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出版者:

作者:Eschholz, Paul A./ Rosa, Alfred F.

出品人:

页数:0

译者:

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价格:309.00 元

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isbn号码:9780312462901

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《宇宙的织锦：从量子泡沫到星系尺度的宏伟叙事》 导言：万物之始与终极谜题 本书并非探寻如何构建商业蓝图或掌握谈判技巧的指南，它是一次横跨物理学、宇宙学、复杂性科学以及信息论的史诗级旅程。我们试图回答的，是那些最根本、最令人敬畏的问题：宇宙是如何起源的？我们所感知的现实，其底层结构究竟由何种“材料”构成？时间与空间，是绝对的框架，还是涌现的现象？ 我们将从普朗克尺度——那个理论上时空结构开始瓦解的极端微观领域——拉开序幕。这里，经典物理学的定律失效，量子力学的奇异性占据主导。我们不会停留于对量子力学基础概念的肤浅介绍，而是深入探讨量子场论（QFT）如何将粒子视为场的激发，以及标准模型如何精妙地描述了我们所知的四种基本力（强核力、弱核力、电磁力、引力）在早期宇宙中的统一与分化。 第一部分：时空深处的低语——量子引力的探索 本书的第一部分聚焦于现代物理学尚未解决的最宏大难题：如何将广义相对论（描述宏观引力与时空的几何学）与量子力学（描述微观粒子的行为）融为一体。 我们将详细剖析弦理论（String Theory）的构造。它假设所有基本粒子都不是点状的，而是微小、振动的一维“弦”。通过引入额外的空间维度（通常是六维或七维的紧致化空间，如卡拉比-丘流形），弦理论试图提供一个自洽的量子引力理论。我们会分析不同类型的弦理论（I型、IIA、IIB、异构理论）以及它们如何通过“对偶性”相互联系，共同构成一个更宏大的“M理论”的可能性。这不仅仅是数学游戏，而是关于现实本质的深刻猜想——宇宙是否真的需要十维或十一维的结构才能保持数学上的和谐？ 紧接着，我们将转向圈量子引力（Loop Quantum Gravity, LQG）。LQG采取了完全不同的路径，它没有引入额外的维度或超对称粒子，而是对爱因斯坦的广义相对论进行量子化处理。LQG预言，时空本身不是连续的背景，而是由离散的“量子环”（spin networks）编织而成。这暗示着在普朗克尺度之下，空间和时间的概念彻底瓦解，存在一个最小的、不可再分割的“时空原子”。我们将探讨“宇宙大反弹”（Big Bounce）的理论，即我们的宇宙可能不是始于一个奇点（大爆炸），而是上一个坍缩宇宙的终结与反弹。 第二部分：宇宙的诞生与演化——从暴胀到暗能量 我们将时间轴拨回到大爆炸的瞬间——或者更准确地说，是宇宙暴胀时期。暴胀理论（Inflation）是解释宇宙微波背景辐射（CMB）均匀性、平坦性和大尺度结构起源的关键。我们将深入研究暴胀场（Inflaton）的动力学，探讨它如何将量子涨落放大为宇宙早期的密度不均匀性，这些不均匀性最终演化成了星系、星系团。 随后，我们将追踪宇宙冷却和物质形成的历程。从夸克-胶子等离子体到质子和中子的形成，再到核合成（Nucleosynthesis）阶段，轻元素的精确丰度如何成为早期宇宙物理学的有力证据。 本书的重点将放在暗物质与暗能量这两个宇宙中最大的谜团上。 暗物质（Dark Matter）：我们不会仅仅罗列观测证据（旋转曲线、引力透镜效应），而是考察候选者——从弱相互作用重粒子（WIMPs）到轴子（Axions）——以及它们在宇宙学模拟中如何塑造了星系的骨架。 暗能量（Dark Energy）：它占据了宇宙总能量密度的近三分之二，驱动着宇宙的加速膨胀。我们将详细分析“宇宙学常数”的问题（理论预测值与观测值之间惊人的120个数量级的差异），以及更具动态性的替代理论，如“精质”（Quintessence）模型。我们甚至会探讨，加速膨胀是否意味着我们对引力本质的理解仍存在根本性的缺陷。 第三部分：复杂性、信息与涌现的现实 本书的后半部分将视野从纯粹的物理学转向了物理学与信息论、复杂性科学的交叉点。我们不再将宇宙视为一组随机的粒子集合，而是将其视为一个巨大的信息处理系统。 我们将引入全息原理（Holographic Principle）。受黑洞热力学和Bekenstein-Hawking熵的启发，这个原理提出，在一个特定体积内的所有信息，可以完全编码在其边界的表面积上。我们将探讨AdS/CFT对应关系——一个强大的工具，它将量子引力理论（如弦理论）与描述强相互作用的量子场论联系起来。这暗示着我们三维（加一维时间）的宏观世界，可能仅仅是更高维度时空中一个“投影”。 接下来，我们将探讨涌现现象（Emergence）。热力学和统计力学如何从大量的、遵循简单规则的微观粒子的相互作用中“涌现”出来？我们将分析信息熵与热力学熵的关系，并考察在极端系统中（如黑洞视界或早期宇宙），信息是如何被编码和处理的。 最后，我们将触及时间之箭。为什么时间似乎只朝一个方向流动（热力学第二定律），而构成物质的基本定律在时间反演下却是对称的？我们将比较热力学箭头、宇宙学箭头（宇宙膨胀）和辐射箭头（电磁波向外传播），并讨论，这种单向性是否与宇宙的初始条件（极低的初始熵）紧密相关。 结语：未竟的探索 《宇宙的织锦》旨在展示人类对自然界最深层奥秘的探索从未停歇。我们所描绘的这些理论——无论是个性化的弦理论景观、离散的时空像素，还是全息的信息编码——都代表了我们试图用数学语言捕捉现实本质的最新尝试。本书不提供确凿的答案，而是呈现了科学前沿最引人入胜的猜想与最严峻的挑战，邀请读者一同凝视那片由量子力学、广义相对论和信息编织而成的、宏伟而未知的宇宙织锦。

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