追踪引力波 寻找时空的涟漪 pdf epub mobi txt 电子书 下载 在线阅读 2026

编辑推荐

从引力看宇宙，从引力波看相对论的前世今生。
展现全球科学家从构思到实现宏伟太空计划的智慧与勇气，细述人类探求宇宙“涟漪”的非凡历程。
欧洲eLISA探测器和“普朗克”卫星项目主要参与者讲述学界逸闻趣事，带领大家展望未来的天文学。
中国科学院高能物理研究所张双南教授推荐。

海报：

内容简介

《追踪引力波 寻找时空的涟漪 》以浅显易懂的物理学和天文学知识为起点，详细讲述了引力的奥秘，阐释了引力波及其发现对物理学和天文学发展的深刻意义，介绍了在全球范围内，人们为探索引力波而创造的全新尖端技术。

作者简介

皮埃尔·比奈托利（Pierre Binétruy），法国物理学家，巴黎狄德罗大学物理学教授，天文粒子物理学与天文学实验室（APC）主任，研究领域涉及高能物理学、宇宙引力、暗物质、宇宙膨胀模型和宇宙微波背景辐射，欧洲航天局eLISA探测器和“普朗克”卫星项目主要参与者。

目录

第一章　引力，未知的力量　1
引力是什么　1
伽利略与自由落体运动的普适性　3
牛顿和月亮的下落　7
爱因斯坦与时空　9
爱因斯坦的电梯　12
焦点I　引力实验　15
第二章　广义相对论：从引力理论到宇宙理论　19
爱因斯坦方程组　19
当光勾勒出时空　21
宇宙会收缩到我们星系吗？　23
膨胀的宇宙　24
大爆炸模型　30
焦点II　光的历史　32
第三章　观测宇宙　38
通往过去之路　40
星系、星系团、暗物质　45
复合与宇宙背景　48
焦点III　从仙女座星系看宇宙　52
第四章　两个无穷：可调解，不可调解？　56
元素合成　59
相变　63
量子真空与希格斯场　64
反物质之谜　67
普朗克尺度与量子引力：连接无穷大与无穷小？　68
帕斯卡的“两个无穷”　70
焦点IV　大爆炸　72
第五章　宇宙最初的时刻：从膨胀到第一缕光　76
视界问题　77
开放、闭合、平坦？　79
暴胀时期　82
宇宙微波背景各向异性　85
焦点V　“普朗克”卫星　90
第六章　暗能量与量子真空　95
测量宇宙的烛光　96
暗能量，只是一句漂亮话？　100
暗能量是量子真空能量吗？　106
“存在”问题　108
焦点VI　量子真空，如何（自我）描述？　110
第七章　黑暗的教训：黑洞　115
恒星之死　117
黑洞和星系　122
令人困惑的黑洞　123
宇宙的引力实验室　126
焦点VII　视界　130
第八章　引力波登场　135
曲率的波动　136
引力波是否存在？　138
光速传播　140
双人舞　144
如何找出引力波？　148
精确计量与干涉度量学　148
多大的探测器？　151
准备测量引力波的干涉仪　152
焦点VIII　追踪引力波的百年之路　157
第九章　我们做到了！　161
13亿年前　161
GW150914　165
空间天线——“引力宇宙”的天文台　167
空间天线可探测的科学　171
当宇宙仍然不透光的时候……　174
原始引力波与宇宙暴胀　176
焦点IX　eLISA计划　178
第十章　通往怎样的未来？　183
预测宇宙的未来？　184
时间的终结？　186
观测者的位置　187
未来20年将是引力的时代吗？　188
焦点X　时间问题　191
词汇解释　195
词汇索引　208
人名索引　210

宇宙的低语：暗物质、暗能量与时空织锦的奥秘 在浩瀚无垠的宇宙深处，存在着我们尚未完全理解的神秘力量，它们如同无形的双手，塑造着星系的诞生与演化，决定着宇宙的命运。本书将带您踏上一段非凡的探索之旅，深入解析暗物质和暗能量这两大宇宙巨擘的奥秘，并揭示它们如何共同编织着我们所感知到的时空织锦。 第一章：暗物质的幽灵——不可见的宇宙骨架 当我们仰望星空，看到的星系、恒星和行星，仅仅是宇宙的冰山一角。科学家们早已发现，宇宙的可见物质只占了总质量能量的不到5%。那么，剩下的95%去了哪里？其中约27%被认为是暗物质。 暗物质，顾名思义，它不发光，也不与电磁波相互作用，因此我们无法直接看到它。但它并非虚无，而是具有引力的物质。它的存在，是通过其对可见物质产生的引力效应间接推断出来的。例如，星系旋转的速度远超我们根据可见物质计算出的预期，这表明星系内部和周围存在着大量的不可见物质，它们提供了额外的引力，将星系束缚在一起。同样，星系团中星系运动的速度，以及星系团中的高温气体分布，也无不指向暗物质的存在。 暗物质的性质至今仍是一个巨大的谜团。它究竟是由什么粒子组成的？是全新的基本粒子，还是我们已知粒子家族的变种？目前，科学家们提出了多种理论模型，其中最受关注的是“弱相互作用大质量粒子”（WIMP）理论。这些设想中的粒子，质量较大，并且只会与普通物质发生微弱的相互作用，这恰好符合暗物质的观测特征。 为了探测这些幽灵般的粒子，全球各地的科学家们正不遗余力地进行实验。这些实验遍布地下深处，以屏蔽宇宙射线和其他干扰，利用极其灵敏的探测器，捕捉可能与暗物质粒子发生的极其罕见的碰撞。尽管目前尚未有直接的证据确凿地证明某种粒子就是暗物质，但每一次实验的进展，都在一步步缩小可能性范围，向着解开这个宇宙最深刻的谜团迈进。 本书将详细介绍暗物质的各种间接证据，回顾科学家们为寻找它所付出的努力，并探讨几种主流的暗物质候选粒子及其探测方法。我们将一同审视那些来自宇宙深处的“幽灵”，理解它们如何在看不见的领域构建起宇宙的宏大结构。 第二章：暗能量的扩张——加速膨胀的宇宙之谜 如果说暗物质是宇宙的“骨架”，那么暗能量则是驱动宇宙加速膨胀的“引擎”。上世纪90年代末，天文学家通过观测遥远超新星的亮度，意外地发现了宇宙正在加速膨胀这一惊人事实。这一发现颠覆了人们长期以来对宇宙演化的认知。 根据爱因斯坦的广义相对论，宇宙中的物质和能量会相互吸引，导致膨胀减缓。然而，观测结果却恰恰相反，宇宙膨胀的速度正在加快，这意味着存在着一种神秘的斥力，它正在将宇宙推向更广阔的未知。这种神秘的斥力，就被命名为暗能量。 暗能量在宇宙中的占比最高，据估计约为68%。它的性质比暗物质更加难以捉摸。目前，最流行的理论是“宇宙学常数”模型，它认为暗能量是一种遍布整个宇宙的固有能量，其密度保持不变。另一种可能性是“精质”（Quintessence）模型，它设想暗能量是一种动态的能量场，其密度会随时间变化。 暗能量的存在，不仅解释了宇宙的加速膨胀，还对宇宙的最终命运产生了深远的影响。如果暗能量的密度保持不变，宇宙将永远膨胀下去，星系将彼此远离，最终陷入“热寂”。如果暗能量的密度会增加，那么宇宙可能会面临“大撕裂”，时空结构本身都可能被撕裂。 本书将深入浅出地介绍暗能量的发现过程，解析支持暗能量存在的观测证据，并探讨几种主要的暗能量模型。我们将一同思考，是什么在驱动着宇宙的加速扩张？它又将把我们带向何方？ 第三章：时空织锦的编织者——引力与宇宙的相互作用 暗物质和暗能量并非孤立存在，它们与我们熟悉的物质和能量一样，都受到引力的支配，并共同塑造着宇宙的时空织锦。爱因斯坦的广义相对论将引力描述为时空的弯曲。大质量的物体会使周围的时空发生扭曲，而其他物体则沿着弯曲的时空路径运动，这就是我们所感受到的引力。 暗物质巨大的引力效应，使得它成为构建星系和星系团的关键“粘合剂”。它聚集在星系晕中，为星系提供了一个稳定的引力框架，使得恒星能够稳定地围绕星系中心旋转。在宇宙的大尺度结构中，暗物质更是扮演了“种子”的角色，它率先形成引力势阱，吸引普通物质聚集，最终形成了我们今天看到的星系和星系团。 而暗能量，则似乎在以一种与引力相反的方式作用着。它并非直接弯曲时空，而是以一种“负压”的形式，抵抗着引力对时空的收缩作用，从而导致了时空的膨胀。这种拉扯与挤压的博弈，正是宇宙动力学的核心。 本书将结合广义相对论的原理，阐述暗物质和暗能量如何通过引力与时空发生作用。我们将看到，宇宙并非由零散的物质构成，而是一个由物质、能量和时空相互交织而成的动态整体。 第四章：宇宙的演化与未来——从大爆炸到热寂的宏大叙事 宇宙并非永恒不变，它有着自己的生命周期。从炙热致密的奇点开始，宇宙经历了漫长的膨胀和冷却，物质开始聚集，形成了恒星、星系，并不断演化。暗物质在这一过程中起到了至关重要的结构形成作用，它引导着可见物质的聚集，加速了宇宙结构的形成。 而暗能量，在宇宙早期，其密度相对较低，引力的作用更为显著。但随着宇宙的膨胀，暗能量的密度保持相对稳定，而物质的密度却不断下降。到了宇宙后期，暗能量的排斥效应逐渐占据主导，宇宙的膨胀开始加速。 理解暗物质和暗能量的性质，对于预测宇宙的未来至关重要。它们的相对比例、演化规律，将决定宇宙最终是走向无限膨胀、还是走向某种形式的收缩，或是被撕裂。 本书将带领您回顾宇宙的宏大演化历程，从大爆炸的黎明，到星系的诞生，再到宇宙加速膨胀的当下。我们将一同探讨，在暗物质和暗能量的共同作用下，宇宙的未来将走向何方。 结语：探索未知的边界 暗物质和暗能量，是当代宇宙学面临的两大未解之谜。它们的存在，不仅挑战着我们现有的物理学理论，也驱动着人类不断探索宇宙的边界。每一次新的观测数据，每一次成功的实验，都可能为我们揭示宇宙更深层的秘密。 本书的目的，并非提供最终的答案，而是邀请您加入这场激动人心的科学探索之旅。我们将一同学习、思考、质疑，并被宇宙的宏伟与神秘所深深吸引。让我们怀揣着对未知的好奇，一同聆听宇宙深处的低语，感受那正在编织着我们所处时空的那张无形而强大的织锦。