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出版者:Sinauer Associates

作者:Scott F. Gilbert

出品人:

页数:709

译者:

出版时间:2000-4

价格:USD 99.95

装帧:Hardcover

isbn号码:9780878932436

丛书系列:

图书标签:

• CBE
• 发育生物学
• 胚胎学
• 细胞分化
• 形态发生
• 基因调控
• 生物学
• 生命科学
• 分子生物学
• 遗传学
• 进化发育生物学

宇宙的奥秘：从量子纠缠到黑洞边缘 一本探索我们已知宇宙极限与未解之谜的宏大叙事 导言：边界之外的呼唤 人类对宇宙的探索从未停止，它不仅仅是对遥远星辰的观测，更是对存在本质的深刻叩问。本书《宇宙的奥秘：从量子纠缠到黑洞边缘》并非一部传统的天体物理学教科书，它是一次深入思想深处的探险，旨在揭示支配我们现实结构的最基本法则，以及那些挑战我们直觉的、令人敬畏的宇宙现象。我们将跨越尺度，从构成物质的最小单元——量子世界，跃迁至吞噬光线的宇宙巨兽——黑洞。 第一部分：微观世界的奇诡剧场——量子领域的新疆界 在宏观世界中，物体的位置和速度可以被精确测量，一切似乎遵循着确定性的经典物理学轨道。然而，当我们潜入普朗克尺度，现实开始变得模糊、概率化，并展现出令人震惊的连接性。 第一章：叠加态与观测者的角色 本章将深入剖析量子力学的核心概念。我们将探讨电子如何同时存在于多个状态的“叠加态”之中，以及著名的双缝实验如何无可辩驳地揭示了观测行为对物理实在的影响。我们不会满足于表面的描述，而是追溯哥本哈根诠释的哲学根源，并审视“多世界理论”（Many-Worlds Interpretation）等替代性解释的逻辑架构。重点讨论量子退相干现象（Decoherence），它是连接微观概率世界与宏观确定世界之间的关键桥梁。 第二章：幽灵般的超距作用——量子纠缠的本质与应用 爱因斯坦曾将其斥为“幽灵般的超距作用”（Spooky Action at a Distance）。量子纠缠，即两个或多个粒子之间存在着一种即时的、超越空间的关联，是本书最引人入胜的主题之一。我们将详细解读贝尔不等式的实验验证，证明定域实在论的失败。随后，我们将展望纠缠在实际应用中的潜力，包括量子计算的巨大飞跃——探讨量子比特（Qubit）的优势、量子门的设计，以及Shor算法和Grover算法如何颠覆经典计算的范式。此外，量子隐形传态（Quantum Teleportation）的原理和实验进展也将被详尽阐述。 第三章：真空的能量与零点场 真空并非“空无一物”。本章将引导读者探索量子场论（QFT）的视角，理解真空如何被视为充满着不断产生和湮灭的虚粒子（Virtual Particles）的“零点场”。卡西米尔效应（Casimir Effect）作为真空能量存在的直接证据，将被细致分析。我们还将讨论真空能量密度与宇宙学常数之间的惊人矛盾——这个物理学中最大的理论与观测值之间的差异，是当前理论物理面临的最严峻挑战之一。 第二部分：时空的织物与引力的悖论 当我们从微观尺度宏观化，我们进入了爱因斯坦的舞台——相对论的世界。这里，时间不再是恒定的背景，而是与空间交织成四维时空结构。 第四章：引力的新几何学——广义相对论的优雅 本章重述广义相对论（GR）的核心思想：引力不是一种力，而是由物质和能量对时空几何的弯曲所产生的效应。我们将详细分析爱因斯坦场方程的含义，并考察其在强引力场下的经典解——例如，水星轨道的进动、光线在太阳附近的弯曲。对史瓦西（Schwarzschild）解和克尔（Kerr）解的几何性质的讨论，将为我们理解黑洞的结构打下坚实基础。 第五章：时空的终极边界——黑洞的诞生与结构 黑洞，是时空被无限拉伸的极限。我们将追溯黑洞的形成过程，从超新星爆发到引力坍缩。重点分析事件视界（Event Horizon）的物理意义——信息无法逃脱的单向膜。随后，我们深入探讨黑洞内部的奇点（Singularity），一个密度无限大、时空曲率无限高的地方，并讨论彭罗斯-霍金奇点定理如何预示了它的必然性。对霍金辐射（Hawking Radiation）的详尽讲解，将引出信息悖论——落入黑洞的信息是否真的永远丢失了？ 第六章：引力波的涟漪——时空中的动态事件 引力波，时空结构本身的涟漪，是检验广义相对论的终极工具。本章将详述引力波的产生机制，主要关注双星系统（如双中子星并合和黑洞并合）的剧烈运动。随后，我们将聚焦LIGO和Virgo等探测器的尖端技术，分析首次探测到的GW150914事件的意义。引力波天文学的兴起，标志着我们进入了一个“多信使天文学”的新时代，它使我们能够“聆听”宇宙的暴力事件。 第三部分：超越已知——宇宙学前沿的未解之谜 宇宙的演化史充满了我们尚未完全理解的成分和驱动力。本部分聚焦于宇宙学两大核心谜团：暗物质和暗能量。 第七章：不可见的支撑——暗物质的证据链 暗物质（Dark Matter）占据了宇宙物质总量的约85%，但它不发光、不吸收光，只通过引力与其他物质相互作用。本章将系统梳理支持暗物质存在的关键观测证据：星系旋转曲线的异常平坦性、星系团的引力透镜效应，以及宇宙微波背景（CMB）辐射的各向异性。随后，我们将评估当前寻找WIMPs（弱相互作用重粒子）和轴子（Axions）等候选粒子的实验方法和困境。 第八章：加速膨胀的驱动力——暗能量的悖论 自1998年发现宇宙加速膨胀以来，暗能量（Dark Energy）已成为宇宙学最大的谜团。本章深入探讨了暗能量的性质——它表现出负压，能够克服引力的拉扯，驱动宇宙加速膨胀。我们将详细分析宇宙学常数模型（Lambda-CDM模型）的优越性，并探讨其他可能的驱动机制，如标量场（Quintessence）。暗能量的密度如何随时间变化，以及它对宇宙最终命运的决定性影响，将是本章讨论的焦点。 第九章：万有理论的寻求——量子引力学的愿景 当前物理学的两大支柱——广义相对论和量子场论——在极端的时空条件下（如黑洞内部和宇宙大爆炸的最初瞬间）是相互冲突的。本章将探讨寻求“万有理论”（Theory of Everything）的尝试。我们将介绍弦理论（String Theory）和M理论的基本概念，探讨它们如何试图将引力量子化，以及圈量子引力（Loop Quantum Gravity）等非传统方法的独特视角。理解时间和空间是否在普朗克尺度上被“量子化”，是本章留给读者的终极思考。 结语：永恒的求知之旅 我们探索了从最小的亚原子尺度到最大的宇宙尺度，见证了自然法则的复杂与和谐。本书的目的不是提供所有答案，而是展示知识的前沿是如何不断被拓展的。宇宙的奥秘远未解开，每一次成功的观测和每一次精妙的理论构建，都仅仅是拉开了下一场伟大发现的序幕。读者的旅程，才刚刚开始。

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