相對論｜重力波｜暗物質｜大霹靂｜上帝粒子

　　─────宇宙謎團的終極解答之書─────

　　不只是要讓你一本讀懂，而是要讓你徹底愛上天體物理學！

　　▎難倒無數科學家、最精彩的物理學悖論！
　　‧夜空為什麼是黑的？──奧伯斯悖論
　　‧宇宙中的重力無限大，為什麼世界沒有撕裂爆炸？──重力悖論
　　‧當宇宙的「熵」達到最大值，剩下一片死寂？──熱寂說悖論

　　▎「大霹靂」是一場大爆炸嗎？
　　許多人會將宇宙演化的初始時刻，
　　理解為像炸彈一樣的「大爆炸」：火光沖天、碎片亂飛。
　　但實際上，炸彈爆炸是物質「向空間的擴張」，
　　而對大霹靂而言，根本不存在所謂「外部空間」，
　　只有三維空間「自身」隨時間的「平穩」擴張。
　　有趣的是，據說科學家們曾經想要改正這個名字，
　　但終究也沒有找到更恰當的名稱！

　　▎為什麼說黑洞「無毛」？
　　理論物理學大師惠勒，善於用形象的詞彙命名物理學名詞，
　　「黑洞無毛」的命名也是出自他之手！
　　「黑洞無毛」是對古典黑洞的簡單性敘述，
　　就是說無論什麼樣的天體，一旦塌縮成為黑洞，
　　它就只剩下電荷、質量和角動量三個最基本的性質。
　　據說這個說法一開始被專業人士抵制，
　　認為它暗含了某種淫穢的意義；
　　但社會大眾卻欣然接受這個詞彙，也很少有人想歪！

　　▎「平行宇宙」是什麼概念？
　　因為光速以有限的速度傳播，故無論使用多麼先進的儀器，
　　也只能觀察到距離我們「460億光年以內」的宇宙；
　　也就是說，超出460億光年的宇宙，便可被視為是「平行宇宙」！
　　又由於粒子有限的排列方式，就可能導致：
　　平行宇宙中有一個一模一樣的你！
　　不過，那個「你」雖然和你長得一模一樣，
　　行為卻不見得跟你相同……
　　（你跟「你」也不可能相見就是了！）

　　★從牛頓到愛因斯坦，從原子到宇宙，無人能抵擋天外的永恆誘惑★

　　本書致力於以淺白的筆法，為讀者揭開宇宙謎團的終極解答：
　　宇宙到底有多大？宇宙長什麼樣子？宇宙來自何處？將來如何演變？宇宙是否有開始有結束？牛頓描述的宇宙與現代的宇宙觀有何不同？宇宙到底有限無限……

　　這些互相關聯的種種宇宙奧祕，無論對博學的知識分子、還是對好奇心強的人們，都是一種永恆的誘惑。
 

作者簡介

張天蓉

　　科普作家，美國德州奧斯汀大學理論物理博士，現居美國芝加哥。研究課題包括廣義相對論、黑洞輻射、費曼路徑積分、飛秒雷射、雷射探測晶體性質、高頻及微波通訊、EDA積體電路軟體等，發表專業論文三十餘篇。2012年開始出版了一系列科普著作，其文風深入淺出，趣味盎然，亦保持科學的嚴謹性，深得讀者喜愛，代表作品有《蝴蝶效應之謎：走近分形與混沌》、《世紀幽靈：走近量子糾纏》、《上帝如何設計世界：愛因斯坦的困惑》、《愛因斯坦與萬物之理：統一路上人和事》等。

序
引言 宇宙深處泛漣漪――從重力波談宇宙學

第一章 去宇宙逍遙
1．從地球出發
2．太陽的生命週期
3．群星燦爛也不燦爛
4．錢德拉塞卡極限
5．天上有個好萊塢
6．河外星系知多少

第二章 牛頓的宇宙
1．永恆而穩定的宇宙圖景
2．夜空為什麼黑暗
3．重力悖論
4．熱寂說悖論

第三章 有關無限的數學悖論
1．悖論、悖論知多少
2．芝諾帶你走向無窮小
3．希爾伯特旅館悖論
4．缸中之腦
5．無限猴子定理

第四章 學點相對論
1．狹義相對論
2．廣義相對論
3．重力場方程式
4．相對論的實驗驗證和應用
5．不同的內蘊幾何

第五章 探測重力波
1．宇宙學中的基本測量
2．探測重力波――時空的漣漪
3．電磁波和重力波
4．重力波速度為何等於光速
5．韋伯――探測重力波的先驅

第六章 黑洞物理
1．史瓦西解和黑洞
2．黑洞無毛
3．霍金輻射
4．宇宙中的恆星黑洞
5．超大黑洞和極小黑洞
6．雙黑洞和重力波

第七章 哈伯定律
1．欲上九霄攬銀河，浩瀚星海任遨遊
2．光――探索宇宙的利器
3．膨脹的宇宙
4．超光速的困惑
5．宇宙的形狀

第八章 大霹靂模型
1．為宇宙膨脹建造模型
2．渾沌開竅宇宙誕生
3．霍伊爾的堅持
4．微觀世界的祕密
5．從夸克到宇宙
6．宇宙如何演化
7．探尋宇宙的第一束光
8．隱藏宇宙奧祕的古老之光

第九章 大霹靂的謎團和疑難
1．對大霹靂的誤解
2．視界疑難
3．平坦性疑難
4．磁單極子疑難
5．上窮碧落下黃泉，暗物詭異難露面
6．宇宙常數解疑難，捕風捉影論真空

第十章 暴脹的宇宙
1．超級暴脹補缺陷
2．對稱破缺，真空相變
3．平行宇宙似科幻

參考文獻
 

序

　　這是一本難得一見的好書。我從事天體物理研究，對宇宙學也很感興趣，見到此書一氣讀完，真是愛不釋手，積極推薦該書，無論您從事何種工作，在百忙之中抽空閱讀此書，獲益匪淺。

　　我與作者是1980年代在美國德克薩斯大學奧斯汀分校相識的，她師從數學物理學家C．DeWitt-Morette教授攻讀博士學位，她與著名理論物理學家J．Wheeler教授也經常交往，其理論物理基礎和數學能力引人注目，受到導師們的稱讚。

　　這是一本用生動有趣的語言，深入淺出揭開宇宙之迷的科普讀物。宇宙學是最古老的學科，也是最現代的學科。現代宇宙學包括密切聯繫的兩個方面，即觀測宇宙學和物理宇宙學。前者側重於發現大尺度的觀測特徵，後者側重於研究宇宙的運動學、動力學和物理學以及建立宇宙模型。

　　從物理的觀點來解釋宇宙，稱為物理宇宙學。宇宙之大讓人震撼，宇宙之美令人遐想，宇宙物理學提出一個又一個難解之迷。

　　宇宙學可以說已經有過好幾次革命：哥白尼的日心說，第一次將人類的宇宙觀移到地球之外；哈伯透過大型望遠鏡的鏡頭，確定了數不清的星系；而現代物理宇宙學，讓人類思考和研究宇宙的演化與起源。

　　近代宇宙學到底研究些什麼？有哪些具體的重要進展？這個領域的發展實在太快，廣大民眾可能還知之甚少，即使是在學術界，大多數人對近年來宇宙學的事件也只是知其然，而不知其所以然，並且對其（特別是對大霹靂理論）存在著很多的迷惑和誤解。有些人認為大霹靂是毫無證據的假說、天方奇譚，甚至將其稱為「西方宇宙學」。然而這不是事實，儘管我們無法直接驗證宇宙的「大霹靂」，也不能斷定它就一定是宇宙演化歷史的正確描述，但是由於有航太實驗衛星大量數據的支持，學界主流的大多數人已經承認和接受這個理論。作者作為一名科學工作者，有必要科普現代宇宙學的知識，讓廣大民眾正確認識大霹靂理論，了解其來龍去脈，以及其中存在的疑難問題。

　　宇宙到底有多大？宇宙長什麼樣子？宇宙來自何處？將來如何演變？宇宙是否有開始有結束？牛頓描述的宇宙與現代的宇宙觀有何不同？宇宙到底有限無限？這些互相關聯的種種宇宙奧祕，無論對博學的知識分子，還是對好奇心強的人們，都是一種永恆的誘惑。讀完本書，你會對上面提出的問題有一些基本的認識，更為重要的是，你可能會對這個環繞在我們周圍最大、最神祕的未知世界，產生濃厚的興趣。

　　為了讓廣大讀者盡快步入浩瀚的宇宙，作者以有限而簡練的篇幅介紹了天文觀測的豐富多彩的成果，由太陽系一直到銀河外星系，介紹與現代宇宙學密切相關的哈伯定律，並借助於發現重力波的陣陣漣漪，走向宇宙學已經敞開的大門，以通俗易懂的語言、深入淺出的例子，帶你輕鬆愉快地涉足於宇宙學最前沿。

　　書中也提到當今宇宙學標準模型存在的許多疑難，啟發人們對宇宙問題的思考。物理學的天空從來就不是晴空萬里，二十世紀初的兩朵烏雲掀起了古典物理的革命，從中誕生了相對論和量子論。如今，現代宇宙學天空中的重重疑雲和片片暗點，又將帶給我們些什麼呢？人類期待著下一個愛因斯坦，期待著宇宙學及物理學的新一輪革命。

　　對於關心和熱愛宇宙學的讀者來說，閱讀本書是一次陶冶身心和精神的饗宴，而我衷心希望讀者能夠喜歡該書。
 
李宗偉