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出版者:Basic Books

作者:Ian Stewart

出品人:

页数:360

译者:

出版时间:2016-10-25

价格:USD 27.99

装帧:Hardcover

isbn号码:9780465096107

丛书系列:

图书标签:

• 科普
• 数学
• 宇宙
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《寰宇之谜：探索宇宙的极限与边界》 内容简介 《寰宇之谜：探索宇宙的极限与边界》是一部旨在引领读者深入理解我们所处宇宙的宏大尺度、复杂机制及其潜在未知的非虚构作品。本书超越了基础的天文学知识，直抵当代宇宙学、粒子物理学以及理论物理学的最前沿，探讨那些尚未被完全解答的根本性问题。 本书共分为六个主要部分，层层递进，从观测到的现象深入到理论构建的深处。 --- 第一部分：视界之外——可观测宇宙的真实边界 本部分着重于审视“我们能看到多远”这一核心命题。我们并非生活在一个静止的、完全透明的宇宙中。本书详细解析了宇宙微波背景辐射（CMB）的物理意义，并解释了光速的限制如何定义了我们的视界。 我们将探讨早期宇宙的等离子体海洋如何冷却并最终释放出宇宙中最古老的光芒。通过对CMB数据的精细分析，我们揭示了宇宙早期的微小密度涨落，这些涨落在引力作用下，如何演化成了今天我们看到的星系、星系团乃至超星系团的宏伟结构。 此外，本部分还会深入讨论“视界问题”和“视界平坦性问题”，并介绍暴胀理论作为当前最被广泛接受的解决方案。读者将了解到，在宇宙诞生的极早期瞬间，空间以超光速膨胀，这不仅解决了观测上的悖论，也为我们理解当前宇宙的均匀性提供了物理基础。 --- 第二部分：暗物质的幽灵——宇宙骨架的隐形力量 宇宙中我们所熟知的一切——恒星、行星、气体、尘埃——仅占宇宙总质能的不到5%。剩下的绝大部分，由神秘的“暗物质”和“暗能量”构成。 本部分聚焦于暗物质。我们将回顾最初发现暗物质的证据链：从维拉·鲁宾对星系旋转曲线的经典观测，到星系团内部子结构的引力透镜效应。本书系统梳理了当前主流的暗物质候选粒子模型，包括但不限于： 1. 弱相互作用重粒子 (WIMPs)： 它们如何与标准模型粒子产生极其微弱的相互作用。 2. 轴子 (Axions)： 一种理论上用于解决强CP问题的超轻粒子。 3. 原初黑洞 (PBHs)： 探讨质量跨度极大的黑洞是否可能构成了部分或全部暗物质。 本书详细介绍了全球正在进行的直接探测（如地下深处的氙气和氩气实验）和间接探测（如太空伽马射线望远镜的信号分析）的最新进展与挑战，旨在呈现科学家如何“捕捉”这种无光、无电磁相互作用的物质。 --- 第三部分：暗能量的加速——宇宙的终极命运 如果说暗物质是宇宙的“骨架”，那么暗能量就是推动宇宙加速膨胀的“引擎”。本部分将阐述这一令人震惊的发现——宇宙的膨胀正在加速，而非如预期般因引力而减速。 核心内容将围绕爱因斯坦的宇宙学常数 ($Lambda$) 展开，探讨它在现代宇宙学中的回归及其带来的理论困境——即真空能的理论值与观测值之间存在惊人的$10^{120}$倍的差异。 本书将比较不同的暗能量模型： 纯粹的宇宙学常数 ($Lambda$)： 能量密度恒定不变。 精质 (Quintessence)： 一种随时间演化的动态标量场。 修正引力理论： 探讨是否需要修正爱因斯坦的广义相对论本身，而非引入新的能量形式。 最终，读者将理解这些模型如何决定宇宙的长期命运：是永恒的“大冻结”（Heat Death），还是极端的“大撕裂”（Big Rip）。 --- 第四部分：时空结构的深层：黑洞与引力波的宇宙讯号 广义相对论的预测在近十年得到了最直接的验证。本部分聚焦于时空结构最极端的区域——黑洞，以及探测引力波的革命性成就。 我们将深入探讨黑洞的内部结构：事件视界、奇点，以及著名的“信息悖论”。本书将审视霍金辐射理论的最新发展，以及信息如何可能通过某种机制逃逸或被编码。 随后，本书详述LIGO和Virgo探测器如何捕捉到遥远黑洞或中子星并合产生的引力波。这些“时空的涟漪”不仅证实了爱因斯坦百年前的预言，更开启了“多信使天文学”的新纪元。我们分析了这些波形数据如何帮助我们测试引力理论在强场条件下的有效性，以及它们如何揭示宇宙中极端天体物理过程的细节。 --- 第五部分：弦理论与多重宇宙的猜想 当我们试图将量子力学与广义相对论统一时，我们进入了理论物理的最前沿，也是最富争议的领域。本部分探讨了试图超越现有物理框架的尝试。 弦理论（以及M理论）被详细介绍为一种统一所有基本力的候选理论。本书解释了为什么需要额外的空间维度，以及卡拉比-丘流形（Calabi-Yau Manifolds）在“紧致化”这些额外维度中的作用。 在此基础上，本书进一步探讨了多重宇宙的哲学和物理基础： 1. 永恒暴胀产生的气泡宇宙（Level I & II Multiverse）： 我们的宇宙只是无尽泡沫中的一个。 2. 膜宇宙（Brane Worlds）： 我们的四维时空可能只是更高维空间中的一个“膜”。 这部分旨在帮助读者区分哪些是基于坚实观测证据的延伸，哪些是纯粹的数学推导和哲学思辨。 --- 第六部分：生命的普适性与费米悖论的新视野 宇宙的宏大尺度是否意味着智慧生命普遍存在？本书将物理学和天文学的发现与生物学和信息论相结合，探讨宜居性的真正含义。 我们将评估系外行星研究（如TESS和开普勒任务）的最新发现，关注那些可能支持液态水存在的“适居带”行星。 核心讨论集中在费米悖论：“如果宇宙中存在大量先进文明，它们都在哪里？” 本书将回顾并评估各种可能的解决方案，包括： 大过滤器理论 (The Great Filter)： 存在一个极难跨越的演化障碍，可能在我们身后（地球生命是奇迹），也可能在我们前方（文明自我毁灭）。 技术瓶颈与信号衰减： 文明可能选择不进行星际通讯，或者技术演化路径与我们预期的不同。 非碳基生命的可能性： 挑战我们对生命化学基础的固有观念。 《寰宇之谜》旨在提供一个全面、严谨且引人入胜的视角，带领读者直面宇宙的终极难题，理解人类知识的疆界——我们已经知道什么，以及我们仍然在不懈追寻的未知领域。

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《Calculating the Cosmos》这本书带给我的，是一种全新的视角去理解我们所处的宇宙。作者以一种极具说服力的方式，展示了数学如何在宇宙学的研究中扮演着核心角色，从宇宙的起源到其结构的形成，再到最终的命运，都离不开严谨的数学推导和计算。书中对宇宙微波背景辐射（CMB）的数学分析令我尤为着迷，作者详细解释了CMB中微小的温度涨落是如何反映了早期宇宙的密度不均匀性，以及如何通过功率谱等数学工具来提取这些信息，并据此推断出宇宙的年龄、组成成分等关键参数。这种将抽象的宇宙现象与具体的数学量值联系起来的分析方法，让我对宇宙学研究的严谨性和精确性有了更深刻的认识。我还特别喜欢书中关于宇宙大尺度结构的形成过程的数学模拟部分的阐述，作者介绍了如何利用N体模拟等方法，通过求解引力作用下的粒子运动方程，来重现星系和星系团的形成和演化。这些模拟结果，不仅是视觉上的震撼，更是数学模型在解释宇宙演化过程中的强大证明。这本书让我体会到，宇宙并非一个随机混乱的集合，而是由一套精妙的数学法则所支配的有序系统。它让我更加敬畏科学的力量，以及数学作为科学语言的无比重要性。

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《Calculating the Cosmos》这本书，对我而言，是一次触及宇宙本质的数学之旅。作者以其深厚的学养和独到的见解，将那些构成宇宙运行逻辑的数学原理，以一种令人信服且引人入胜的方式呈现出来。我尤其欣赏书中关于宇宙膨胀模型和早期宇宙的数学描述，作者通过对爱因斯坦场方程的简化形式（如弗里德曼方程）的详细推导，清晰地展示了宇宙如何从一个极小的点开始膨胀，以及在不同的宇宙学参数下，宇宙的未来会走向何方。这些数学公式，在作者的引导下，不再是冰冷的符号，而是承载着宇宙演化密码的钥匙。书中对宇宙学常数（Lambda）的讨论，以及它在解释宇宙加速膨胀中的作用，也让我对宇宙的组成和命运有了更深刻的理解。作者通过对天文观测数据的数学分析，展示了如何量化这些参数，并验证理论模型的有效性。阅读这本书，我不仅学到了丰富的宇宙学知识，更重要的是，我学会了如何用数学的语言去审视和理解宇宙。它让我明白，正是数学的精确性和普适性，才能让我们如此深入地洞察宇宙的规律。这本书无疑是一份送给所有渴望理解宇宙奥秘的读者的宝贵财富。

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《Calculating the Cosmos》这本书，对我来说，是一次关于宇宙本质的数学解构。作者以一种极其引人入胜的方式，将宇宙的诞生、演化和结构，都回归到其背后最根本的数学法则。我尤其被书中关于宇宙学模型的数学构建和检验过程所吸引，作者详细阐述了不同的宇宙学模型，如ΛCDM模型，是如何通过一系列精密的数学方程来描述宇宙的整体行为，以及这些模型如何通过与天文观测数据的比对来不断被修正和完善。他对于宇宙膨胀速度、宇宙年龄和宇宙组成成分的数学估算，都建立在坚实的理论基础之上。书中对宇宙几何学在描绘宇宙整体形态中的作用也进行了深入的探讨，作者解释了如何利用几何学原理来理解宇宙的空间曲率，以及这与宇宙的未来命运之间存在的联系。这些数学概念，虽然抽象，但在作者的笔下，却成为了理解宇宙宏观特性的关键。阅读这本书，我不仅对宇宙的运行机制有了更深刻的认识，更重要的是，我感受到了数学作为一种严谨、普适且充满创造力的思维工具，在探索宇宙奥秘过程中所扮演的不可或缺的角色。它让我对科学研究的精妙之处有了更深的体会。

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《Calculating the Cosmos》这本书，是一次真正意义上的智力启迪之旅。作者以其超凡的才华，将繁复的宇宙学理论，用清晰而有力的数学语言一一呈现。我最深刻的印象，是书中关于引力波天文学的数学基础的阐述，作者详细解释了爱因斯坦场方程如何预测引力波的存在，以及我们如何通过对这些方程的求解来计算引力波的波形、传播速度和振幅。这些数学推导，让我对引力波探测的科学意义和技术挑战有了前所未有的认识。书中对黑洞合并过程中产生的引力波的数学模拟，更是将抽象的理论预测转化为了可验证的科学证据，让我惊叹于数学在预言未知现象中的强大能力。我还对书中关于宇宙网状结构的数学描述印象深刻，作者介绍了如何利用概率论和统计学的方法来分析星系分布，并揭示出宇宙大尺度结构中存在的“宇宙网”的形成机制。这些数学工具，帮助我们从看似杂乱的星系分布中，找到了隐藏其中的有序模式。阅读这本书，我深刻体会到了数学作为一门“宇宙的语言”，其力量之深邃和广阔。它不仅拓宽了我的视野，更让我对科学研究的严谨性和创造力有了更深的理解。

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《Calculating the Cosmos》这本书，为我打开了通往宇宙最深层奥秘的大门，而这扇门正是由数学这把钥匙所开启的。作者以一种近乎艺术般的精妙，将复杂的数学概念与浩瀚的宇宙现象融为一体。我最震撼的，莫过于书中对宇宙几何和拓扑学的数学描述，作者如何利用黎曼几何的概念来理解时空的弯曲，以及这些弯曲如何影响物质和能量的运动，从而形成了我们所见的引力现象。书中对宇宙整体形状和可能终结方式的数学推测，更是将抽象的几何学推演到了宇宙的终极问题。我还对书中关于宇宙弦理论和量子引力等前沿领域的数学探索部分印象深刻，虽然这些领域充满了理论的挑战，但作者通过对数学方程的巧妙运用，为我们描绘了可能存在的更深层物理现实。他展示了如何在微观层面理解量子涨落如何可能在宇宙大尺度上产生影响，以及数学工具如何帮助我们尝试统一量子力学和广义相对论这两大物理学支柱。阅读这本书，我不仅对宇宙的构成和演化有了更深入的认识，更重要的是，我体验到了数学作为一种 universal language 的强大力量，它能够跨越学科的界限，连接最宏观的宇宙与最微观的粒子。

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《Calculating the Cosmos》这本书带给我的体验，可以用“智识的盛宴”来形容。作者在书中展现出的深厚学识和清晰的逻辑思维，将宇宙学的迷人世界通过数学的语言淋漓尽致地展现在读者面前。我一直对宇宙的奥秘感到好奇，但往往被那些过于专业的科学术语和复杂的理论所困扰，而这本书则以一种非常亲切的方式，将那些看似高不可攀的数学工具，如微积分、微分方程、张量分析等，巧妙地融入到对宇宙现象的解释之中。书中对引力波的数学预测和探测过程的阐述，更是让我惊叹于数学在预测和验证科学发现中的强大力量。作者详细地剖析了爱因斯坦场方程在描述引力波传播中的作用，并解释了如何通过这些方程来计算引力波的振幅、频率和偏振等关键信息。我特别喜欢书中关于“宇宙学常数”的讨论，作者从历史的角度追溯了这一概念的提出、争议直至现代的重新认识，并详细介绍了现代宇宙学如何利用其来解释宇宙的加速膨胀。这种深入浅出的讲解方式，让我对这些抽象的物理概念有了更直观的理解。这本书不仅仅是知识的传递，更重要的是它培养了一种科学探究的精神，让我意识到，正是数学这个强大的工具，才能让我们如此清晰地“计算”出宇宙的种种迹象。这本书让我深刻体会到，科学的进步往往依赖于数学语言的精确性和普适性，而《Calculating the Cosmos》正是这一观点的绝佳例证。

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《Calculating the Cosmos》这本书给我带来的震撼，远超乎我的预期。作者以一种极其精妙的方式，将庞大而深邃的宇宙与构成其运行的数学法则紧密地联系起来。在我翻阅此书之前，我对宇宙的了解更多是停留在宏观的描述和一些基础的物理概念上，但这本书通过对宇宙学中核心数学方程的详细解析，为我打开了一扇全新的窗户。我尤其对书中关于宇宙膨胀的数学模型部分的阐述记忆犹新，作者通过弗里德曼方程，细致地展示了宇宙的尺度因子如何随时间演化，以及不同的宇宙学参数（如物质密度、暗能量密度）如何影响宇宙的膨胀历史和最终命运。这些推导过程，虽然初看起来有些令人望而生畏，但作者循序渐进的讲解，以及穿插其中的生动比喻，让原本晦涩的数学公式变得易于理解。书中对暗物质和暗能量的讨论，也充分展现了数学模型在解释未观测到的宇宙组成成分中的关键作用，作者如何通过引力效应推断暗物质的存在，又如何通过观测到的宇宙加速膨胀来引入暗能量的概念，这些逻辑链条都建立在坚实的数学基础上。阅读这本书，我感觉自己不仅仅是在阅读科学知识，更是在学习一种思考宇宙的方式，一种用数学语言来解读宇宙运行密码的方式。这本书无疑极大地提升了我对宇宙学研究方法论的认识，让我看到了数学工具在科学前沿探索中的不可替代性。

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《Calculating the Cosmos》这本书的阅读体验，是一种沉浸式的智力冒险。作者以其卓越的洞察力和精炼的笔触，将宇宙的奥秘编织进了一张由数学逻辑构成的壮丽画卷。这本书最吸引我的地方在于，它没有回避那些构成现代宇宙学基石的复杂数学工具，而是选择以一种极其清晰、富有启发性的方式，将它们呈现给读者。我尤其欣赏书中关于黑洞物理学的数学描述，作者如何利用广义相对论中的史瓦西度规来计算黑洞的事件视界半径，以及黑洞视界附近的奇特时空几何。这些数学推导，在作者的讲解下，不再是枯燥的符号演算，而是揭示黑洞本质的关键钥匙。书中对引力透镜效应的数学解释也令我印象深刻，作者详细阐述了光线在强大引力场中的弯曲是如何通过几何光学和微扰理论来计算的，以及这些计算结果如何帮助我们探测和研究暗物质分布。阅读过程中，我常常会停下来，反复琢磨那些精妙的数学论证，它们不仅是理论的支撑，更是通往宇宙深处的一条条清晰的路径。这本书让我看到了数学的强大力量，它能够将我们最抽象的思绪，转化为对现实宇宙最精确的描述。它不仅仅是一本书，更像是一本宇宙的“说明书”，而数学则是这本说明书中最重要的语言。

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《Calculating the Cosmos》这本书，以一种极其独特的方式，让我重新审视了我们对宇宙的认知。作者没有回避那些构成现代宇宙学基石的数学语言，而是将其作为连接理论与现实的桥梁，引导读者一步步探索宇宙的奥秘。我特别被书中关于宇宙早期暴胀理论的数学模型所吸引，作者详细阐述了如何通过量子场论的数学框架来描述早期宇宙的极速膨胀，以及这些膨胀如何解释了宇宙的平坦性和均匀性。那些关于标量场的数学方程，在作者的讲解下，变得生动而富有解释力，它们揭示了宇宙诞生的那一刻是如何被一套精密的数学法则所塑造的。书中对宇宙红移现象的数学解释，也让我对我们如何测量宇宙的膨胀速度以及推断其历史有了更直观的理解。作者通过多普勒效应和哈勃定律的数学推导，清晰地展示了光线传播中波长的变化如何成为我们解读宇宙运动的指南。阅读这本书，我感受到了数学的逻辑之美，它不仅是工具，更是理解宇宙运行原理的根本。这本书让我对科学的严谨性有了更深刻的敬畏，并激发了我对宇宙学领域更进一步探索的渴望。

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我最近有幸翻阅了一本名为《Calculating the Cosmos》的书，这本书彻底颠覆了我对宇宙认知的许多固有看法，并让我对其中蕴含的深邃原理产生了强烈的共鸣。作者以一种极其引人入胜的方式，将复杂的数学概念巧妙地融入到对宇宙起源、演化和最终命运的探讨之中。阅读过程中，我仿佛置身于一个宏大的数学模型之中，每推导出一个公式，每理解一个定理，都像是解开了一个宇宙的奥秘。书中对大爆炸理论的数学解释尤其令我印象深刻，作者并没有简单地呈现一个已经成熟的理论，而是带领读者一同回顾了那些关键的数学推导过程，是如何一步步从模糊的观测数据中勾勒出宇宙诞生的雏形。那些关于早期宇宙的极端条件下物质行为的数学描述，如奇点、视界等概念，在作者的笔下不再是晦涩难懂的术语，而是逻辑清晰、充满力量的数学工具。我尤其欣赏作者对于不同宇宙学模型进行数学比较的段落，他展示了如何利用数学语言来评估理论的优劣，以及如何通过精确的计算来排除不符合观测证据的模型。这不仅仅是一本书，更像是一次思维的探险，它教会我如何用一种全新的、更加严谨和抽象的视角去审视我们身处的这个浩瀚宇宙。每次合上书本，我的脑海中都会回荡着那些优美的数学公式，它们像是宇宙的语言，低语着关于存在的最深刻的真理。这本书无疑是一份献给所有对宇宙和数学充满好奇之人的珍贵礼物，它激发了我对宇宙学领域更深层次的探索欲望。

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刚翻译完一遍。 个人认为，这本书的内容对大部分可能都无法区分线性增长与指数增长的读者来说，都太难了…… 不过还是很有意思的，从历史发展到最新进展（15年为止）都有涉及。最后几张可以明显看出身为数学家的Stewart对宇宙学标准模型的不满意。批大爆炸、暴胀和暗能量之后，火力升级批暗物质和多重宇宙——当然，我也不喜欢多重宇宙。 总之，对理科尤其是物理与天文有一定基础的朋友可以看看，对理科的认知只到名词的就放弃吧。

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作者写：nobody thinks about the boundary conditions和there's also a tenancy to overstate the implications of the latest idea or discovery，2星不能多了。

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刚翻译完一遍。 个人认为，这本书的内容对大部分可能都无法区分线性增长与指数增长的读者来说，都太难了…… 不过还是很有意思的，从历史发展到最新进展（15年为止）都有涉及。最后几张可以明显看出身为数学家的Stewart对宇宙学标准模型的不满意。批大爆炸、暴胀和暗能量之后，火力升级批暗物质和多重宇宙——当然，我也不喜欢多重宇宙。 总之，对理科尤其是物理与天文有一定基础的朋友可以看看，对理科的认知只到名词的就放弃吧。

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刚翻译完一遍。 个人认为，这本书的内容对大部分可能都无法区分线性增长与指数增长的读者来说，都太难了…… 不过还是很有意思的，从历史发展到最新进展（15年为止）都有涉及。最后几张可以明显看出身为数学家的Stewart对宇宙学标准模型的不满意。批大爆炸、暴胀和暗能量之后，火力升级批暗物质和多重宇宙——当然，我也不喜欢多重宇宙。 总之，对理科尤其是物理与天文有一定基础的朋友可以看看，对理科的认知只到名词的就放弃吧。

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刚翻译完一遍。 个人认为，这本书的内容对大部分可能都无法区分线性增长与指数增长的读者来说，都太难了…… 不过还是很有意思的，从历史发展到最新进展（15年为止）都有涉及。最后几张可以明显看出身为数学家的Stewart对宇宙学标准模型的不满意。批大爆炸、暴胀和暗能量之后，火力升级批暗物质和多重宇宙——当然，我也不喜欢多重宇宙。 总之，对理科尤其是物理与天文有一定基础的朋友可以看看，对理科的认知只到名词的就放弃吧。