宇宙鸡尾酒 揭开暗物质的神秘面纱 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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[美] 凯瑟琳·弗里兹（Katherine·Freese） 著，黄珏萍 译

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• 暗物质
• 宇宙学
• 天文学
• 物理学
• 科普
• 科学前沿
• 宇宙奥秘
• 粒子物理
• 天体物理
• 科学普及

出版社： 人民邮电出版社

ISBN：9787115394583

版次：1

商品编码：11711358

包装：平装

开本：16开

出版时间：2015-07-01

用纸：胶版纸

页数：246

正文语种：中文

编辑推荐

诺贝尔物理学奖得主布莱恩·施密特，全球天文爱好者熟知的天文学家、科普传播者奈尔·德葛拉司·泰森等多位科学家联袂推荐

《华盛顿邮报》《泰晤士报》《自然》《新科学家》等多家专业媒体合力推荐

探究“宇宙由什么构成”精彩有趣的科普书

揭开暗物质与暗能量的神秘面纱

内容简介

构成已知宇宙的普通原子只占宇宙中所有物质和能量的5%，其余便是暗物质和暗能量。《宇宙鸡尾酒》试图解答现代科学吸引人的谜题——宇宙是由什么组成的，神秘的暗物质的特性是什么。
讲述故事的人是当今暗物质研究领域中首屈一指的先驱者——广受赞誉的理论物理学家凯瑟琳·弗里兹。在《宇宙鸡尾酒：揭开暗物质的神秘面纱》中，她将前沿的科学与自己的见解融合在一起，描述了对暗物质的探索，详细讲解了卓有远见的科学家们的发现，并分析了来自地下实验室、太空卫星和大型强子对撞机的大量数据。其中，针对在我们毫察觉的情况下经过我们身边的弱相互作用大质量粒子，弗里兹重点描述了科学界那些非同凡响的重要人物的研究以及不同科研见解间的竞争。

作者简介

作为密歇根大学的一名天体物理学教授，她已是世界暗物质研究领域的专家。同时，她还在瑞典斯德哥尔摩的理论物理学研究所Nordita担任了3年主管，一直致力于粒子物理学与天体物理学。

这位脑子里装满方程式的科学家一直在宇宙初年的黑暗角落里不懈探索，找到了一个独特的视角，颠覆了天体物理学家们此前一贯的看法。

内页插图

精彩书评

弗里兹向我们讲述了她个人的研究故事，结合粒子物理学和天文学的世界一起揭开构成宇宙鸡尾酒的神秘成分，我们将其称为我们的宇宙。
——布莱恩·施密特（Brian Schmidt）,2011年诺贝尔物理学奖得主

在《宇宙鸡尾酒》中，弗里兹教授用“我”的视角讲述了一个有关宇宙学家的精彩故事。引人入胜的配方吗？一部分回忆，一部分教程以及一部分评论。
——奈尔·德葛拉司·泰森（Neil deGrasse Tyson），天文学家，
现任罗斯地球与太空中心海顿天象馆弗雷德里克·罗斯馆长

作为探索暗物质的先驱之一，弗里兹将人类探索宇宙的历史与她的个人冒险故事编织在一起，向人们传达了宇宙学是一门优雅的基础科学，并展示了当科学家有所发现时的那种兴奋。
——戴维·斯伯格（David Spergel），普林斯顿大学宇宙学家，
2014年英国《自然》杂志年度人物

由于凯瑟琳一直是暗物质探索领域的主场作战队员，相信我，从暗物质“猎人”的角度，《宇宙鸡尾酒》中将有很多内幕。
——丹·胡博（Dan Hooper）,《黑暗宇宙：寻找我们宇宙中失踪的物质与能量》作者

过着如散文般的人生，凯瑟琳永远不会让你感觉无聊。对于那些已经在实验室里待了太久而忘了初衷的家伙与好奇心旺盛的人，《宇宙鸡尾酒》无疑是能满足求知欲的好书。
——弗朗西斯·哈尔曾（Francis Halzen），天体物理学家，《自然》主编

弗里兹讲述了她与宇宙同步的人生轨迹。如果你想成为一名物理学家，当然这肯定不容易，但你一定能从《宇宙鸡尾酒》中得到激励与启发。
——《华盛顿邮报》

这是一部重要的、发人深省的书。
——《金融时报》

《宇宙鸡尾酒》有两点非常吸引人，一是让我们了解了当下时兴的科学的一线工作，二是看凯瑟琳如何成为了一位出色的女性物理学家，没有比其更令人兴奋的内容了！
——《泰晤士报》

物理学家凯瑟琳·弗里兹用她在探索宇宙奥秘时的冒险酿造了一杯神秘的鸡尾酒。为什么市面上总是缺乏这样精彩的科普作品？实话说，很少有科学家对向大众传播感兴趣，或者就算大家抱着极大的热情却缺乏讲故事的技巧。非常幸运，《宇宙鸡尾酒》是个例外！不仅内容前沿，而且能在字里行间感受作者的热情。
——《新科学家》

弗里兹在暗物质方面的广泛研究、她对其他一线科学家见解的了解以及她的写作风格，让《宇宙鸡尾酒》可读性非常强。
——《The Space Review》

如果你想提升自己对宇宙的理解，没有比这本书更合适的了。
——《BBC聚焦》

弗里兹将科学见解与个人生活交织，沿着暗物质探索的主题，提供了一个有价值、易于理解、前沿的概述。
——《今日物理》

目录

目 录


第1章 粒子宇宙学的黄金时期，我如何加入了芝加哥帮
纽约市
费米加速器实验室：大草原中的核粒子加速器
芝加哥：宇宙学的新思潮
暗物质：黑暗之谜
哈佛的弱相互作用大质量粒子研究

第2章 宇宙学家如何知道了暗物质的存在：暗物质故事的开端
星系看起来是什么样的
暗物质的观察证据
星系与星系团的形成
暗物质占主导

第3章 宏观视角的宇宙：爱因斯坦与大爆炸
宇宙几何学
宇宙微波背景
外太空与瑞典王后
宇宙的饼图

第4章 大爆炸的核合成证明原子物质只占宇宙的5%
关于大爆炸核合成的故事
早期宇宙中的粒子：原始汤
元素的起源
原子仅占宇宙的5%

第5章 什么是暗物质
岩石与灰尘
物质与反物质
中微子
晕族大质量致密天体
黑洞
粒子动物园
弱相互作用大质量粒子奇迹
超对称人体中的弱相互作用大质量粒子与网球比赛

第6章 希格斯玻色子的发现
核粒子加速器：大型强子对撞机
欧洲核研究组织
希格斯粒子的发现

第7章 对暗物质粒子的实验室捕捉
搜寻暗物质的三把叉子
在欧洲核研究组织核粒子加速器中的暗物质：遗失的能量加喷射流
欧洲核子研究委员会为社会做了什么
大型强子对撞机会造成世界末日吗
直接探测：废弃的矿井、在高山中修建的隧道以及耶路撒冷的夜总会
间接探测：发生在太空和南极的湮灭

第8章 各种探测发现：它们是真的吗
地下实验室中的直接探测
弱相互作用大质量粒子湮灭的间接探测：正电子、中微子和γ射线
暗物质实验的未来

第9章 暗能量及宇宙的未来
完善宇宙：IA型超新星和暗能量
宇宙的未来
本轮
结束语

后记 暗星

前言/序言

《星际迷航：穿越虫洞的奥德赛》 内容简介 欢迎踏入一个超越我们现有物理学框架的宏大叙事。这不是一本关于遥远星系或熟悉的行星的旅行指南，而是一次深入宇宙结构本质的史诗级探索。本书将带领读者进行一场精神上的星际远航，穿越那些理论上存在，但尚未被证实为实的时空褶皱——虫洞。 本书的核心，在于对“虫洞”这一概念的深入剖析及其在现代物理学，特别是广义相对论框架下的理论构建。我们并非停留在科幻小说的表面描绘，而是要探究支撑这些理论的数学基础与哲学意义。想象一下，一个连接宇宙中两个遥远点，甚至可能连接不同宇宙的捷径。虫洞，这种理论上的“时空隧道”，是人类对空间和时间本质最富有想象力，也最严谨的探索之一。 第一部分：时空几何的边界 我们将从爱因斯坦的广义相对论入手，这是理解虫洞的基石。广义相对论将引力描述为时空的弯曲，而虫洞，本质上就是时空被极端扭曲所形成的一种拓扑结构。书中将详细阐述爱因斯坦场方程如何允许这种极端的几何存在，并引入黎曼几何的概念，帮助读者理解“弯曲空间”并非抽象的比喻，而是可以被量化的数学现实。 然而，理论上的存在并不意味着现实中的可行。本书会聚焦于“可穿越虫洞”所面临的巨大障碍——负能量密度。我们将剖析量子场论中的卡西米尔效应等现象，探讨负能量在理论物理中的地位，以及它如何被设想用来“撑开”虫洞的喉咙，防止其在光速跨越瞬间崩塌。这一部分将是硬核物理与前沿推测的交汇点，需要读者具备一定的代数和空间想象能力。 第二部分：理论的导航图谱 在详细分析了虫洞的结构后，我们将进入构建不同类型虫洞的“蓝图”阶段。这不仅仅是关于理论的罗列，而是对不同科学假设及其潜在工程难点的评估。 我们将考察爱因斯坦-罗森桥（Einstein-Rosen bridge）的原始概念及其局限性。这种最早的虫洞模型是引力奇点的延伸，具有单向性和瞬时关闭的特性，对任何宏观物体而言都是致命的陷阱。 随后，我们会重点研究基普·索恩（Kip Thorne）及其合作者所提出的“可穿越虫洞”模型。这些模型涉及奇异物质（Exotic Matter）的使用。我们不会回避物质的本质问题，而是深入探讨：这种奇异物质如何与标准模型中的粒子和能量区分开来？它的负质量或负压力特性是如何在量子层面被调控的？这一部分的讨论将把读者带到理论物理最前沿的悬崖边，即我们对引力、量子力学和物质本质的理解的交叉点。 第三部分：时间悖论与宇宙安全 虫洞的惊人之处，在于它们不仅是空间的捷径，更有潜力成为时间的机器。一旦虫洞的两端以不同的方式经历时间膨胀（例如，一端高速移动或处于强引力场中），它们就能在理论上建立“闭合类时曲线”（Closed Timelike Curves, CTCs）。 本书将用详尽的篇幅来讨论“祖父悖论”等时间旅行的逻辑难题。我们不仅会回顾经典的哲学论证，更会引入物理学家提出的解决方案，如诺维科夫自洽性原则（Novikov Self-Consistency Principle）——该原则认为，物理定律会阻止任何可能导致时间悖论的行为发生。 同时，我们也将探讨“宇宙审查假说”（Chronology Protection Conjecture），史蒂芬·霍金提出的这一假说认为，自然界可能存在某种尚未被发现的物理机制，倾向于禁止时间机器的形成。这种“保护”机制，可能是量子涨落的失控，也可能是尚未被纳入我们理论框架的某种引力效应。探索这些假说，能让我们更深刻地理解宇宙运行的根本法则。 第四部分：超光速通讯与宇宙的连接 除了时间旅行，虫洞的直接应用在于超光速的物质和信息传输。在《星际迷航：穿越虫洞的奥德赛》中，我们将探讨如何在不违反狭义相对论（即信息不能以超光速传播于局部时空）的前提下，利用虫洞实现瞬间通讯。 本书将详细阐述“扭曲驱动”概念的理论基础——虽然这通常与曲速引擎（Warp Drive）相关联，但其在虫洞形成和维护中的作用至关重要。理解如何操控时空结构本身，而非仅仅加速物质，是实现星际旅行的关键。我们将评估当前技术的局限性，并展望未来几百年内，人类可能需要在哪几个基础科学领域取得突破，才能将这些理论转化为可观测的现实。 结语：未竟的旅程 本书的终点，并非是给出确切的“虫洞建造手册”，而是提出一个更深刻的问题：宇宙的结构是否允许我们超越光速的限制？我们对时空本质的理解，是否还停留在婴儿阶段？《星际迷航：穿越虫洞的奥德赛》旨在激发读者对未知领域的敬畏和探索欲，它是一封写给所有对宇宙终极秘密抱有好奇心的人的邀请函，邀请你们一起思考那些最宏伟、最难以捉摸的物理图景。在这里，想象力是受制于最严谨的数学逻辑的，而每一次思想的飞跃，都可能指向下一次伟大的物理发现。

评分☆☆☆☆☆

刚拿到这本《宇宙鸡尾酒：揭开暗物质的神秘面纱》的时候，我其实带着点儿好奇又有点儿忐忑的心情。毕竟“暗物质”这个词听起来就充满了未知和高深，我担心这本书会不会太过于专业，让我这个非科班出身的读者望而却步。然而，翻开第一页，我就被作者的笔触深深吸引了。他并没有一开始就抛出复杂的公式和晦涩的理论，而是用一种极其生动、甚至可以说是充满画面感的方式，为我们描绘了一个宇宙的宏大图景。仿佛是端起一杯精心调制的鸡尾酒，每一层口感、每一种香气都仿佛在诉说着宇宙的奥秘。他从我们熟悉的星系旋转讲起，一步步引出那不可见的“骨架”——暗物质，而这个过程就像是在剥洋葱，层层递进，让人在惊叹中欲罢不能。书中对各种天文观测手段的介绍也很有意思，比如引力透镜效应，作者将其比喻成宇宙为我们提供的“放大镜”，让我们得以窥见那些原本难以触及的角落。读到这里，我脑海里不自觉地浮现出科幻电影里的壮丽景象，但这本书却用严谨的科学事实，将这些想象变成了现实的求索。作者在叙述中穿插了许多历史故事和科学家的趣闻轶事，让原本严肃的科学讨论变得鲜活有趣，仿佛置身于一个充满智慧火花的沙龙。我特别喜欢他对于“为什么我们需要暗物质”的解释，那种由现象倒推理论的逻辑链条，严丝合缝，让人不得不信服。这本书真正做到了“化繁为简”，让我这个普通读者也能领略到宇宙深邃之美，并对暗物质这个前沿领域产生浓厚的兴趣。

评分☆☆☆☆☆

第一次读到“暗物质”这个概念，还是在一些科普杂志上，当时觉得它既神秘又遥远。直到读了《宇宙鸡尾酒：揭开暗物质的神秘面纱》，我才真正体会到它的重要性和趣味性。作者的叙述方式非常独特，他没有选择生硬的理论堆砌，而是用一种讲故事的口吻，将我们带入一场波澜壮阔的宇宙探索之旅。他将暗物质比作一场精心调制的“鸡尾酒”，其中蕴含着宇宙最深层的秘密。我特别欣赏书中对宇宙大尺度结构的描述，那些由暗物质构成的“宇宙网”，就像是隐藏在黑暗中的巨大骨架，支撑着星系和星团的形成。作者在解释引力作用时，用到了“时空扭曲”这个概念，并且将其与暗物质的存在紧密联系起来，这种描述让我对宇宙的运行机制有了更直观的认识。书中还探讨了暗物质与宇宙膨胀的关系，以及它在早期宇宙形成中所扮演的角色，这些内容都极具启发性，让我对宇宙的过去、现在和未来产生了更深层次的思考。作者在文中还提及了一些前沿的探测技术，比如粒子探测器和引力波探测器，并解释了它们是如何帮助我们间接“看到”暗物质的。这种将理论与实践相结合的叙述方式，使得这本书既有科学的严谨性，又不失趣味性。总的来说，这本书让我对暗物质有了全新的认识，也激发了我对宇宙奥秘的无限遐想。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，我对物理学一直是个门外汉，所以当我看到《宇宙鸡尾酒：揭开暗物质的神秘面纱》这个书名时，内心是有那么一丝顾虑的。我担心它会充斥着我无法理解的术语和理论。但这本书完全打破了我的预设。作者以一种非常接地气的方式，将暗物质这个宏大的主题徐徐展开。他没有一上来就讲授复杂的物理方程，而是从我们最熟悉的宇宙现象入手，比如星系为什么会旋转得如此之快，如果没有某种额外的“质量”在起作用，它们早就应该分崩离析了。这种由“现象”驱动的解释方式，对我这个非专业人士来说，简直是福音。他将暗物质比作“看不见的基石”，支撑着整个宇宙的结构，这个比喻太形象了。而且，书中对暗物质的几种主流理论模型都有所介绍，并且用通俗易懂的语言解释了它们的原理和预测，让我能够对当前科学界的研究方向有一个大致的了解。我尤其喜欢作者在描述各种实验探测过程时所流露出的那种“侦探”般的严谨和细致。他会告诉你，科学家们是如何设计实验来排除干扰，如何从海量的数据中寻找蛛丝马迹，以及他们为什么会相信某个理论的可能性更大。这种对科学探索过程的呈现，比单纯的理论讲解更具吸引力。这本书让我感觉，科学并非高高在上，而是充满着人类智慧的火花和不懈的努力。

评分☆☆☆☆☆

我一直对宇宙的尽头和构成充满了好奇，尤其是在得知我们肉眼所见的物质只占宇宙很小一部分时，更是被暗物质这个概念深深吸引。《宇宙鸡尾酒：揭开暗物质的神秘面纱》这本书，可以说彻底点燃了我对这一未知领域的求知欲。作者在开篇就巧妙地引入了“鸡尾酒”这个比喻，将宇宙中各种神秘的组成部分比作不同的酒液，而暗物质，无疑是其中最浓烈、最令人捉摸不透的那一味。他没有直接灌输知识，而是通过一系列引人入胜的观察和推测，逐步引导读者去理解暗物质存在的必要性。我印象特别深刻的是关于星系碰撞的描述，那种如同鬼魅般存在的暗物质，是如何在宏大的宇宙尺度上，操纵着星系的命运，塑造着宇宙的结构，仿佛一位隐形的建筑师。书中还探讨了多种探测暗物质的方法，从地下实验室的精密仪器，到太空望远镜的敏锐目光，每一种尝试都充满了智慧和勇气。作者在介绍这些探测过程时，并没有用枯燥的数据堆砌，而是用生动的语言，将科学家们在探索过程中所面临的挑战、所经历的挫折以及最终获得的灵感，描绘得淋漓尽致。我仿佛能感受到那些在黑暗中默默工作的科学家们，他们对真理的执着追求，以及他们如何一点点地揭开宇宙的面纱。这本书让我意识到，科学的探索并非一蹴而就，而是一个漫长而充满艰辛的过程，但正是这种不懈的探索，才让我们对宇宙的认识不断深入。

评分☆☆☆☆☆

这本书最大的魅力在于它将极其复杂的科学概念，用一种极其平易近人的方式呈现出来。《宇宙鸡尾酒：揭开暗物质的神秘面纱》这本书，让我彻底改变了对“天文学”和“物理学”的刻板印象。作者的文字仿佛带着一种魔力，能够将那些抽象的理论，转化为我能够理解和想象的画面。例如，他对于暗物质如何影响光线的传播，即引力透镜效应的讲解，就做得非常到位。他没有仅仅给出公式，而是用生活中的例子，比如路面上被热气扭曲的光线，来类比宇宙中的现象，一下子就拉近了与读者的距离。读到这里，我仿佛看到了宇宙本身在“玩弄”光线，而暗物质就是那个幕后操纵者。书中对暗物质候选粒子的探讨也很有趣，作者列举了各种可能性，并分析了各自的优劣，这种严谨的论证过程，让我对科学的严谨性有了更深刻的理解。他并没有给出明确的答案，因为目前科学界也仍在探索之中，但这恰恰体现了科学的开放性和不断发展的本质。我非常欣赏作者在书中对“未知”的敬畏之情，他并没有因为暗物质的神秘而故弄玄虚，而是坦诚地展示了人类在认知边界的探索，这种态度本身就极具启发性。这本书就像是为我打开了一扇通往宇宙深处的窗户，让我看到了那些肉眼无法企及的奇妙景象，并且引发了我对宇宙起源和演化的更深层次的思考。

评分☆☆☆☆☆

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