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作者:《走进科学》丛书编委会

出品人:

页数:96

译者:

出版时间:2007-8

价格:26.80元

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isbn号码:9787110065082

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探寻宇宙的奥秘：一部关于天文、物理与前沿科技的深度探索 图书名称：星辰大海的低语 内容简介： 《星辰大海的低语》并非一部面向入门读者的科普读物，它更像是一份献给对宇宙深处抱有无限好奇心、并愿意投入时间理解复杂概念的探索者的邀请函。本书旨在打破学科壁垒，将宏大的宇宙图景与微观世界的精妙规律编织在一起，带领读者深入当代物理学和天文学最前沿的议题，探讨人类认知的边界与未来的可能。 全书共分为四个主要部分，每一部分都围绕一个核心主题展开，辅以详实的数学模型（仅作概念阐述，不涉及复杂推导）和最新的实验证据。 --- 第一部分：时空几何的重塑——广义相对论的残响与黑洞的边界 本部分聚焦于爱因斯坦广义相对论在极端条件下的应用与挑战。我们不再仅仅停留在“引力是时空弯曲”的表层理解，而是深入探讨黎曼几何在描述引力场中的核心作用。 1. 奇点的悖论与信息之谜： 我们将详细剖析史瓦西半径的物理意义，并深入探讨霍金辐射的量子场论基础。黑洞内部的奇点是否真的存在？它是否是现有物理定律失效的标志？本书将梳理彭罗斯的奇点定理，并对比“火墙悖论”与“柔和下降”等前沿假说，试图理解信息在落入黑洞后是遵循幺正性（Unitarity）还是被不可逆转地抹除。 2. 引力波天文学的曙光： 继LIGO的成功探测之后，引力波已成为我们观测宇宙的“新感官”。本书将回顾从泰勒-霍尔斯对PSR B1913+16的观测到GW150914的精确匹配过程。重点将放在对双中子星并合（Kilonovae）的电磁对应体分析上，这不仅验证了爱因斯坦方程的精确性，更为重元素的起源提供了直接证据。我们将探讨未来LISA（激光干涉空间天线）将如何捕捉超大质量黑洞的合并信号，以及这对早期宇宙结构的意义。 3. 修正引力理论的尝试： 尽管广义相对论在太阳系内表现完美，但在宇宙学尺度上，暗能量和暗物质的存在迫使我们思考。本书将介绍如$f(R)$引力、张量-矢量-标量（TeVeS）理论等尝试修正引力几何本身，以期摆脱对“暗成分”的依赖。我们将分析这些修改如何影响爱丁顿比率和引力传播的速度。 --- 第二部分：物质的终极构成——标准模型之外的粒子猎场 本部分将带领读者走出描述可见物质的粒子物理标准模型，探索其未解的谜团，并追溯夸克与轻子之外的潜在领域。 1. 中微子的“怪癖”： 中微子振荡现象已确凿无疑地证明了中微子具有质量，这与质量为零的初始理论相悖。本书将详细阐述三种中微子（电子型、μ子型、τ子型）之间的混合矩阵——庞蒂科夫-牧-中川-坂田（PMNS）矩阵。重点讨论“马约拉纳”还是“狄拉克”中微子，以及通过“双贝塔衰变”寻找无中微子的可能性，这关系到重元素核合成的微观过程。 2. 暗物质的粒子探寻： 暗物质占据宇宙物质总量的绝大部分，但其本质依然是未知。本书系统性地回顾了WIMPs（弱相互作用重粒子）、轴子（Axions）以及更轻的“WIMPzillas”等候选模型。我们将剖析地面上的直接探测实验（如XENONnT）如何通过探测WIMP与原子核的弹性散射来寻找信号，以及间接探测（如寻找湮灭产生的伽马射线特征谱）的局限性。 3. 超对称性的希望与失落： 尽管大型强子对撞机（LHC）尚未发现超伴侣粒子，超对称理论（SUSY）依然是解决层次问题（Hierarchy Problem）和提供暗物质候选者的优雅方案。本书将分析SUSY如何在理论上稳定希格斯玻色子的质量，并讨论当前实验结果对不同SUSY谱的限制。 --- 第三部分：宇宙学的宏大叙事——暴胀、再电离与多重宇宙的边缘 从宇宙诞生之初的瞬间，到今日星系的形成，本部分聚焦于宇宙学的核心课题。 1. 暴胀理论的检验： 宇宙暴胀理论成功解决了视界问题和平坦性问题，并预言了早期宇宙的量子涨落被放大，形成了后来的星系结构。本书深入探讨如何通过观测宇宙微波背景辐射（CMB）的偏振模式——特别是B模偏振，来寻找原始引力波的“指纹”。我们将对比普朗克卫星数据与CMB S4（下一代实验）的预期灵敏度。 2. 再电离纪元的揭秘： 在宇宙大爆炸后约38万年，宇宙冷却到可以形成中性氢原子（复合时期）。然而，第一代恒星和类星体的诞生（约数亿年后）使这些中性氢再次被电离（再电离时期）。本书将分析21厘米中性氢谱线观测（如SKA项目）如何帮助我们绘制出这一黑暗时代向光亮宇宙过渡的地图，并揭示第一批恒星（Population III Stars）的性质。 3. 多重宇宙的概念辨析： 从永恒暴胀的“泡泡宇宙”图景，到弦论景观（String Landscape）中的不同真空态，多重宇宙的概念从哲学推测逐渐进入理论物理的严肃讨论范畴。本书将审视“人择原理”在解释宇宙常数中的角色，并讨论我们是否能找到可以“穿越”或影响我们宇宙的理论信号。 --- 第四部分：计算的极限与未来的认知工具 最后一部分，本书将目光投向人类认知工具的进步，特别是量子信息学对物理学研究方法的颠覆性影响。 1. 量子计算的物理学应用： 量子计算机并非只是更快的经典计算机。它在模拟量子系统方面具有指数级的优势。我们将讨论费曼最初提出量子模拟器的动机，以及Shor算法和Grover算法之外，量子计算机如何能精确模拟复杂的多体量子系统（如高温超导体的哈密顿量），这是经典计算机无法企及的。 2. 量子纠缠与时空结构： 现代理论物理的一个令人震惊的发现是量子纠缠与时空几何之间存在深刻的联系（ER=EPR猜想）。本书将解释如何利用张量网络和AdS/CFT对应关系来理解纠缠如何“编织”出时空结构，这暗示了引力可能是一种涌现现象（Emergent Phenomenon），而非基本定律。 3. 复杂系统与信息论在宇宙学中的角色： 宇宙的演化可以被视为一个巨大的信息处理过程。我们将探讨熵（Entropy）在黑洞热力学和宇宙膨胀中的作用，并引入信息论工具来量化宇宙演化的“复杂度”，思考信息守恒在宇宙学终极命运中的地位。 通过这四个部分的深入探讨，《星辰大海的低语》旨在提供一个多维度的视角，引导读者理解当前物理学面临的最尖锐问题，以及科学家们为寻求统一理论所付出的不懈努力。本书的深度要求读者具备一定的物理学背景，但它承诺的回报，是对宇宙运行机制更深刻、更具批判性的洞察。

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这本横空出世的读物，简直是为我这种对世界万物抱持着永无止境好奇心的“老顽童”量身定做的！它没有故作高深的学术腔调，文字的流畅度和亲切感，就像邻家学识渊博的长者，带着你漫步在知识的海洋里，每一个章节都像是一个精心布置的展台，陈列着令人拍案叫绝的奇观。我尤其欣赏作者在阐述那些看似晦涩难懂的自然现象时，那种化繁为简的魔力。比如，它对光合作用的描述，绝不是枯燥的化学方程式堆砌，而是描绘了一幅生动的“阳光工厂”的蓝图，让你仿佛能闻到叶片中释放出的氧气味道。再比如，谈及地质变迁，它没有止步于岩石的年代测定，而是用拟人的手法，赋予了板块运动以“史诗般的迁徙”的画面感，让人深刻体会到地球的呼吸与脉动。这本书的价值在于，它成功地搭建了一座桥梁，连接了严肃的科学事实与大众的日常认知，让科学不再是实验室里的冰冷数据，而是触手可及的、充满生命力的探索之旅。翻阅它，常常让我产生一种强烈的冲动，想要立刻起身，走到户外，去验证书中所描述的那些神奇的自然规律。

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这本书带给我的冲击，更多是认知层面的颠覆和思维模式的重塑。它巧妙地挑战了许多我们习以为常的“常识”，让你开始对那些被我们视为理所当然的事物产生怀疑和探究的欲望。我记得有部分内容专门剖析了人类感知的局限性，那一段读完后，我竟然开始怀疑自己眼前的颜色是否真的如我所见的那样“真实”。作者不是简单地给出答案，而是像一个高明的引路人，在你面前设置了一个又一个的认知陷阱，逼迫你去用更深、更广的视角去审视世界。这种被“激活”的求知欲，是任何其他娱乐性读物都无法比拟的。它让我意识到，我们生活在一个远比想象中更复杂、更精妙的系统之中，每一个看似微小的事件背后，都可能隐藏着令人震撼的物理或生物学原理。这本书的厉害之处，就在于它能让你从“知道”科学，转变为“理解”科学，甚至到“敬畏”科学。

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如果非要用一个比喻来形容这本书带给我的阅读体验，那它就像是一架性能卓越的望远镜，但它观察的不是遥远的星空，而是我们脚下的这片土地和我们自身的构造。它的叙事结构，并非是线性的，而是呈现出一种精妙的网状结构，一个知识点会自然而然地引申出另一个看似无关，实则紧密相连的领域。这种探索的连贯性极佳，你常常会在阅读某一章节时，不自觉地联想到之前读到的某个案例，然后恍然大悟。此外，书中对不同科学分支之间的交叉融合也有独到的见解，比如如何运用数学建模来预测生物进化，或者如何从物理学的角度去解释某些心理现象。这极大地拓宽了我的知识边界，让我不再局限于单一学科的视角看问题。它成功地塑造了一种跨学科的思维习惯，这比记住任何一个具体的科学事实都要宝贵得多，绝对是值得反复品读，并时常翻阅的经典之作。

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这本书的魅力还在于它展现了科学探索的“人性”一面。它没有将科学家塑造成不食人间烟火的圣贤，而是真实地记录了他们在研究过程中所遭遇的挫折、付出的努力，以及那些灵光乍现的瞬间。通过这些生动的侧写，我看到了科学精神的核心——那种永不言弃的韧劲和对真理近乎偏执的追求。比如，书中对某项重大发现背后那些“走弯路”的研究历程的描述，让我深有感触，原来伟大的突破往往是在无数次失败的灰烬中涅槃重生的。这种叙事方式极大地拉近了科学与读者的距离，让人感到亲切，也激发了年轻人投身科研的热情。它传递出的信息是积极且充满力量的：科学不是高冷的殿堂，而是充满汗水、智慧和人文关怀的实践活动。每次读完这些故事，我都会感到一股暖流涌上心头，对那些默默耕耘在科研前线的人们，油然而生一种深深的敬意。

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说实话，刚拿到手时，我对这种“科普”题材总是持保留态度的，总担心会陷入那种为了吸引眼球而编造的耸人听闻的故事里。然而，这本书彻底颠覆了我的预期。它的严谨性是毋庸置疑的，每一个论点都有扎实的观察和无可辩驳的逻辑支撑，但它的表达方式却充满了艺术家的细腻。它探讨的议题之广，简直令人咋舌，从微观的量子纠缠到宏观的宇宙结构，似乎无所不包，但神奇的是，它没有给人一种“贪多嚼不烂”的压迫感。作者的叙事节奏掌控得炉火纯青，时而紧凑如追击猎物，让你屏息凝神；时而舒缓如湖边垂钓，给予足够的思考空间。我个人对其中关于复杂系统如何自组织成有序结构的那几章情有独钟，那种从混沌中诞生秩序的壮美感，读来令人热血沸腾。这本书的排版设计也值得称赞，清晰的图表和恰到好处的留白，让阅读过程本身就成了一种享受，减少了视觉疲劳，纯粹地沉浸在知识构建的世界里。

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