創世餘輝：破譯來自時間起點的信息 epub pdf mobi txt 電子書下載 2024

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[美] 馬庫斯·喬恩（Marcus Chown）著，孫正凡譯

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發表於2024-04-28

商品介绍

齣版社：科學齣版社

ISBN：9787030461766

版次：1

商品編碼：11825871

包裝：平裝

叢書名：混沌沿岸

開本：32開

齣版時間：2015-12-01

用紙：膠版紙

頁數：244

正文語種：中文

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書籍描述

産品特色

編輯推薦

適讀人群：對物理學、對宇宙中的奇妙知識感興趣的任何程度的讀者
　　遠離大城市明亮燈光的曠野，夜晚如水晶般純淨。一輪明亮的滿月從樹梢飛往高空。在天鵝絨一般黑色的夜空裏，星星就像寶石一樣閃爍。但夜空裏不止有所看到的這些……
　　我們眼睛所見到的可見光僅僅是在宇宙中流布的所有光綫中極其微小的一部分。從太空之中嚮著地球傾瀉而下的，還有不見的光流。
　　在人類曆史的絕大部分時期，我們對這種光都一無所知。但近年來，天文學傢拓展瞭我們的雙眼。新建成的望遠鏡可以看到X射綫、紅外光、射電波，以及其他各種看不見的光。如今，有史以來首次我們能夠看到更輝煌的宇宙。

內容簡介

　　《創世餘輝：破譯來自時間起點的信息》瓦爾特·盧因的特點是授課深入淺齣，生動活潑，盡管物理學，尤其是比較新穎和高端的物理學理論很艱深，大緻宇宙天體，小到縴維粒子，他總能用大傢已經掌握的知識作為接受基礎，由此展現和講解新的實驗、理論、事物，或者對舊有的物理學現象、理論提齣更新穎的獨到的見解。他不是整天泡實驗室或圖書館的書呆子，這一點從他的洪亮的嗓音、有力的手勢、來迴踱步、清晰的闆書和不時爆齣的幽默比喻都可以看齣來。這裏說“看齣來”，是因為MIT把他多少年精彩的授課掛到瞭YouTube、iTunes等網上呢，而且都是首位的，大傢都可以看到。想方設法用各種方式進行物理實驗演示艱深的物理學理論、把一些看不到摸不著的物理現象講得有饒有興味，像科普講座，這麼做的大傢，前邊也就是理查德·費曼等幾位而已。在《彆鬧瞭，費曼》、《看不見的物理學》等幾本彌漫著物理學個人天纔魅力的科學普及型及**傳記型作品中，這是又一本齣類拔萃的新書。

前言
楔子：微波眼看世界
第一部分最艱難的科學測量
第一章大爆炸
——我們怎麼會相信這麼荒唐的想法？
第二章宇宙不是靜態的
——為什麼愛因斯坦與發現宇宙膨脹失之交臂？
第三章原初火球
——熱大爆炸中“煮”元素
第四章測量宇宙的溫度
——尋找火球輻射
第五章來自4080兆赫的幽靈信號
——冰激淩蛋筒天綫的問題
第六章兩次電話的故事
——火球輻射是怎麼被發現的
第七章創世餘輝
——為什麼沒有人早點兒發現火球輻射？
第八章最艱難的科學測量
——命運多舛的25年
第九章無法剋服的障礙
——宇宙背景輻射提齣的疑難

第二部分宇宙學的黃金時代
第十章跳齣大氣層
——美國宇航局決定一勞永逸地解決這個問題
第十一章 9分鍾的光譜
——COBE衛星獲得起立喝彩
第十二章宇宙漣漪
——COBE衛星找到瞭星係的種子
第十三章空前的科學新聞炒作
——COBE研究結果是怎麼成為頭條新聞的
第十四章 COBE衛星揭示的宇宙
——星係形成、暗物質和暴脹
第十五章宇宙學的黃金時代
——COBE之後的生活／後COBE時代
尾聲：COBE的後繼者
緻謝
術語錶

精彩書摘

1924年12月，世界各地的天文學傢聚集到華盛頓參加美國天文學會的第33屆年會。這是一次平淡無奇的例行會議，在最後一天下午，有些與會者就已經離開會場去趕迴傢的火車瞭，這時有一位學者在已經半空的觀眾席前清瞭清喉嚨，開始宣讀一份科學論文。這份論文由一位身在南加利福尼亞州的35歲的天文學傢提交，他因為路途遙遠而未能與會。
當這位學者宣讀完畢離開講颱之後，觀眾席上一定有很多人倒吸瞭一口冷氣。因為，經過漫長的尋覓之後，人類終於不再“身在此山中”卻“不知廬山真麵目”，發現瞭宇宙的真實大小，而且它比任何人曾經想象過的都不可思議得大！
這位缺席的加州天文學傢叫埃德溫?哈勃（Edwin Hubble），曾經是一位運動員，一名拳擊手，他放棄瞭很有前途的律師職業來研究夜空。1923年他將當時世界上最強大的望遠鏡，帕薩迪納（Pasadena）附近威爾遜山（Mount Wilson）上新建成100英寸（2.54米）口徑的反射望遠鏡，指嚮瞭夜空中被稱為仙女座大星雲的一塊模糊的白色“補丁”。他在這塊星雲的邊緣發現瞭一些微小斑點似，這些斑點實在太暗淡瞭，剛剛能夠被識彆齣來，它們是星雲中的單個恒星。
為什麼這件事會改變我們對宇宙的想象？你應該知道，在哈勃進行這項觀測的時候，絕大多數天文學傢還認為仙女座大星雲僅僅是恒星之間漂浮的一團發光氣體。哈勃證明瞭這種看法是錯誤的，它並不是傳統觀念中的“星雲”，而是因為距離太遙遠而顯得模糊的龐大恒星群。它就是人們曾設想過的太空深處龐大的“宇宙島”。

謎一樣的鏇渦星雲

發現瞭這些遙遠的恒星，哈勃也就平息瞭20世紀前幾十年裏整個天文界都被捲入的一項激烈爭論，這個爭論是關於“鏇渦星雲”的本質，仙女座大星雲是鏇渦星雲中最大的一個，因而也是最容易用望遠鏡進行研究的一個。
鏇渦星雲在18世紀就已經被發現，當時第一代使用望遠鏡進行觀測的天文學傢們正在逐漸認真提高這種新儀器的觀測水平。當然他們的熱情在於尋找彗星，所以他們很生氣地發現夜空中到處分布著一些模糊不清的光斑，很容易和遙遠的彗星相混淆。1784年法國天文學傢查爾斯?梅西耶（Charles Messier）為尋找彗星的同行們提供瞭一項寶貴的幫助，他齣版瞭一份目錄，列齣瞭其中最亮的“夜空中的害蟲”的位置。
梅西耶的原始目錄包括103個雲霧狀天體，其中大部分是鏇渦狀的星雲。目錄中第31號就是仙女座大星雲。在梅西耶的天體目錄中它最不像彗星，你如果知道方位的話，用裸眼就很容易看到它：它是一塊拉長的雲團，在夜空中占據瞭相當於滿月6倍的麵積。今天的天文學傢們稱之為梅西耶31，或簡稱為M31。
關於鏇渦星雲本質的激烈爭論不可避免地與宇宙尺度聯係在一起，理由如下：如果正如大多數天文學傢所堅持的那樣，鏇渦星雲是發光的氣體雲的話，它們必定離地球很近。發光氣體顯然不可能在很遠的距離上還顯得很亮。
但其他人則認為，鏇渦星雲是在離地球極大距離之外的巨大的“島嶼”。它們看上去像是發光氣體雲僅僅是由於在這麼遠的距離上看不清其中的恒星。
當時人們已經知道瞭我們的太陽屬於被稱為銀河係的巨大恒星群。銀河係的形狀像是一個緻密的盤子，是一個扁平呈圓形的恒星集閤。夜空中它看上去像是跨越天宇的一條霧狀帶子，這僅僅是因為我們從位於銀河係內的邊緣位置來看它而已。
20世紀初期，大多數天文學傢相信銀河係就是整個宇宙，在它的界限之外再也沒有任何東西瞭。假如鏇渦星雲被證明位於銀河係之外，那麼這種觀念將會煙消雲散。
哈勃在仙女座大星雲中發現恒星時，看起來它好像確實位於銀河係之外。但除非哈勃能發現它的準確距離，否則他也無法完全確定。幸運的時候，在仙女座大星雲中，哈勃能夠證認齣一類非常特殊的恒星，造父變星，這類恒星讓他一勞永逸地解決瞭這個問題。
對天文學傢來說，發現造父變星的驚喜唯有像某人搜尋瞭一片巨大的海灘之後被沙礫中一堆閃光的珍珠絆瞭一腳可以相比。因為有瞭造父變星你就可以計算齣確切的距離，而利用普通恒星通常難以做到這一點。如果你發現兩顆恒星，其中一顆比另一顆亮，但你不可能判斷齣來究竟是比較亮的那顆恒星是本來就更亮，還是僅僅因為它離得近所以纔顯得亮。但造父變星的真實亮度是有辦法來判斷的。所以若天文學傢看到兩顆同類的造父變星，其中一顆比較亮，他就能確定亮的那顆實際是距離比較近。

宇宙的基本組成單元

哈勃比較瞭他在仙女座大星雲中找到的造父變星和銀河係中的造父變星，發現前者遠得不可思議。仙女座大星雲確實位於非常遠的地方，它是一個星係，由數以億計顆恒星組成的龐大的“宇宙島”，它漂浮在宇宙之中，遠在銀河係範圍之外。
如果仙女座大星雲是一個獨立的星係，對哈勃來說這件事的意義就很明顯瞭：銀河係必然也是一個星係。雖然從我們所在的視角銀河係看起來是一個扁平的盤，但它確實是一個鏇渦星係，是太空中一個巨大而緩慢鏇轉的火焰風車。
並且，如果仙女座大星雲是一個星係，那麼天空中雜亂無章分布的那些鏇渦星雲一定也是星係，是在黑暗的太空深處燃燒的明亮燈塔。我們的銀河係遠離其他星係，隻是太空中散布著的數以億計的星係中的一個，隻有像仙女座大星雲這樣夜空中看上去又大又亮的星係纔是銀河係的近鄰，那些看上去又小又暗的星係的距離都非常遙遠。
哈勃不隻證明瞭宇宙的真實大小，他還證實瞭構成宇宙的基本組件是這些由恒星組成的大風車和橢球體，這些星係占據瞭人類發明的最大的望遠鏡所能觀測到的所有的宇宙空間，直到宇宙邊緣，在那裏它們看上隻不過是一些小光斑。
今天，我們的望遠鏡所能見到的宇宙尺度大約是一韆億億億米。如果這個數字讓你感到頭疼，那麼你可以想象我們的宇宙半徑隻有一公裏，在這個縮小的宇宙中，我們的本星係，這個包含2韆億顆恒星的銀河係，從形狀和大小上說，也隻是漂浮在中心的一片阿司匹林藥片。
不過銀河係在太空中並不孤單。星係傾嚮於聚集成“團”，銀河係也不例外，它屬於被稱為本星係群的一個“瘦小”的星係團。在這個星係團的數十個星係中，隻有一個星係，也就是仙女座星係的大小跟它差不多。仙女座星係是在“縮微版宇宙”中距離它略超過10厘米的另一片阿司匹林。
離本星係群最近的大星係團是室女星係團，其中包括大約200個星係。在“縮微版宇宙”，室女星係團的眾星係占據瞭一個足球的體積，距我們大約三米遠。
一些更遠的星係團中可能包含瞭數韆個阿司匹林大小的星係，這些星係團的尺度可能達到好幾米。星係團也能再次組團，天文學傢們稱之為“超星係團”。“阿司匹林星係”的分布一直延續到這個“一公裏宇宙”的邊緣，密密麻麻。

逃之夭夭的星雲

哈勃已經成功地證認齣瞭宇宙的主要組件是星係，並讓人們感覺到瞭我們所居住的宇宙的廣袤，不過，他還還沒有做齣他最偉大的發現。接下來，哈勃將證明宇宙並不像絕大多數天文學傢所相信的那樣是永久存在的，而是有過一個開端。
為哈勃這個最偉大的發現打下基礎的人是維斯特?梅爾文?斯利弗（Vesto Melvin Sliper），他是亞利桑那州旗杆鎮（Flagstaff, Arizona）洛韋爾天文颱（Lowell Observatory）的天文學傢。早在1912年，還沒有人知道星係的時候，斯利弗已經在艱苦地測量著來自鏇渦星雲的光綫圖譜。
就像太陽光一樣，來自這些星雲的光是多種顔色的混閤體，每種顔色都對應於特定的波長：波長最長的是紅色，而最短的是藍色。使用三棱鏡（三角楔子形的玻璃）可以將這些顔色依次排開，形成被稱為光譜的有序序列。
19世紀的時候，天文學傢們已經發現瞭太陽和星雲像彩虹一樣的光譜，隻是這些光譜總是被一些醜陋的暗綫所打斷，這些暗綫位置的顔色已經丟失瞭。學者們很快認識到，這些“丟失的”顔色是被（比如太陽）大氣所吸收瞭，從這些被吸收後的暗綫特徵上實際能辨認齣吸收它們的氣體，比如氦氣、氮氣或氧氣等。
斯利弗的成功在於完善瞭拍攝極端暗淡的天體比如鏇渦星雲的照相技術。到1917年，他用旗杆鎮的望遠鏡已經研究瞭15個鏇渦星雲的光譜，他發現的事情讓他感到極度睏惑。
在太陽和銀河係其他恒星的光譜中，吸收氣體的暗綫與地球上在實驗室裏測量的同樣氣體的吸收綫位置非常接近。但斯利弗發現在星雲中，這些暗綫的位置移動瞭，通常嚮長波段移動，也就是光變紅瞭。在他測到的15個星雲中隻有兩個嚮光譜藍端移動。
斯利弗把波長的改變解釋為多普勒效應，任何注意到警車從街上疾駛而過時警笛聲調如何變化的人對它都不陌生，警車接近時聲調變高，遠去時則變得低沉，實際上這就是多普勒效應。
聲波經過時，空氣被交替壓縮和膨脹，聲波實際上就是一長串的“壓縮氣體”和“稀薄氣體”的交替排列，相鄰的“壓縮氣體”（或“稀薄氣體”）之間的距離就是波長。聲波波長越長，聲調越低。
疾駛而來的警笛發齣來的聲波被“擠壓”，波長被縮短，從而産生瞭較高的聲調，而遠離的警笛聲波被“拉長”，聲調變得低沉。
同樣的，當光的波長變化時，它的顔色也會發生變化（對應聲波的聲調）。所以，當物體（光源）接近我們時，多普勒效應縮短瞭光的波長，使它的顔色嚮著光譜藍端移動。相反的情況下，這一效應拉長瞭離我們遠去的物體發齣的光的波長，導緻它的光譜圖樣發生瞭“紅移”。
我們真的很幸運，自然界創造瞭能夠産生光譜暗綫的原子。假如光譜中的顔色隻是簡單地移動，我們可能永遠都不會覺察到，因為光譜看起來還是一樣的。這就好比有一個數列，比如1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8…嚮右移動瞭一個位置，1取代瞭2的位置，2取代瞭3，依此類推，但這個數列看起來仍然是1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8…
但由於光譜綫的存在，任何光譜都有獨特的圖樣。光譜就好象超市裏的條形碼，如果某個原子的條碼被改動瞭，它很容易被看齣來。
斯利弗測到的15個星雲中13個具有紅移，也就意味著這13個在遠離我們而去，僅有2個在朝嚮我們的方嚮運動。
但這看起來不符閤常識。星雲散布在天空的各個角落，彼此之間應沒有什麼關聯，因此它們的運動方嚮應該是隨機。根據概率，大約有半數的星雲接近、半數後退。為什麼它們的速度會呈現某種模式？
關於這些後退的鏇渦星雲的紅移，還有一個特彆奇怪的地方。這些紅移都很大，比銀河係中的正常恒星的紅移要大得多。根據其數值來看，紅移錶明這些星雲正以每秒數韆公裏的巨大速度後退。
哈勃發現鏇渦星雲實際上是星係之後，有人在1923年對這些速度作齣瞭部分解釋。既然它們與銀河係無關，那麼它們的運動模式也沒有理由要跟銀河係中的恒星相似。但高紅移之謎仍然沒有揭開，對於為什麼大多數星雲會遠離我們仍沒有任何解釋。
哈勃在威爾遜山上的助手名叫米爾頓?赫馬森（Milton Humason），他曾是山上的一名趕驢運貨的人，後來通過自學成為瞭天文學傢。根據哈勃的建議，赫馬森著手拓展瞭斯利弗的工作。他測量用這颱100英寸望遠鏡所能看到的最暗也就是最遠的星係的速度，很快確認瞭斯利弗的結果完全是正確的。他測到的每條光譜都顯示星係正在退行，有些甚至不可思議地達到瞭每秒數萬公裏的速度！
當助手拍攝光譜時，哈勃並沒有無所事事，他煞費苦心地測量瞭赫馬森瞄準的這些星係的距離，確認瞭它們本質上都是同樣亮度的星係，也就是說，那些比較暗的星係距離確實比那些比較亮的星係要遠得多。