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作 者：[美] 约翰·布罗克曼（John Brockman） 著
出 版 社：浙江人民出版社
出版时间：2017年09月
定 价：79.90
I S B N ：9787213083785
所属分类： 大众新知（科普） > 宇宙科学
标 签：
世界上聪明的网站Edge，每年一次，让100位全球zui伟大的头脑坐在同一张桌子旁，共同解答关乎人类命运的同一个大问题，开启一场智识的探险，一次思想的旅行！
作为Edge系列之一，《宇宙》一书着重关注宇宙和宇宙学的种种问题，以及大众感兴趣的诸如宇宙大爆炸、循环宇宙、额外维度、多重宇宙等话题。
宇宙为何是今日之貌，又将迎来怎样的黄金时代？《宇宙》一书集合了全球宇宙学、物理学、天文学等领域的科学家，针对这一问题同台辩论，在唇枪舌剑中一探宇宙的过去与未来，开启对宇宙的“大思考”！
“宇宙暴胀理论之父”阿兰·古斯、“弦理论之父”伦纳德·萨斯坎德、“永恒混沌暴胀理论之父”安德烈·林德、诺贝尔物理学奖获得者弗兰克·维尔切克、国际权wei的额外维度物理学大师丽莎·兰道尔、加拿大圆周理论物理研究所创始人之一李·斯莫林、数学大师贝努瓦·曼德尔布罗特……每一个名字都如雷贯耳，他们对宇宙的过去与未来、对人类在我们这个宇宙中的位置等问题的头脑风暴，必然火花四溅！
约翰·布罗克曼 编著
美国著名的文化推动者、出版人，“第三种文化”领军人。
“世界上zui聪明的网站”（《卫报》赞誉）Edge的创始人。
他旗下汇集了一大批世界顶jian的科学家和思想家，每年就同一话题进行跨学科讨论。
01 阿兰·古斯（Alan Guth）
宇宙学的黄金时代
A Golden Age of Cosmology
02 保罗·斯坦哈特（Paul Steinhardt）
循环宇宙
The Cyclic Universe
03 阿兰·古斯（Alan Guth）
暴胀宇宙
The Inflationary Universe
04 安德烈·林德（Andrei Linde）
一个会产生出泡泡的泡泡正在产生新泡泡
A Balloon Producing Balloons Producing Balloons
05 丽莎·兰道尔（Lisa Randall）
弯曲的旅行
Theories of the Brane
06 尼尔·图罗克（Neil Turok）
时间之前
The Cyclic Universe
07 肖恩·卡罗尔（Sean Carroll）
宇宙为何是今日之貌？
Why Does the Universe Look the Way It Does ？
08 马丁·里斯（Martin Rees）
我们是被模拟出来的吗？
In the Matrix
09 李·斯莫林（Lee Smolin）
从思考本质着手
Think About Nature
10 伦纳德·萨斯坎德（Leonard Susskind）
我们的宇宙只是宇宙景观的一个角落
The Landscape
11 李·斯莫林（Lee Smolin）伦纳德·萨斯坎德（Leonard Susskind）
人择原理
The Anthropic Principle
12 卡洛·罗韦利（Carlo Rovelli）
科学与确定性无关
Science Is Not About Certainty
13 劳伦斯·克劳斯（Lawrence Krauss）
空非空
The Energy of Empty Space That Isn’t Zero
14 布赖恩·格林（Brian Greene）沃尔特·艾萨克森（Walter Isaacson） 保罗·斯坦哈特（Paul Steinhardt）
我的爱因斯坦
Einstein: An Edge Symposium
15 彼得·伽里森（Peter Galison）
爱因斯坦与庞加莱
Einstein and Poincaré
16 拉斐尔·布索（Raphael Bousso）
在更大的尺度上思考宇宙
Thinking About the Universe on the Larger Scales
17 赛斯·劳埃德（Seth Lloyd）
量子猴子
Quantum Monkeys
18 弗兰克· 维尔切克（Frank Wilczek）
获得诺贝尔奖之后
The Nobel Prize and After
19 史蒂芬·斯托加茨（Steven Strogatz）
谁会关心萤火虫？
Who Cares About Fireflies?
20 戴维·多伊奇（David Deutsch）
构造者理论
Constructor Theory
21 贝努瓦·曼德尔布罗特（Benoit Mandelbrot）
粗糙度无处不在
A Theory of Roughness
宇宙学的黄金时代
阿兰·古斯
宇宙暴胀理论之父
戴维·施拉姆（David Schramm）认为，我们所处的今天，是宇宙学的黄金时代。这话说得千真万确！当下的宇宙学研究正在从一系列不靠谱的推测，转变为真正的硬科学分支，它的各种理论可以得到精确观测的检验和发展。宇宙学最有意思的领域之一，是对宇宙背景辐射的不均匀性起伏的预测，这正是我一直以来深度参与的领域。我们认为，宇宙背景辐射是宇宙大爆炸之后的热量余晖。这种辐射最显著的特征之一，是它在所有方向上均匀统一，在忽略了背景辐射中地球相对运动的影响之后，辐射的均匀性达到了十万分之一的精度。
我深度研究的理论称为宇宙暴胀理论，这一理论似乎是对宇宙均匀性的最佳解释。均匀性并不容易理解。你也许会认为，取出烤箱的比萨从热变凉的过程所体现出的物理学基本原理，就能解释宇宙的均匀性——事物倾向于达到统一的温度。实际上，通过宇宙学方程算出宇宙在任意给定的时间里膨胀得有多快，物理学家就可以计算出达到均匀性所需要的时间。
物理学家发现，为了实现整个宇宙背景辐射的均匀性，宇宙需要足够快地冷却，信息必须以100倍光速的速度传播。但是，根据现有的所有物理学理论，任何事物的运动速度都不会超越光速，因此宇宙均匀性的现象就无法得到解释了。大爆炸理论的经典版本不得不简单粗暴地假设，宇宙从一开始就是各向同性的，即完完全全的均匀。
宇宙暴胀理论是标准大爆炸理论的扩展，它进一步描述了最初驱动宇宙膨胀的原因。在大爆炸理论的经典版本中，膨胀是初始假设，也就是不需要任何解释。经典大爆炸理论算不上一个完整的大爆炸理论，它只能算是描述大爆炸结果的理论。暴胀提供了回答宇宙大爆炸结果的可能答案，目前这个回答看起来几乎是确定的正确答案。
宇宙暴胀理论利用了现代粒子物理学的结果。粒子物理学预测，高能状态存在特殊类型的物质，这些物质会导致引力转向，产生排斥力。暴胀理论认为，早期宇宙包含至少一定量的这种特殊物质。其结果是，你只需要很少一点的这种物质，就可以使排斥力剧烈增大，达到足以覆盖整个可观测宇宙的范围。
由于在暴胀模型中宇宙可以从极端微小的状态开始演化，所以宇宙暴胀理论对可观测宇宙的均匀性作出了简单、有效的解释。在早期宇宙微小的范围内，宇宙有充足的时间实现温度和密度的均匀性，这与房间中的空气会充满整个空间从而实现密度均匀的机制相同。并且，如果你将房间孤立起来，足够长的时间之后，温度也会达到一致。对于微小的早期宇宙，在暴胀模型的开始之初，宇宙的历史有足够的时间让这些机制发挥作用，最终促成宇宙达到几乎完美的均匀状态。暴胀接管和放大了这些微小区域，将其变得足够大，直到充满整个宇宙，将其均匀性与宇宙膨胀开始时保持一致。
当这一理论最初得到进一步发展时，人们开始担心我们把宇宙设想得过于均匀。宇宙最令人惊叹的特征之一就是其均匀性，但并不意味着绝对均匀。我们有星系和恒星，有星系团和各种复杂的结构，这些都需要我们对其进行进一步解释。如果宇宙开始于彻底的均匀性，它将一直保持这样的均匀，也就不会使物质聚集或是产生特殊的结构。
我相信史蒂芬·霍金是第一个回答了这个问题的人。他指出，量子效应可以拯救我们，虽然他早期的计算不够精确。真实世界不是被经典物理学描述的，尽管它很厉害，也可以给我们提供完全描述事物的决定性方程。但是真实世界，根据我们对物理学的理解，需要量子力学进行描述。这意味着，一切都是概率问题。
我们感知的“经典”世界中，每个物体都有确定的位置和运动轨迹，它们其实只是量子理论预言的不同状态的平均值而已。如果我们在这里采用这种观念，至少走对了大方向。这意味着，我们在经典方程中预言的均匀密度仅仅是量子力学密度的平均值，真实值在一个范围内波动，只是位置有所不同。量子力学的不确定性使早期宇宙的密度可以在某些地方更高一点，而在另一些地方略低一点。
这样，在暴胀结束时，我们期待，在物质几乎均匀的密度上能泛起轻微的涟漪，而且是可以实际计算的涟漪。坦白地说，我们对粒子物理学的了解还不够，还不能精确预测这些涟漪的尺度。但我们可以计算的是，这些起伏的强度依赖涟漪的波长。也就是说，所有尺度的涟漪都存在，你可以计算不同尺度的涟漪具有怎样不同的强度。你还可以讨论我们称为“频谱”（spectrum）的东西，我们利用这个词精确地描述声波。当谈论声波的频谱时，我们讨论的是不同波长的声音具有怎样不同的强度。同样的分析也适用于早期宇宙，早期宇宙不同涟漪的不同波长有着各自的强弱程度。今天我们可以在宇宙背景辐射中看到这些涟漪。
我们能看见它们，绝对算得上是现代科技的奇妙贡献。1982 年当我们第一次预言这种起伏的时候，天文学家还无法注意到地球在背景辐射中运动的效应，这种效应大约占到千分之一的数量级。而我们讨论的密度起伏的涟漪，只有十万分之一的强度。也就是说，宇宙密度起伏的迹象，仅仅是我们当时能勉强观测到的强度的1%。
我一直不相信我们能真正看到这些涟漪。这要比当前的观测水平强100倍，这对天文学家来说太难以实现了。但是惊喜和光明在1992年到来了。具有7 度角分辨率（angular resolution）的COBE 卫星（Cosmic Background Explore，宇宙背景探测器）首次探测到了这些涟漪，当然仅仅是最长波长的涟漪，不过我们现在已经有了更好的观测。现在的角分辨率已经远远小于1度，可以非常精确地测量不同波长的涟漪强度。这可是非凡的成就！
大约一年半以前，BOOMERANG 和MAXIMA 实验发布了一系列独特的声明。两个探空气球实验给出了宇宙在几何上具有平坦性的强烈证据，这正是暴胀理论所预言的。在这里，平坦不是指二维平面，三维空间也可以平坦。根据广义相对论，平坦的宇宙三维空间意味着不存在曲率。利用宇宙演化所引起的涟漪，你实际上可以看到空间的曲率。不过，一年半之前也出现了困扰人们的重大分歧，没有人知道该如何处理这个问题。他们测量到的频谱图像有几个峰值。这些峰值是早期宇宙密度波的震荡，这种现象被称为共振（resonance），共振使某些特定波长的震动强度增加。测量证明了第一个峰值，恰恰就是我们期待中的位置和形状。但我们没找到第二个峰值。
为了用理论拟合数据，人们不得不假设宇宙中存在比过去认为的多了大约10 倍的光子，因为额外的光子可以产生某种阻尼效果，以使第二个峰值消失。当然，所有的实验都有误差。如果实验多次重现，结果不会每次都精确一致。因此我们可以想象，第二个峰值只是因为运气不好而恰好没有被观测到。尽管如此，如果宇宙包含了其他观测已经得出的光子密度，峰值不可见的概率将下降为1%。因此预测和理论之间的分歧依然存在。
所有戏剧性的改变都发生在三四个月之前。现在第二个峰值不仅能看得见，而且高度与理论预期精确一致，一切观测现在都可以完美地被理论预测。这真是太好了！虽然我知道在这条道路上我们一定还会遇到很多困难，但我们有了一幅漂亮的图景，目前来看，它确认了早期的宇宙暴胀理论。
我们当前关于宇宙的图景面临着一些新困境，这些问题都是两三年前出现的。为了拟合数据，匹配观测，我们必须假设宇宙中存在我们过去不知道的新能量。这种新成分通常被称为暗能量。就像它的名字所暗示的那样，我们依然对它的细节所知甚少。它就像是我们之前谈论过的排斥力，是早期宇宙中驱动暴胀的元素。事实上，我们今天的宇宙依然充满了类似的物质。 虽然反引力效果比早期宇宙存在过的效果微弱多了，但我们非常确定的是，今天的宇宙正在加速膨胀，这正是暗能量作用的结果。
虽然我试图对我们已经理解和掌握的知识进行宣传，但这其中仍然存在很多不确定性。比如，我们依然不清楚宇宙组分中最充足的物质的性质。暗能量占宇宙总质量（能量）的60%，我们却不了解它到底是什么。它可能是真空能本身，但我们并不知道更多细节。另外，被我们称为暗物质的部分占宇宙总质量的30%甚至40%，我们同样不了解它。暗能量产生排斥力并且平滑分布，暗物质像普通物质那样受到引力作用，它彼此吸引并且成团，但我们不知道它的构成。而我们已经认识的质子、中子、普通物质的原子和分子，只占宇宙总质量的5%。
在宇宙学领域，我们已经取得了巨大进展。但同时，我们目前掌握的理论还远远没发展到说明一切的程度。
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