愛(ài)因斯坦的望遠(yuǎn)鏡:搜索暗物質(zhì)和暗能量
定 價(jià):39 元
叢書(shū)名:妙趣橫生的通識(shí)讀本
- 作者:(美),艾弗琳·蓋茨 ,(Evalyn Gates) 著 張威 ,上官敏慧 譯
- 出版時(shí)間:2011/6/1
- ISBN:9787300114545
- 出 版 社:中國(guó)人民大學(xué)出版社
- 中圖法分類:P159
- 頁(yè)碼:262
- 紙張:膠版紙
- 版次:1
- 開(kāi)本:16開(kāi)
《愛(ài)因斯坦的望遠(yuǎn)鏡:搜索暗物質(zhì)和暗能量》是一本科普著作,以引力透鏡現(xiàn)象的研究為主線,介紹了當(dāng)今天文學(xué)和宇宙學(xué)最為引人注目的兩個(gè)研究領(lǐng)域,即暗物質(zhì)和暗能量,同時(shí)介紹了引力理論和現(xiàn)象、宇宙學(xué)和粒子物理學(xué)的一些基本知識(shí)。在物理學(xué)的幫助下,身為地球上的普通人,我們不僅可以“看到”宇宙深邃的盡頭,還可以探究隱藏在無(wú)盡夜空下神秘的天體,而這些認(rèn)知又和比原子還要小很多倍的基本粒子研究聯(lián)系在一起。所有這些激動(dòng)人心的概念,都將在您閱讀的過(guò)程中一一呈現(xiàn)。
在一般公眾的眼中,物理應(yīng)該是一門高深的學(xué)問(wèn)。從牛頓到愛(ài)因斯坦 ,從費(fèi)曼(Richard Feynman)到霍金(Stephen Hawking),物理學(xué)家的頭頂 永遠(yuǎn)籠罩著天才的光環(huán)。這層光環(huán)不僅照耀著這些我們自高中時(shí)期就耳熟 能詳?shù)拿,還慷慨地將光輝與每一個(gè)和物理有關(guān)的人分享。無(wú)論是從事 研究或教學(xué)工作的物理學(xué)工作者,還是在各個(gè)階段物理學(xué)得好的學(xué)生,都 能自然而然地享受到這些光芒,從而被自然而然地歸為聰明人。 在過(guò)去的十幾年中,譯者作為物理學(xué)工作者,都不可避免地受到這種 光輝的照耀。在它的影響下,我們各自有那么一段時(shí)間變得忘乎所以,肆 無(wú)忌憚地用看似高深的理論和晦澀難懂的學(xué)術(shù)名詞來(lái)談?wù)撐锢,似乎只?nbsp;這樣才能彰顯自己的與眾不同。幸運(yùn)的是,這種丑惡的嘴臉并沒(méi)有保持太 長(zhǎng)時(shí)間(否則我們不確定是否能在清醒過(guò)來(lái)后,頂住隨之而來(lái)的羞愧與自厭 ),并隨之認(rèn)識(shí)到,物理學(xué)的美,恰恰在于簡(jiǎn)單。 對(duì)于這個(gè)結(jié)論,絕大多數(shù)學(xué)過(guò)物理的人肯定不會(huì)同意。在公眾看來(lái), 物理不僅高深晦澀,而且枯燥乏味。事實(shí)上,即使是物理學(xué)工作者(比如我 們自己),也時(shí)不時(shí)會(huì)產(chǎn)生類似的想法。但是,在將“覺(jué)得乏味——感興趣 ——再覺(jué)得乏味——再感興趣”這個(gè)循環(huán)重復(fù)了無(wú)數(shù)次之后,我們卻不得 不承認(rèn),物理既不高深,也不乏味。高深的是描述物理的方法,乏味的則 是我們這些搞物理的人。 誰(shuí)都不希望變成乏味的人,物理學(xué)工作者也不例外。但是,我們?cè)诤?nbsp;多時(shí)候卻不得不求助于高深的數(shù)學(xué)或其他工具,因?yàn)槌酥,我們根?nbsp;不知道該怎樣去描述世界運(yùn)行的道理。說(shuō)得再坦白一點(diǎn),物理的高深恰恰 是因?yàn)槿祟愖陨淼臒o(wú)知。只有當(dāng)我們對(duì)自然的領(lǐng)悟已經(jīng)達(dá)到了運(yùn)籌帷幄、 存乎一心的時(shí)候,才可能將一切的邏輯和法則用最淺顯的語(yǔ)言描繪出來(lái)。 這樣的天才確實(shí)存在,但絕大多數(shù)人(當(dāng)然包括我們)都不是。 說(shuō)到這里,我們希望已經(jīng)澄清了一些不應(yīng)該出現(xiàn)在自己身上的光環(huán), 更希望能消除讀者心中對(duì)物理的畏懼和憎惡。誠(chéng)然,如果你想從事物理研 究工作,且不是上述的那種天才(就和我們一樣是個(gè)中人之資的普通人), 那么很遺憾,你就不得不借助高深乏味的工具,并在一生中不斷體會(huì)著“ 乏味——興趣——乏味”的循環(huán)。但是,如果你只是想欣賞物理學(xué)的美, 并享受它所帶來(lái)的興奮和愉悅,那你完全可以拋卻過(guò)去曾經(jīng)有過(guò)的不愉快( 比如高中時(shí)期的習(xí)題和考卷),并嘗試著用全新的方式重新?lián)肀锢怼?nbsp;如果你真的有此決心,那么手上的這本書(shū)絕對(duì)是一個(gè)很好的開(kāi)始。本 書(shū)的作者艾弗琳·蓋茨作為一名活躍在科研第一線的宇宙學(xué)家,以她深厚 的學(xué)術(shù)功底為基礎(chǔ),為我們講述了有關(guān)引力透鏡、暗物質(zhì)和暗能量的故事 。隨著作者充滿感性和魅力的筆觸,我們得以從完全不同的視角欣賞和享 受物理學(xué)中最純粹(因此也被誤解為最枯燥)的分支——宇宙學(xué)和粒子物理 學(xué)——所帶來(lái)的沖擊和震撼。在物理學(xué)的幫助下,身為地球上的普通人, 我們不僅可以“看到”宇宙深邃的盡頭,還可以探究隱藏在無(wú)盡夜空下神 秘的天體,而這些認(rèn)知又和比原子還要小很多倍的基本粒子研究聯(lián)系在一 起。所有這些激動(dòng)人心的概念,都將在你閱讀的過(guò)程中一一呈現(xiàn)。 最后,我們要感謝在本書(shū)翻譯過(guò)程中提供幫助的人。首先要感謝策劃 編輯唐奇,如果沒(méi)有她的鼓勵(lì)和幫助,我們也許根本不會(huì)積攢起足夠的信 心來(lái)開(kāi)始這項(xiàng)工作。其次,要感謝中國(guó)科學(xué)院理論物理研究所的李淼老師 ,他仔細(xì)閱讀了全書(shū)的每一個(gè)章節(jié),并給出了很多專業(yè)的意見(jiàn)。我們還要 感謝北京科技大學(xué)國(guó)家材料服役安全科學(xué)中心的劉劉老師和中國(guó)人民大學(xué) 物理系的周曉瑋老師,她們從非物理專業(yè)的角度對(duì)本書(shū)的語(yǔ)言和行文提出 了不少見(jiàn)解。本書(shū)的翻譯工作時(shí)間并不緊張,條件也很優(yōu)越,但由于自身 水平所限,疏漏之處在所難免。如果因?yàn)槲覀兊脑,使你在閱讀過(guò)程中 沒(méi)能獲得應(yīng)該享受的樂(lè)趣,我們?cè)诖吮硎咀钫嬲\(chéng)的歉意,并希望你能相信 ,這絕不是物理本身的過(guò)錯(cuò)。 張威上官慧敏 2010年8月于北京
艾弗琳·蓋茨是科維理(Kavli)宇宙物理學(xué)研究所助理所長(zhǎng)和芝加哥大學(xué)的高級(jí)研究助理。作為阿爾德(Alder)天文館和天文學(xué)博物館的天文學(xué)部前部長(zhǎng)和科教部副主任,Evalyn Gates在威廉瑪麗學(xué)院(College of William and Mary)獲得學(xué)士學(xué)位,并在凱斯西儲(chǔ)大學(xué)(Case Western Reserve University)獲得理論物理博士學(xué)位。畢業(yè)后,她先后在耶魯大學(xué)和芝加哥大學(xué)進(jìn)行博士后工作,并任費(fèi)米國(guó)家加速器實(shí)驗(yàn)室訪問(wèn)學(xué)者。她的主要研究領(lǐng)域?yàn)榱W佑钪鎸W(xué)和天體物理學(xué),包括暗物質(zhì)、MACHO和白矮星等。
第1章 宇宙是由什么構(gòu)成的?
第2章 空間和時(shí)間的革命
第3章 宇宙的膨脹
第4章 愛(ài)因斯坦的望遠(yuǎn)鏡
第5章 勇士與懦夫
第6章 黑洞與行星
第7章 為宇宙稱重
第8章 冷暗物質(zhì)
第9章 循跡暗物質(zhì)
第10章 加速的宇宙
第11章 宇宙網(wǎng)絡(luò)上的暗能量之印
第12章 引力波
尾聲 暗物質(zhì)和暗能量:下一個(gè)突破
附注和參考文獻(xiàn)
從某種意義上說(shuō),科學(xué)又進(jìn)入了新一輪的探索,而這次探索將比任何 魔幻小說(shuō)都更神奇。在我們的眼睛和望遠(yuǎn)鏡中出現(xiàn)的宇宙,將是一片壓倒 性的黑暗,其中近乎四分之三是暗能量,四分之一是暗物質(zhì),而我們以前 所熟悉的常規(guī)物質(zhì),只是零星散布在宇宙中的些許點(diǎn)綴,就像夜幕中無(wú)邊 大海上的一點(diǎn)閃光。在20世紀(jì)物理學(xué)良好發(fā)展的基礎(chǔ)之上,如今我們又踏 入了一個(gè)全新的領(lǐng)域。 如此先進(jìn)的新世界觀,必然要求一種同樣先進(jìn)的新觀察方法。愛(ài)因斯 坦的廣義相對(duì)論,給我們帶來(lái)了一種對(duì)宇宙的顛覆性理解,而這種理解正 在指引科學(xué)家們將空間本身做成望遠(yuǎn)鏡。這種構(gòu)想一旦成功,這些由萬(wàn)有 引力打造的宇宙望遠(yuǎn)鏡,其能力將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)我們能在地球上建造的任何設(shè) 備。 根據(jù)愛(ài)因斯坦的理論,空間和時(shí)間能被任何形式的質(zhì)量扭曲。每一個(gè) 行星、恒星和星系都會(huì)在空間中產(chǎn)生一個(gè)凹陷——物體的質(zhì)量越大,凹陷 越大。因此,無(wú)論暗物質(zhì)是什么,也無(wú)論它在哪里聚集,都會(huì)使周圍的空 間變形。當(dāng)光穿過(guò)這些由大質(zhì)量物體所產(chǎn)生的凹陷時(shí),自然而然地就會(huì)改 變方向,其結(jié)果和在空間放置一個(gè)巨大的透鏡是一樣的。單從引起光線彎 曲和偏轉(zhuǎn)的效果來(lái)看,這種由空間結(jié)構(gòu)變化所產(chǎn)生的引力透鏡,和傳統(tǒng)的 由玻璃或塑料制成的光學(xué)透鏡沒(méi)什么兩樣。 盡管這是一個(gè)很抽象的理論,但在現(xiàn)實(shí)中,這一理論可能會(huì)成就一項(xiàng) 非常實(shí)際的應(yīng)用,并由此衍生出當(dāng)代宇宙探索者手中最強(qiáng)大的工具。就像 我們能通過(guò)理解量子力學(xué),創(chuàng)造出一項(xiàng)革新性的影像技術(shù)——核磁共振成 像(MRI)。通過(guò)該技術(shù)醫(yī)生可以直接觀察人體的內(nèi)部結(jié)構(gòu),而這在一百年前 根本是無(wú)法想象的。廣義相對(duì)論同樣給予了天體物理學(xué)家一種觀測(cè)宇宙的 新方法。愛(ài)因斯坦理論將我們的視線推廣到了一個(gè)新極限,并首次為我們 揭示了宇宙中黑暗組成部分的細(xì)節(jié)。在引力透鏡的幫助下,我們能夠?qū)⒂^ 察范圍擴(kuò)大到最遙遠(yuǎn)的星系,發(fā)現(xiàn)其他遠(yuǎn)離太陽(yáng)系的神秘行星以及空間中 旋轉(zhuǎn)的黑洞。 更重要的是,我們可以借助引力透鏡去揭開(kāi)暗物質(zhì)和暗能量的神秘面 紗?茖W(xué)家已經(jīng)開(kāi)始研究這些包裹著星系和恒星、并占據(jù)宇宙大部分組分 的暗物質(zhì),同時(shí)著手探究無(wú)光區(qū)域的宇宙結(jié)構(gòu)。在無(wú)限延展的宇宙中,暗 物質(zhì)形成了一個(gè)由引力刻畫(huà)、并帶有暗能量印鑒的網(wǎng)絡(luò),而引力透鏡是唯 一可以幫助我們繪制出這張網(wǎng)的工具。這種新式的引力望遠(yuǎn)鏡——即愛(ài)因 斯坦望遠(yuǎn)鏡——將幫助我們破解暗物質(zhì)和暗能量的謎題,并最終帶領(lǐng)我們 獲得對(duì)空間、時(shí)間、物質(zhì)和能量的基礎(chǔ)本質(zhì)更深層次的領(lǐng)悟。核心問(wèn)題 在嘗試尋找答案之前,我們必須先理解所面對(duì)的核心問(wèn)題。進(jìn)入2l世 紀(jì)以來(lái),研究宇宙的科學(xué)家們所面臨的最嚴(yán)峻、同時(shí)也是最引人注目的問(wèn) 題,正是人類在嘗試?yán)斫庵車澜鐣r(shí)所提出的一個(gè)最古老的問(wèn)題: “宇宙是由什么構(gòu)成的?” 這個(gè)問(wèn)題是數(shù)千年來(lái)科學(xué)研究的焦點(diǎn)所在,且毫無(wú)疑問(wèn)已經(jīng)取得了足 以令人震驚的進(jìn)展。我們現(xiàn)在可以解釋視線所及的一切事物:從地球上的 物體到地球本身,再到最遙遠(yuǎn)星系中的恒星。在最基本的層面上,它們都 是由原子和分子組成的,而原子和分子又可以分解為夸克和電子。在過(guò)去 的一百年間,我們深人發(fā)掘了原子和分子的特性。直到20世紀(jì)末,一些學(xué) 術(shù)權(quán)威甚至迫不及待地想要宣稱,我們已經(jīng)找到了這個(gè)古老問(wèn)題的答案— —科學(xué)的盡頭已經(jīng)到來(lái)。 他們顯然是錯(cuò)誤的。P2-3