圖解時間簡史 下載 mobi epub pdf 電子書 2024

內容簡介

　　本書以史蒂芬.霍金的《時間簡史》為宇宙天文中關於“時間”的理論發展為支點，內容涉及微觀和宏觀兩大領域，包括星係、黑洞、基本粒子和自然的力、誇剋、反物質、膨脹的宇宙、不確定原理等，詳細將各個科學領域對時間的研究結閤。

目錄

導讀 霍金和他的理論

輪椅上的“宇宙之王”

奇點定理+ 黑洞不黑

從《時間簡史》到《大設計》

霍金腦中的宇宙誕生及未來

第一章 我們的宇宙圖像

人類認識宇宙，從“看星星”開始

與生産生活密切相關的天象觀測

從星占學傢到球形大地

宇宙地心說

日心說齣爐

開普勒三大定律

布魯諾相信，宇宙沒有中心

牛頓引力理論錶明，宇宙不可能靜止

在某一個有限時刻，宇宙開端瞭

星係是遍布宇宙的龐大星星“島”

神秘天河中藏著無數恒星

星係“類型秀”

星係群——星係團——超星係團

美麗的仙女座和獵犬座星雲

扁平圓盤狀的銀河係

廣袤銀河中，人類居住在太陽係

超新星爆炸事件

河外星係的發現

以光年為標尺，量一量宇宙中的“超遠”距離

丈量宇宙的標尺

宇宙“量天尺”——造父變星

星係大小和間距

從太陽到比鄰星

我們知道宇宙在膨脹，卻弄不懂金字塔

哈勃的觀測

望遠鏡中的宇宙

金字塔之謎

虛空中的巨大空洞和宇宙長城

邁嚮明天的宇宙學

第二章 空間和時間

就算物質都毀滅，時間和空間依然相互獨立存在

羽毛和鐵塊為何同時落地

牛頓的引力定律

無論怎麼測量，光速數值始終不變

絕對時間和絕對空間

牛頓的睏惑

一切都是相對的，時間和空間是相結閤的

光的媒介是像風一樣的以太嗎

拋棄以太——光速是恒定的常數

被終結的絕對時間

無論何時何地，物理法則永遠不變

沒有絕對的同時

從四維空間裏，找齣你的時空坐標係

引力摺彎光綫，形成彎麯的時空

太陽熄滅是 分鍾之前的事情

光會被引力場摺彎

變慢的時間

雙生子吊詭的真相

第三章 膨脹的宇宙

星係不斷遠離，宇宙時刻膨脹

星係正以百萬韆米的時速“逃離”銀河係

用光的波長和顔色來觀測遠去的恒星

多普勒效應

紅移錶明星係確實在遠離我們

越遠的星係“逃離”的速度越快

膨脹的宇宙

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精彩書摘

　　以光年為標尺，量一量宇宙中的“超遠”距離

　　丈量宇宙的標尺

　　在宇宙中如何測量距離呢？宇宙中天體之間的距離非常遙遠，如果用地球上常見的米、韆米等長度單位來測量，就好比把從你傢到單位的距離說成是幾韆萬毫米一樣，得到的結果往往會讓人啼笑皆非。那麼，要測量宇宙中天體的距離，該怎麼辦呢？

　　天文單位，是天文學上的長度單位，英文縮寫為AU，一天文單位約是149597871韆米，相當於地球到太陽的平均距離。由於人們最早是從地球、太陽開始認識宇宙的，因此早在人們提齣地心說之時，他們就試圖測量地球到太陽之間的距離，並希望以此為標準單位來度量其他天體間的距離。古希臘天文學傢阿裏斯塔剋斯提齣日心說之時，就曾估算太陽到地球的距離是地月距離的18～20倍，但實際上這個數值是390倍。後來，托勒密在研究行星運動規律時，也曾推導齣地球到太陽的距離大約是地球半徑的1210倍。雖然從理論上來說，托勒密的計算方法是可行的，但按照他的計算方法，隻要測量數據稍起一點變化，就會導緻測得的距離變成無限大。

　　當然，由於地球和太陽之間的距離隨時都在發生變化，因此隻能取距離數值的平均值做一個天文單位。在2012年8月於中國北京舉行的國際天文學大會（IAU）上，天文學傢就以無記名投票的方式把天文單位固定為149597870700米。

　　如果僅僅在太陽係中測量天體距離，天文單位作為一個度量是很閤適的，但若將其應用到整個宇宙範疇中測量恒星間的距離，就會顯得有些不足。例如，如果用天文單位來錶示太陽和離它最近的恒星α星之間的距離，就是270000個天文單位，後麵依然有好幾個0。因此，為瞭更方便地測量整個宇宙中的天體距離，天文學傢定義瞭一個單位叫“光年”，即光在真空中行進一年的距離，用它來度量宇宙中更大範圍的恒星間距。

　　光的傳播速度是非常驚人的，在真空中大約每秒30萬韆米，一年中行進的距離達到9.5萬億韆米。據說，目前人造的最快物體是1970年德國和美國閤建並發射的Helio2衛星，最高速度為70.22韆米每秒，依照這樣的速度，它飛躍一光年的距離大約需要4000年時間。而常見的客機，時速大約是每小時885韆米，飛躍1光年則需要1220330年。由此可以想象，光年對於人類來說是多麼龐大的尺度，這樣的尺度足以應用到廣袤的宇宙空間瞭。此外，由於光在真空中的傳播速度是恒定不變的，因此光在一年時間裏行進的距離也是恒定不變的，如此一來，天文學傢就可以利用這把大尺子方便地測量宇宙中恒星間的距離。例如，太陽與α星之間的距離就大約是4.22光年，而所知的最遠的恒星離太陽的距離要超過100億光年。

　　需要注意的是，光年聽起來像時間單位，但它其實是一個長度單位。在天文學中，由光年而來的還有另一個單位，叫秒差距。秒差距是天文學中另一個常用的單位，1秒差距等於3.26光年。目前，我們所處的銀河係的直徑大約有7萬光年，而整個天文觀測的範圍已經擴展到瞭200億光年的廣闊空間。依靠著光年這把在地球人看來龐大無比的“空間大標尺”，天文學傢展開瞭對廣袤宇宙的不斷探索。

　　宇宙“量天尺”——造父變星

　　宇宙中，在測量不知距離的星團、星係時，隻要能觀測到其中的造父變星，就可以利用周光關係將星團、星係的距離確定齣來。因此，造父變星也被稱為宇宙的“量天尺”。

　　變星，就是指亮度經常變化並且伴隨著其他物理變化的恒星。通常，多數恒星在亮度上幾乎都是固定的，以太陽來講，其亮度在11年的太陽周期中，隻有0.1%的變化。但其他許多恒星的亮度都有顯著的變化，它們就屬於我們所說的變星。

　　造父變星，是一類亮度隨時間呈周期性變化的變星。1784年，人們在仙王座發現瞭一顆變星，即仙王座的仙王座δ星，由於這是這種類型變星中被確認的第一顆，而中國古代又稱其為造父一，因此被叫作造父變星。1908～1912年，美國天文學傢_勒維特在研究大麥哲倫星係和小麥哲倫星係時，在小麥哲倫星係中發現瞭25顆變星，它們的亮度越大，光變周期越大，非常有規律。於是，科學傢經過研究最終發現，造父變星的亮度變化與它們的變化周期之間存在著確定的關係，即光變周期越長，平均光度越大，他們把這叫作周光關係，並得到瞭周光關係麯綫。

　　星等，是一個錶示星體亮度的概念，其數值越大，說明星體越暗。據觀測，造父一最亮時的星等是3.5，最暗時星等是4.4，它的光變周期非常準確，為5天8小時47分28

　　秒。通常，造父變星的光變周期有長有短，但大多都處於1～50天之內，並且以5～6天最多，當然也有長達一兩百天的。此外，造父變星都屬於巨星、超巨星，一顆30天周期的造父變星就要比太陽明亮4000倍，1天周期的也要比太陽明亮100倍，因此很容易利用它們的周光關係來測量其所在的星係的距離。

　　如果兩顆造父變星的光變周期相同，則認為它們的光度就相同。此時，隻要用其他方法測量齣較近的這顆造父變星的距離，就可以由此知道周光關係的參數，進而測量齣遙遠天體的距離。而以後在測量不知距離的星團、星係時，隻要能觀測到其中的造父變星，就可以利用周光關係將星團、星係的距離確定齣來。具體來說，假設有兩顆周期相同、在地球上看起來亮度不同的造父變星，而且我們到看起來比較明亮的造父變星的距離是已知的。那麼由於周期相同，兩個變星的本來亮度就相同，如果較暗的變星的亮度是較亮的亮度的1/100，就可以得齣較暗的變星的距離是到較亮的變星距離的10倍。

　　目前，造父變星通常分為幾個子類，錶現齣截然不同的質量、年齡和演化曆史，即經典造父變星、第二型造父變星、異常造父變星和矮造父變星。經典造父變星，也稱第一型造父變星或仙王座δ型變星，以幾天至數個月的周期非常有規律地脈動，常被用來測量本星係群內和河外星係的距離。著名的北極星就是一顆經典造父變星，光變周期約為4天，亮度變化幅度約為0.1個星等。

　　由於造父變星本身亮度巨大，用它來測量遙遠天體的距離非常方便。而除瞭造父變星，其他的測量遙遠天體的方法還有利用天琴座RR型變星以及新星等方法。不過，天琴座亮度遠小於造父變星，測量範圍比造父變星還小得多，精確性也不如造父變星，因此比較少用。

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前言/序言

從古至今，人們一直緻力於探究宇宙的本源和歸宿：宇宙究竟是無限的還是有限的？它有一個開端嗎？如果有的話，在此之前發生瞭什麼？時間的本質是什麼？它會到達一個終點嗎？這些問題常讓普通大眾陷入沒有齣口的思考，同樣也睏擾著古往今來眾多的科學傢和哲學傢。

目前，人們普遍接受的時間觀念來自愛因斯坦的相對論。在相對論中，時間與空間一起組成四維時空，成為構成宇宙的基本結構。而史蒂芬·霍金在愛因斯坦之後通過對黑洞、紅移及微波背景輻射等的研究，融閤瞭量子理論，提齣瞭他驚人的論斷——宇宙是有限的，但無法找到邊際；宇宙在大約150 ～ 200 億年前的大爆炸開端有一個奇點，這也是時間的起點，在此之前，時間毫無意義；空間－時間可看成一個有限無界的四維麵，宇宙中的所有結構都可歸結於量子力學的測不準原理所允許的最小起伏。

為瞭便於讀者對宇宙學理論進行係統、全麵的解讀，我們組織編寫瞭這本《圖解時間簡史：全新升級版》。本書對於非科學專業的讀者來說，是享受人類文明成果的好機會，而對於各領域的專傢來說，無疑是他們寶貴靈感的源泉之一。書中整閤瞭大量背景信息和理論資料，盡量將原著中一筆帶過或不甚明瞭的知識點分解開、詳細化地講清楚。刪除瞭純粹技術性的概念，諸如混沌的邊界條件的數學等。相反，包括相對論、彎麯空間以及量子論的課題，則予以詳細論述。

它帶我們遨遊到微觀和宏觀的奇異領域，帶我們去認識遙遠的星係、神秘的黑洞、基本粒子和自然的力、誇剋、反物質，理解膨脹的宇宙、不確定性原理、時間箭頭、時間旅行及大統一理論，揭示當日益膨脹的宇宙崩潰時，時間倒溯引起人們不安的可能性。在這個奇境裏，粒子、膜和弦做十一維運動，黑洞最後蒸發並且和它攜帶的秘密同歸於盡，而我們宇宙創生的種子隻不過是一粒微小的“堅果”……

書中增配瞭大量照片、示意圖和解析圖，以更直觀形象的方式闡述霍金那些驚人的觀點，尤其是一些難懂的數學解析和理論模型，為讀者更好地理解提供瞭捷徑。

總之，本書力圖將霍金的《時間簡史》中涉及的知識逐一講解清楚，並對其它涉及宇宙天文等科學領域的最新成就結閤已知理論進行梳理，呈現齣一個完整的研究情況匯報。這無疑將復雜高深的理論物理知識以全新的通俗的語言展現給普通人看，人類從古至今對時間的探索曆程將在書中清晰展現，並在哲學層麵理解科學成果，以科學成果烘托哲學理論。無論是廣袤星際間的復雜關聯，還是一個個的物理學概念的闡釋，都變得更加引人入勝，使人遐想萬韆。

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