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探索宇宙从起源到未来(套装4册)-电子书下载

人文社科 5个月前 (07-15) 289次浏览 已收录 0个评论 扫描二维码

简介

——探秘宇宙的起源——
《最初三分钟:关于宇宙起源的现代观点》(豆瓣评分7.1) 诺贝尔物理奖得主、美国物理学家史蒂文·温伯格的科普作品! 刘慈欣、张双南推荐! 被公认为科普读物的里程碑,关于探讨宇宙起源的代表作品! 宇宙在最初0.01秒、1秒、1分钟或最初一年,是什么样子?早期宇宙在某时刻的温度、密度和化学成分如何?《最初三分钟》将揭秘宇宙爆炸的形态,详细描述了一幅完全令人信服的宇宙起源图,包括在大爆炸之后仅仅数秒或几分钟内出现的详细过程。
作者简介:史蒂文·温伯格,1979年诺贝尔物理学奖获得者,美国理论物理学家,得克萨斯大学物理学和天文学教授,美国科学院院士。1954年毕业于康奈尔大学,后赴丹麦哥本哈根大学理论物理研究所当研究生,1957年获普林斯顿大学哲学博士学位。
《虚空:宇宙源起何处》(豆瓣评分7.4) 世间万物从何而来?时间和空间是如何从无到有的? 牛津大学物理学教授弗兰克·克洛斯将打开一扇宇宙之前的虚空之门,从浅入深带领读者进入玄妙的虚空世界。 假设我们从一个空间范围内移走了所有的物质,那么这个空间会回到最原始的“无”的状态吗?真空是真的空吗?学术界关于“无”的认识和讨论经历哪些变革呢?波、电磁场、以太、相和组织、力和希格斯真空等众多重要物理概念的出现带来哪些意义?本书将打开一扇宇宙之前的虚空之门,从浅入深带领读者进入玄妙的虚空世界。
作者简介:弗兰克·克洛斯,牛津大学物理学教授,埃克塞特大学研究员,曾任卢瑟福?阿普尔顿实验室的理论物理学部门负责人,曾荣获了大英帝国官佐勋章(OBE)、英国物理学会开尔文奖。他还担任过欧洲核子研究中心公共教育和通讯部的负责人,因其在促进物理学的公众理解和科普写作方面的突出贡献,他获得了英国媒体评出的2007年科普写作奖(“Sygenta Prize”)。他的其他作品有:《路西法的遗产》《奥德赛粒子》《虚空》等。
——纵览天文学成就——
《天文之书》(豆瓣评分8.6) 我们的月亮从哪里来? 有没有围绕其他恒星的类地球行星? 什么是光污染? 这些只是这本插图精美的书中涉及到众多引人深思的问题的一小部分。让我们跟随行星学会主席吉姆·贝尔一览250个最有趣的宇宙现象和天文学成就。
作者介绍:吉姆·贝尔博士,现为亚利桑那州立大学地球和空间科学学院教授,及康奈尔大学天文系兼职教授。作为行星学会主席,在自然科学和空间探索领域,他是一位活跃、多产的公众讲述者,赢得2011年美国天文学会颁发的卡尔·萨根奖。吉姆·贝尔现身大量的广播和电视节目,包括美国全国广播公司《今 日秀》和美国公共电视网的《新闻时刻》,以及《探索》、《国家地理》和《历史》等有线频道的众多节目。吉姆·贝尔另著有《来自火星的明信片》、《火星3D》和《月球3D》等作品,参与美国宇航局自动化探索任务如近地小行星交会任务、火星探路者号、火星勇气号、机遇号和好奇号火星车,以及月球勘测轨道器。为了表彰他的贡献,主带小行星8146号命名为吉姆·贝尔星。
译者简介:高爽,天文学博士、科普作家。博士毕业于德国海德堡大学天文专业,先后在中科院国家天文台和北京师范大学做研究和教学。
——“畅游”未来太空——
《星际旅行终极指南(2218年版)》(美亚4.3星好评) 欢迎打开这本《星际旅行终极指南》(2218年版)! “这本令人惊叹的太阳系旅游指南用浅显易懂的科学语言、发人深思的挑战和美丽的图像,把你带到各个天体上。这是一本属于每个有伟大梦想的人的床头之书!” ——斯科特·帕拉津斯基(Scott Parazynski),宇航员,Tech CEO,《苍穹之下》 (The Sky Below)作者
你所需要的只是一点点想象力、一点点好奇心,还有这本由著名的行星科学家吉姆·贝尔带来的《星际旅行终极指南》。它将带领你从太阳系及其周围的近地目的地出发,向着小行星带和太阳系外部飞去,远至新发现的太阳系外部的TRAPPIST-1行星系统。在这里,你会了解到关于外太空的丰富有趣的历史和科学知识、数据和信息,从北极光的成因到为什么泰坦为我们提供了一扇独特的、了解早期地球历史的窗口。 在这里你可以: 探索美丽的地质仙境——月球阿里斯塔克斯高原的熔岩管道 在水星的双日出度假村和水疗中心观看一场天体戏剧 参观火星并攀登整个太阳系中最高的火山——萨尔西斯火山峰 在福波斯的传统餐厅库奇纳·帕诺拉马一边享用浪漫晚餐,一边观赏火星的表面 出席一场得摩斯上的爵士音乐节——必定令人终生难忘 在令人惊叹的飞行之旅中,看著名的土星环在眼前放大 到冥王星的斜坡上,享受比木星系统更胜一筹的滑雪体验 在开往TRAPPIST-1的地球2.0号太空飞船上申请一个座位,不过这是一次可能需要一生的旅程,所以你要有多代思维模式。 从最受欢迎的地标,到各个景点的交通选择,再到旅途中不得不考虑的、包括酸雨和极端温度在内的危险,《星际旅行终极指南》将带你领略不可思议的外太空风光,也许有一天你真的能踏上这些星球。
作者简介:吉姆·贝尔(Jim Bell)博士是亚利桑那州立大学地球与太空探索学院的教授,也是纽约伊萨卡康奈尔大学天文系的兼职教授。

部分摘录:
宇宙的膨胀 黑夜星空,一眼望去,宇宙似乎一成不变。的确,浮云掠过月亮,天空绕着北极星旋转,天长日久,月亮盈亏圆缺,与行星一道,在恒星形成的背景上运动。但我们清楚,这些只不过是太阳系统内部的运动所产生的局部现象而已。在行星背后,恒星似乎静止不动。
事实上,恒星是运动的,运动速度高达每秒钟几百千米。因此,速度快的恒星一年内可运行约100亿千米。这比到最近的恒星的距离还少1000倍,所以它们在天空中的表面位置变化非常缓慢。(例如,被称为伯纳德星的这颗恒星的运动速度较快,它的距离约为5600万千米;伯纳德星以每秒89千米或每年280亿千米的速度穿越视线,即使是以这样的速度运行,它的表面位置在一年内也仅改变0.0029度。)天文学家称天空中临近恒星的表面位置变化为“自行”。较远的恒星在天空中的表面位置变化得非常缓慢,即使是用最耐心的观测法也无法检测到它们的自行。
在这里,通常会发现那种静止不变的印象只是我们的幻觉。接下来在本章中将要讨论的观测结果显示,宇宙实际上处于一种剧烈的爆炸状态,被称为星系的巨大宇宙岛正以接近光速的速度分离开来。另外,还可以从时间上往后推断这个爆炸,并认为所有星系的距离在过去同一时间一定比现在接近得多。事实上,它们是如此接近,无论是星系还是恒星,甚至是原子或原子核都无法单独存在。这就是被我们称为“早期宇宙”的时期,也是本书所要讨论的论题。
我们对宇宙膨胀的了解完全取决于这一事实,即天文学家能够直接沿视线方向测量发光体的运动,使用这种方法所得出的测量结果比从垂直于视线方向测量所得出的结果要准确得多。这一技术使用了大家所熟悉的一种特性,即多普勒效应,这是任何类型的波运动所共有的一种特性。当观察处于静止状态的波源的声波或光波时,各个波峰到达仪器的时间与它们离开波源的时间是相同的。如果波源正远离我们,那在连续波峰离开波源的这段时间里,它的到达时间会不断增加,因为每个波峰在到达这里之前,其路程都要比上一个波峰稍远。使用波长除以波速,即可得出各个波峰到达时的时间,因此,由正在远离的波源所发出的波长,似乎比波源处于静止状态时要长(具体来讲,波长的分数增加值是由波源速度与波速本身之间的比率决定的,参见书后数学注释1)。同样,如果波源正向我们靠近,那各个波峰到达时的时间则会缩短,因为每个连续波峰需要走的路程也在缩短,波长似乎也越来越短。这就好比一位推销员出发去旅行,在旅途中,他要每周定期寄出一封家书一样。当他离开家的时候,每封信的路程都比上一封稍远,因此他的信的到达时间也会相差一周多一点;当他返回家的时候,每封信的路程都比上一封稍近,因此它们到达的频率比每周一封要多。
目前,观测作用于声波上的多普勒效应并非难事。站在高速路边上,会发现高速行驶的汽车在驶来时的声音比驶离时的声音要高(即波长短)。多普勒效应是由数学教授约翰·克里斯蒂安·多普勒于1842年在布拉格实科学校首次提出的,其内容是关于光波和声波的状况。1845年,荷兰气象学家克里斯托弗·迪特里希·白贝罗通过一个有趣的实验检验了多普勒声波效应,他使用一个小号乐队作为运动声源,这个小号乐队站在火车敞篷车厢里面,火车从荷兰乌德勒支附近的乡村疾驰而过。
多普勒认为他的理论或许能解释恒星拥有不同颜色的原因。假设有一颗恒星正远离地球,其发出的光线将转变为较长的波长,因为红光的波长比可见光的平均波长要长,因此,这颗恒星可能看上去比其他一般恒星要红。同样,假设有一颗恒星正向地球靠近,其发出的光线将转变为较短的波长,那么,这颗恒星可能看上去更蓝。但白贝罗和其他人很快指出,多普勒效应实质上与恒星的颜色无关。的确,如果一颗恒星正远离地球,其发出的蓝色光将转变为红色,但同时,这颗恒星通常不可见的紫外光也会转变为可见光谱的蓝色部分,因此,整体颜色几乎保持不变。恒星的颜色不同,主要是因为它们的表面温度不同。
但无论如何,在1968年,当多普勒效应被应用于个体光谱线的研究时,的确对天文学产生过巨大的影响。若干年前,即1814—1815年,慕尼黑光学家约瑟夫·夫琅和费发现,当太阳光通过一条狭缝,然后再通过一个玻璃棱镜时,所产生的色谱上纵横交错着数百条黑线,每一条黑线都是狭缝的映像(实际上,早在1812年,威廉姆·海德·沃拉斯通就已发现了其中一些黑线,但当时并未进行深入研究)。黑线总是存在于同样的颜色中,每条黑线都与一个具体的光波长相对应。夫琅和费还在月亮和较亮的恒星光谱的相同位置发现了相同的黑色光谱线。他很快意识到,这些黑线是由某些特定波长光线的选择性吸收产生的,因为光是通过温度较低的外层表面穿过恒星热表面发射过来的。由于每条黑线都是由一个特定的化学元素选择性吸收光线产生的,因此,可以确定太阳上的元素,如钠、铁、镁、钙和铬,与在地球上发现的这些元素是相同的(现在所知道黑线的波长是指该波长的光子恰好通过适当能量将原子从低能量状态提升到激发状态的波长)。
1868年,威廉姆·哈金斯爵士指出,一些较亮恒星光谱中的黑线正从它们在太阳光谱中的正常位置向红或蓝的方向稍作偏移,他称之为多普勒偏移,这种说法非常准确,因为恒星正远离或靠近地球。例如,五车二恒星光谱中的每条黑线波长比太阳光谱中相对应的黑线波长要长0.01%;向红色方向偏移说明五车二恒星正以0.01%的光速,或以每秒30千米的速度远离我们。在接下来的几十年中,多普勒效应被用于日珥、双星以及土星环的速度研究。
通过多普勒偏移的观测结果来测量速度,是一种具有内在精确性的技术,因为可以更准确地测量光谱线的波长;用长达8位数的有效数字来表示波长并不少见。另外,无论光源有多远,只要夜空辐射背景下存在选择光谱线的足够光线,这一技术就能确保其精确性。
通过应用多普勒效应,使我们了解到本章开头所提到的星球速度的典型数值。多普勒效应还为我们提供了线索,了解邻近恒星的距离;如果能假设一个恒星的运动方向,那么通过多普勒偏移就能得出它穿过我们的视线以及沿我们的视线运行的速度,因此,如果能对恒星穿过天球以自行进行测量,即可得知它的距离。但只有当天文学家开始研究比可见恒星远得多的物体光谱时,多普勒效应才开始产生具有重大宇宙学意义的结果。鉴于此,我只好略微谈一下这些物体的发现情况,然后再回过头来讨论多普勒效应。
在本章的开头,首先讲到了夜空。除月亮、行星和恒星外,还有两个具有重大宇宙学意义的可见物体,或许我已提到过它们。
其中一个明亮耀眼,有时透过朦胧的城市夜空也能看见它。它是一条呈巨大圆圈状的光带,横跨天球,自古以来人们称它为银河。1750年,英国仪器制造商托马斯·赖特出版了一本著作,书名为《关于宇宙的独创理论或新假设》。他在书中提出,恒星位于一个平坦、厚度有限的厚板,即“磨石”之中,但却能够沿厚板平面的所有方向朝很远的距离延伸。太阳系就位于这个厚板内,所以,当我们从地球上沿厚板平面往外观察时,能够比在任何其他方向所观察到的光线多得多。这就是我们所看到的银河。
赖特的理论已得到证实。人们现在认为银河是一个由恒星组成的平盘,其直径为80000光年,厚度为6000光年。它还有一个由恒星形成的球形晕,直径近100000光年。通常情况下,人们估计其总质量约为太阳质量的1000亿倍,但有些天文学家认为,在延伸的球形晕中,可能还存在更大的质量。太阳系距离平盘中心位置约为30000光年,位于平盘中心平面稍靠“北”的位置。平盘以每秒高达250千米的速度旋转,并呈现出巨大的旋臂。总体而论,景象异常壮观,如果我们能从外部欣赏,那就再好不过了!通常我们将整个系统称为“银河系”,或从更大的角度将其称为“我们的星系”。
在夜空中,还有一个物体也具有宇宙学意义,但不如银河明显。在仙女星座中,有一个朦朦胧胧的块,平时不易发觉,但如果知道它的确切位置,在晴朗的夜空还是清晰可见的。波斯天文学家阿卜杜勒·拉赫曼·苏菲在公元964年曾撰写一书,名为《恒星录》。他在此书的一份名单中第一次用文字提到了这个物体的存在。他在书中将其描述为“小片云”。在望远镜出现之后,越来越多的这类延伸物体被人们发现,17世纪和18世纪的天文学家发现,这些物体妨碍了人们去研究真正令人感兴趣的东西——彗星。为了提供一份物体名单,帮助人们排除在搜寻彗星时不需要观察的物体,查尔斯·梅西耶在1781年出版了一个著名的目录,即《星云和星团》。天文学家至今仍按梅西耶编号称呼这个目录中的103个物体,比如,仙女星云是M31,蟹状星云是M1等。

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