宇宙就像巴赫的賦格曲一樣美麗優(yōu)雅,時間的節(jié)拍器賦予宇宙一定的運行節(jié)奏和規(guī)律。對人類來說,地球是目前已知的理想棲息地。這顆藍色星球以適當(dāng)?shù)木嚯x環(huán)繞太陽有規(guī)律地運動,空氣中有氧氣供我們呼吸,地面上有美味的動植物供我們攝取能量。但如果人類誕生在臨近地球的金星或火星上,至多只能存活幾秒鐘。
不可否認(rèn),人類生活在一個幸運的宇宙中和一顆神奇的星球上。在過去的40年中,科學(xué)家們已經(jīng)找到種種證據(jù)證明,如果我們的宇宙在誕生之時哪怕和現(xiàn)在有稍許不同,恒星、行星和地球上豐富多彩的生命形式都將不復(fù)存在。這便是當(dāng)下十分流行的宇宙微調(diào)論。
在《幸運的宇宙》中,兩位作者將帶領(lǐng)我們展開一段長達138億年的宇宙探索之旅。在旅途中,我們會乘坐著時空穿梭機去參觀不同的宇宙,去發(fā)現(xiàn)大爆炸、暴脹、粒子、恒星、行星、星系、氣體云、黑洞、生命產(chǎn)生的奧秘,去探尋愛因斯坦夢寐以求的自然終極規(guī)律。
如果換一個宇宙,豐富多彩的生命會怎么樣?如果沒有微小的粒子,人類會怎么樣?如果自然規(guī)律不存在了,萬物會怎么樣?如果基本力消失,藍色星球會怎么樣?
……《幸運的宇宙》中有幾十個如果……會怎么樣?的問題,了解了這些問題的答案,你就知道了宇宙、生命和科學(xué)的奧秘。
《幸運的宇宙》的兩位作者都是享譽國際的天體物理學(xué)家,更是成功的科普作家,這保證了這本書的內(nèi)容兼具觀點的前瞻性和閱讀的趣味性。
對人類來說,地球是目前已知的理想棲息地。這顆藍色星球以適當(dāng)?shù)木嚯x環(huán)繞太陽有規(guī)律地運動,空氣中有氧氣供我們呼吸,地面上有美味的動植物供我們攝取能量。不可否認(rèn),人類生活在一個幸運的宇宙中和一顆神奇的星球上。在過去的40年中,科學(xué)家們已經(jīng)找到種種證據(jù)證明,如果我們的宇宙在誕生之時哪怕和現(xiàn)在有稍許不同,恒星、行星和地球上豐富多彩的生命形式都將不復(fù)存在。這便是當(dāng)下十分流行的宇宙微調(diào)論。
在這本書中,兩位作者將帶領(lǐng)我們展開一段長達138億年的宇宙探索之旅。在旅途中,我們會乘坐著時空穿梭機去參觀不同的宇宙,去發(fā)現(xiàn)大爆炸、暴脹、粒子、恒星、行星、星系、氣體云、黑洞、生命產(chǎn)生的奧秘,去探尋愛因斯坦夢寐以求的自然終極規(guī)律。
《幸運的宇宙》里有許多你想問卻又苦尋不到答案的問題:如果換一個宇宙,豐富多彩的生命會怎么樣?如果沒有微小的粒子,人類會怎么樣?如果自然規(guī)律不存在了,萬物會怎么樣?如果基本力消失,藍色星球會怎么樣? ……
宇宙就像巴赫的賦格曲一樣美麗優(yōu)雅,時間的節(jié)拍器賦予宇宙法則一定的數(shù)學(xué)精度。這些物理學(xué)方程都剛好達到平衡狀態(tài),方程中的自然常數(shù)的值是經(jīng)過微調(diào)的,這樣才能讓人類有機會研究這個不同尋常的宇宙。假設(shè)稍微改變一下這些常數(shù)的值,宇宙瞬間就不再有原子存在,也無法形成行星了。看來,我們能生活在這個宇宙中真是太幸運了。
一種看似完美合理的觀點對這種好運氣的解釋是,由于我們存在,所以我們必須生活在一個允許我們存在的宇宙中。但是,這個觀點實際上是說我們的宇宙是從很多宇宙中甄選出來的,并沒有證據(jù)支持或者反對這種自然構(gòu)造的存在。
現(xiàn)在的宇宙對我們來說是唯一的,對于研究宇宙的人來說這是一個值得關(guān)注的問題。宇宙為什么會是這樣呢?科學(xué)就是基于已知的觀點(往往也叫作理論)來做出預(yù)測,但我們只有一個可以觀測的宇宙,怎么辦呢?當(dāng)一種理論對唯一的研究對象有可能成立也有可能不成立的時候,還能做出預(yù)測嗎?
在這本書中,我的同事杰蘭特和盧克將帶你全面領(lǐng)略宇宙的輝煌與神秘。在這個過程中,你將會了解決定我們能否存在的量子力學(xué)基本方程,能與熵背后的概念,當(dāng)然還有引力。在行星和更大的尺度上,引力都是宇宙最主要的統(tǒng)治者。
在跟隨杰蘭特和盧克探索宇宙的過程中,你會看到人類是一顆特殊的行星在特殊的時間點及不同尋常的環(huán)境中的一部分,這顆行星圍繞著一顆特別的恒星運轉(zhuǎn),這一切都發(fā)生在一個特別定制的宇宙中。正是因為這些特別的條件,人類才對自己在空間和時間中的位置感到好奇。我不知道我們?yōu)槭裁磿谶@里,但我知道宇宙是很美的,這本書以一種通俗易懂的方式記錄了宇宙的神秘之美。
杰蘭特·劉易斯,悉尼大學(xué)的天體物理學(xué)教授。本科就讀于倫敦大學(xué),后獲得劍橋大學(xué)的天體物理學(xué)博士學(xué)位。他是一位享譽國際的天體物理學(xué)家,發(fā)表了200多篇有關(guān)各種物理學(xué)課題的論文,包括引力透鏡效應(yīng)、星系相食現(xiàn)象、宇宙的大尺度結(jié)構(gòu)等。他也是一位成功的科普作家,經(jīng)常發(fā)表公共演講,出版科普圖書,并通過推特和博客等社交媒體傳播天體物理學(xué)的知識。
盧克·巴恩斯,悉尼大學(xué)天體物理學(xué)專業(yè)的博士后研究員,獲得劍橋大學(xué)博士學(xué)位。
序 ... V
前言 ... VII
第1章
如果換一個宇宙,豐富多彩的生命會怎么樣? ... 001
烘焙蛋糕和宇宙微調(diào)論 ... 004
陽光沙灘上的一場對話 ... 007
很難回答的簡單問題 ... 012
金庫密碼與宇宙學(xué) ... 029
大自然的基本常數(shù) ... 030
第2章
如果沒有微小的粒子,人類會怎么樣? ... 035
人體的構(gòu)造 ... 037
生命的奧秘 ... 038
92種基本元素 ... 044
12種基本粒子 ... 046
粒子的質(zhì)量 ... 049
形形色色的宇宙 ... 050
玻色子和費米子 ... 056
固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài) ... 059
希格斯玻色子謎題 ... 061
小元素決定大宇宙 ... 066
第3章
如果基本力消失,藍色星球會怎么樣? ... 067
4種基本力 ... 070
穩(wěn)定谷 ... 088
消除一種基本力…… ... 094
第4章
如果宇宙的熵一直增大,銀河系會怎么樣? ... 097
熵宇宙的終極游戲規(guī)則 ... 100
地球引力塑造萬物 ... 105
霍伊爾共振和生命起源 ... 116
宇宙的誕生和消亡 ... 123
第5章
如果沒發(fā)生大爆炸,宇宙會怎么樣? ... 131
極簡宇宙史 ... 133
7堂極簡天文課 ... 159
奇點之謎 ... 178
宇宙暴脹的使命 ... 179
第6章
如果自然規(guī)律不存在了,萬物會怎么樣? ... 183
量子力學(xué)入門 ... 186
神奇的對稱性 ... 195
鏡像對稱性和不對稱性 ... 200
物質(zhì)與反物質(zhì)的不對稱性 ... 207
其他耦合常數(shù) ... 211
時間的本質(zhì) ... 212
3 1維度的宇宙 ... 222
用數(shù)學(xué)語言描述物理理論 ... 227
康威宇宙和生命游戲 ... 229
秩序和混沌 ... 235
第7章
如果微調(diào)論是成立的,外星生命會怎么樣? ... 239
第8章
如果萬有理論出現(xiàn)了,大問題會怎么樣? ... 293
對話還在繼續(xù) ... 296
宇宙本來就是這樣 ... 297
更深層次的物理定律 ... 298
多元宇宙理論 ... 302
宇宙的設(shè)計者是誰? ... 327
計算機中的模擬宇宙 ... 351
對話結(jié)束了 ... 355
致謝 ... 361
延伸閱讀 ... 363
參考文獻 ... 367
索引 ... 375