感。这种体验，是任何其他媒介都无法比拟的，只有文字的力量，才能如此细腻地触及灵魂深处。

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坦白说，在拿起这本书之前，我对“大尺度结构”这个词汇的理解非常有限，甚至有些望文生义。但这本书完全颠覆了我的认知。它不仅仅是在讲述天文学上的那些星星点点，而是深入探讨了支配这些天体运动和分布的根本规律。我被作者对于引力如何塑造宇宙纹理的细腻描绘所深深吸引。那种仿佛身临其境，看着无数星系在引力的指引下，如同巨大的神经网络般缓缓展开，形成我们今天所观测到的宇宙网格，这种宏大的景象，光是想象就足以令人屏息。作者在书中对各种宇宙学模型和观测证据的梳理，也做得极其出色，既有理论的深度，又不乏对实验数据的细致分析。我甚至能够感受到作者在字里行间流露出的那种对科学探索的热情和严谨态度，这让我觉得，阅读这本书，不仅仅是在获取知识，更是在感受一种精神。它让我意识到，我们所见的宇宙，并非是随机的堆砌，而是遵循着一套极其精妙的物理法则，而这套法则，也正是这本书想要为我们揭示的。

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我一直对宇宙的形成和演化充满好奇，而这本书无疑满足了我对这些问题的 deepest 渴望。作者在书中对宇宙学模型演进的梳理，以及对各种观测证据的解读，都做得非常出色。我尤其被书中关于宇宙微波背景辐射的章节所吸引，那种仿佛能够“听”到宇宙诞生之初的回响的描述，让我对宇宙的起源有了全新的认识。这本书让我明白了，我们今天所见的宇宙，并非一开始就是这个样子，它经历了一个漫长而复杂的发展过程，而正是这些过程，塑造了我们现在所处的宇宙。作者的叙述条理清晰，逻辑严密，让人在阅读中能够轻松地跟随他的思路，一步步深入到宇宙的奥秘之中。它让我看到了科学探索的伟大之处，也看到了人类智慧的无限可能。

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这本书的语言风格非常独特，既有科学著作的严谨和精确，又充满了文学作品的诗意和想象力。作者在描述那些宇宙深处的景象时，仿佛是一位才华横溢的画家，用文字为我们勾勒出星辰大海的壮丽画卷。我被那些关于时空涟漪、引力波穿越宇宙的描绘深深打动，感觉自己仿佛置身于一个充满奇幻色彩的宇宙之中。然而，这种诗意的表达，却丝毫没有削弱科学的严谨性，反而将那些枯燥的物理概念变得鲜活有趣。它让我意识到，科学并非总是冷冰冰的，它也可以是充满美感的，充满激情的。阅读这本书，就像是在欣赏一首宇宙的交响乐，每一个音符都充满了力量，每一次的起伏都扣人心弦。我从中感受到的，不仅仅是知识的灌输，更是一种精神的升华，一种对宇宙的敬畏之情油然而生。

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这本书的图文并茂，对于我这样一个视觉型读者来说，简直是福音。书中穿插的精美插图和图表，不仅仅是装饰，更是作者解释复杂概念的重要辅助工具。例如，那些描绘时空曲率的示意图，或者展示星系分布的宇宙网格图，都能够非常直观地帮助我理解那些抽象的物理原理。我甚至觉得，这些插图本身就具有很高的艺术价值，它们将科学的美感展现得淋漓尽致。文字与图像的完美结合，让阅读过程变得轻松愉快，也大大加深了我对书中内容的理解和记忆。它让我看到，科学的知识，也可以如此生动有趣，如此令人着迷。我时常会在书中那些精美的图画前驻足，久久不能移开视线，仿佛真的能够看到那些遥远的星系，感受到宇宙的浩瀚。

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这本书简直是一场思维的盛宴，作者的论述逻辑严谨，层层递进，仿佛在搭建一座精密的思想殿堂。我尤其欣赏作者在解释一些前沿物理概念时所采用的类比和例证，它们能够帮助我这个非专业读者，也能够相对轻松地理解那些本该晦涩难懂的理论。比如，在描述时空弯曲时，作者并非直接丢出那些复杂的张量方程，而是用一个被拉伸的橡皮膜上滚动的球体来形象地说明引力是如何影响时空的，这种方式极大地降低了理解门槛，却又不失严谨性。整本书读下来，感觉就像是在与一位博学而睿智的导师对话，他循循善诱，引导我一步步深入到宇宙的本质。每一次阅读，我都会有新的感悟，新的思考。那些曾经模糊不清的概念，在作者的讲解下变得清晰明朗，那些曾经遥不可及的理论，也变得触手可及。它不仅仅是一本读物，更像是一次精神的洗礼，让我对世界的看法产生了根本性的改变。我开始用更广阔的视角去审视身边的万事万物，也对人类在宇宙中的渺小与伟大有了更深刻的认识。这本书的文字充满了力量，也充满了智慧，它让我看到了科学的魅力，也看到了人类智慧的闪光。

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这本书的深度和广度都让我惊叹不已。作者在书中涉及了从基础的引力理论，到复杂的宇宙学模型，再到前沿的量子引力研究，几乎涵盖了天体物理学和宇宙学的各个重要领域。然而，令人称奇的是，在如此宏大的知识体系下，作者却能够保持论述的清晰和条理，丝毫没有给人一种杂乱无章的感觉。他仿佛是一位经验丰富的编织大师，将无数细密的丝线，编织成一张严谨而精美的知识网络。我从中获得的，不仅仅是零散的知识点，而是一个系统性的、完整的宇宙观。它让我看到了科学是如何一步步地认识宇宙，又是如何不断地拓展我们对宇宙的认知边界。我深感，这是一本能够改变我思维方式的书籍。

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