大人的宇宙學教室:透過微中子與重力波解密宇宙起源

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郡和範
圖書標籤:
  • 宇宙學
  • 微中子
  • 重力波
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圖書描述

透過微波捕捉到宇宙誕生38萬年後「火球宇宙」的樣貌
而微中子和重力波則可一探火球的深處,甚至宇宙誕生的模樣
 
  宇宙觀測的時代,已經從隻使用可見光
  發展到使用各種波長的電磁波,
  包含無線電波、紅外線、紫外線、X射線和伽馬射線等。
  然後,為瞭看到宇宙的盡頭,
  我們終於透過微波捕捉到宇宙誕生38萬年後「火球宇宙」的樣貌。
 
  那麼在此之前你是怎麼看宇宙的樣子的呢?
  正是「微中子」和「重力波」纔使得觀測宇宙成為可能。
  原則上,微中子可以提供「火球」深處的宇宙信息。
  此外,重力波已經抵達可一窺宇宙誕生模樣的階段。
  我們將仔細解釋微中子和重力波這兩個關鍵詞,
  以便任何對太空感興趣的人都能理解。
好的,這是一本關於宇宙學、粒子物理學和前沿物理學的圖書簡介,旨在引導讀者探索宇宙的最深層奧秘,但內容與您提到的書名《大人的宇宙學教室:透過微中子與重力波解密宇宙起源》完全無關: --- 書名:群星的低語:探索暗物質、暗能量與時空結構的未解之謎 內容簡介 當我們仰望星空,映入眼簾的是宇宙的壯麗景象——星係如漩渦般鏇轉,星雲孕育著新的恒星。然而,我們所能觀測到的,不過是浩瀚宇宙中微不足道的一部分。現代物理學告訴我們,構成我們自身、行星和恒星的普通物質,僅占宇宙總質量和能量的不到5%。剩下的95%,被暗物質和暗能量這兩個神秘的“幽靈”所占據。 本書將帶領讀者進行一次深邃的旅程,深入探索宇宙學的前沿領域,聚焦於這些主宰著宇宙演化和最終命運的未知成分。我們將不僅探討它們存在的理論基礎,更會審視全球科學傢們為揭開其真麵目所付齣的不懈努力。 第一部分:宇宙的隱形骨架——暗物質的追尋 宇宙中可見的引力效應遠遠超齣瞭可見物質所能提供的範疇。星係的鏇轉麯綫、星係團的運動,以及引力透鏡效應,都指嚮一個結論:存在一種不發光、不吸收光,卻具有顯著引力的物質——暗物質。 本書將詳盡闡述暗物質的理論模型。我們首先會迴顧標準模型粒子物理學的局限性,引齣對新物理學的迫切需求。接著,我們將深入探討弱相互作用重粒子(WIMPs)的可能性,這是當前搜尋的主流目標。從理論上構建WIMPs的性質,到它們在早期宇宙中的可能起源,本書將為讀者構建一個清晰的圖景。 隨後,我們將聚焦於全球範圍內的直接探測實驗。在地下深處,遠離宇宙射綫的乾擾,探測器如同等待獵物的獵人。我們討論那些裝滿液態氙或氬的巨大低溫容器,它們如何試圖捕捉到暗物質粒子與原子核之間極其罕見的“碰撞”。我們將剖析這些實驗麵臨的巨大技術挑戰——如何區分來自暗物質的微弱信號與地球上各種背景噪聲。 同時,我們也探討間接探測的努力。如果暗物質粒子在宇宙的某些區域(如銀河係中心或矮星係中)發生湮滅或衰變,它們可能會産生我們能觀測到的高能伽馬射綫、正負電子對或反物質。本書將迴顧費米伽馬射綫空間望遠鏡和AMS-02等實驗的數據,以及它們在尋找暗物質湮滅信號時所遭遇的爭議與突破。 除瞭WIMPs,我們還將觸及軸子(Axions)、惰性中微子等其他候選者。這些理論提齣的粒子,雖然質量可能小得多,但它們在解決標準模型中某些理論難題的同時,也成為瞭暗物質研究的新焦點。 第二部分:宇宙的加速推手——暗能量的謎團 如果說暗物質塑造瞭宇宙的結構,那麼暗能量則決定瞭宇宙的未來。1998年,對遙遠超新星的觀測揭示瞭一個驚人的事實:宇宙的膨脹不僅沒有因引力而減速,反而在加速。驅動這種加速膨脹的神秘力量,被稱為暗能量。 本書將深入分析暗能量的本質。最直接的解釋是宇宙學常數(Λ),它代錶著真空本身的能量密度。然而,當我們將量子場論計算齣的真空能密度與觀測到的數值進行比較時,卻齣現瞭驚人的“宇宙學常數問題”——兩者之間存在著高達120個數量級的差異。這個巨大的不一緻,是現代物理學中最令人睏惑的難題之一。 我們不會止步於宇宙學常數。本書將詳細介紹替代性的動力學暗能量模型,例如昆蟲(quintessence)模型。這些模型假設暗能量不是恒定的,而是一種隨時間演化的標量場。我們將探討這些模型如何通過改變愛因斯坦引力場方程來影響宇宙的膨脹曆史。 為瞭區分不同的暗能量模型,天文學傢們正在部署下一代大規模巡天項目。我們將討論這些項目如何通過繪製三維星係分布圖(BAO,重子聲學振蕩)以及精確測量星係團的演化,來探測暗能量的“狀態方程”——即它隨時間變化的特性。 第三部分:時空結構的極限探索 暗物質和暗能量的研究,不可避免地將我們引嚮對引力理論本身的深刻反思。本書的第三部分將探討,我們是否需要超越愛因斯坦的廣義相對論來解釋這些現象。 我們將審視修正引力理論(Modified Gravity, MoG),例如$f(R)$引力或張量-矢量-標量理論(TeVeS)。這些理論試圖在不引入暗物質或暗能量的情況下,解釋大尺度結構和加速膨脹的觀測證據。然而,這些理論必須在星係尺度和太陽係內保持與廣義相對論的高度一緻性,這是一個極高的門檻。 此外,本書還會探討量子引力理論對理解宇宙極早期狀態的重要性。雖然我們不會深入探討弦論或圈量子引力的復雜數學框架,但我們會討論它們如何為我們理解時空的量子本質提供新的視角,以及它們可能對暗物質或暗能量的最終解釋産生的影響。 麵嚮讀者 本書專為那些對宇宙終極奧秘充滿好奇心的成年讀者設計。它假設讀者具備基礎的科學素養,但無需專業物理學背景。通過清晰的邏輯推導和豐富的案例分析,我們將把晦澀的物理概念轉化為引人入勝的故事,帶領每一位探索者,在知識的邊緣,感受宇宙的脈動與低語。準備好,我們將一同麵對人類認知中最宏大的挑戰:解開宇宙95%的秘密。 ---

著者信息

作者簡介
 
郡和範
 
  1970年齣生於兵庫縣加古川市。現為高能加速器研究機構(KEK)副教授,兼任綜閤研究大學院大學與東京大學科維理宇宙物理學與數學研究所研究員。2000年東京大學大學院理學研究所物理學專攻博士畢業。2004年起於美國哈佛大學擔任博士後研究員、2006年起於英國蘭卡斯特大學擔任助理研究員、2009年起擔任東北大學助理教授、2017年應英國牛津大學的招聘,擔任副教授,再到目前職位。這段期間內,曾擔任京都大學、東京大學、大阪大學的博士後研究員。主要研究內容包括宇宙論、宇宙物理學的理論研究(關鍵字:大霹靂元素閤成、暗物質、初期宇宙的暴脹、黑洞、重力波、宇宙初期的量子擾動、宇宙微波的背景輻射、21公分輻射、微中子、伽瑪射線/X射線、宇宙射線、暗能量、重子生成等)。著作包括《宇宙はどのような時空でできているのか(宇宙由什麼樣的時空構成?)》(Beret齣版)。

圖書目錄

第1章 人們如何看待宇宙?
第2章 微中子和重力波揭開「宇宙之謎」
第3章 幽靈粒子「微中子」的身分
第4章 微中子天文學揭開宇宙「黑暗世界」
第5章 為什麼「微中子振盪」是劃時代現象?
第6章 微中子開啟「新基本粒子物理學」
第7章 如何捕捉重力波?
第8章 終於直接觀測到重力波瞭!
第9章 突破無形宇宙的「重力波天文學」

圖書序言

  • ISBN:9786263292758
  • 叢書係列:樂讀科普
  • 規格:平裝 / 268頁 / 14.8 x 21 x 1.8 cm / 普通級 / 雙色印刷 / 初版
  • 齣版地:颱灣

圖書試讀

用户评价

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**第三段評價:** 每次看到這種天文物理類的書,我都會很在意作者的寫作風格。如果作者太過學術化,讀起來就會像在啃教科書,那真的會讓人很受不瞭。我比較偏好那種帶點幽默感,有點俏皮的敘事方式,這樣在吸收知識的同時也能保持輕鬆的心情。我很期待這本書能讓我對宇宙的理解更貼近生活,而不是停留在遙遠的星係。畢竟,宇宙就在我們身邊,隻是我們看不見罷瞭。如果能透過這本書,讓我對腳下的土地、頭頂的星空有更深的連結感,那我就覺得這趟閱讀之旅很值得瞭。

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**第二段評價:** 最近身邊的朋友都在討論一些很前衛的科學發現,但我常常聽得一頭霧水,感覺自己好像跟不上時代瞭。這本書的書名聽起來就很「硬核」,但同時又強調是「大人的教室」,讓我覺得它可能很適閤我這種有點基礎,但又想深入瞭解的人。我比較在意的是,內容的編排會不會太跳躍?有些科普書寫到一半就突然冒齣很多專有名詞,讓人讀起來很吃力。我希望這本書的敘事是流暢的,能像講故事一樣,把宇宙誕生的那段歷史娓娓道來。如果能加入一些歷史背景,讓我知道這些科學傢是怎麼一步步解開謎團的,那就更好瞭。畢竟,瞭解「為什麼」比知道「是什麼」更有趣嘛!

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**第一段評價:** 哎喲,這本「大人的宇宙學教室」光看書名就覺得超有意思的!我最近真的對宇宙充滿好奇,尤其是那些聽起來很玄乎的物理學概念,像是黑洞啊、暗物質啊,總覺得自己像個剛學會走路的小孩,對周遭的一切都充滿疑問。這本書的作者如果能把這些複雜的概念用我們一般人聽得懂的方式解釋齣來,那真是太棒瞭。我特別期待他怎麼把那些數學公式變成生動的比喻,畢竟我們不是科班齣身的,光看那些密密麻麻的符號就頭痛瞭。希望這本書不隻是把知識丟給我,而是真的能引導我一步步理解,就像有位很厲害的老師在旁邊帶著走,讓我這個「大人」也能重新找迴求知若渴的感覺。如果能帶我看到一個嶄新的宇宙觀,而不是老調重彈,那這本書的價值就真的很高瞭。

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**第四段評價:** 這本書的書名給人一種很宏大的感覺,探討宇宙起源這種終極問題,通常會讓人聯想到哲學思辨。我希望這本書不隻停留在科學層麵,也能觸及一些關於人類在宇宙中位置的思考。例如,當我們瞭解瞭宇宙的廣闊和我們存在的渺小時,心態上會有什麼轉變?這類型的反思對我來說很重要。如果作者能在科學論述的間隙,穿插一些引人深思的段落,那這本書的深度就不隻是一般的科普讀物瞭。我期待的不僅是知識的增長,更是一種心靈上的拓展。

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**第五段評價:** 坦白說,我對這類主題的書有點「選擇睏難癥」,因為市麵上太多瞭,而且很多都大同小異。這本書如果能提供一些獨特的視角,而不是重複大傢都在講的東西,那肯定會吸引我。特別是書名提到瞭「微中子」和「重力波」,這兩個詞聽起來就很有科技感,很新穎。如果作者能把這些尖端的研究成果,用很有條理的方式呈現,讓我這個外行人也能大概掌握現在物理學界最熱門的議題,那就太棒瞭。我希望這本書能讓我感覺自己真的「上課」瞭,而不是在「看熱鬧」,能真正學到一些別人沒有講過的觀點。

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