相対論がもたらした時空の奇妙な幾何学

相対論がもたらした時空の奇妙な幾何学 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:早川書房
作者:アミール・D. アクゼル (著)
出品人:
页数:0
译者:林 一 (翻訳)
出版时间:2002,10
价格:1900円(+税)
装帧:
isbn号码:9784152084460
丛书系列:
图书标签:
  • 七戸優
  • 相対性理論
  • 時空
  • 幾何学
  • 物理学
  • 科学
  • 宇宙論
  • 重力
  • ブラックホール
  • 時空の歪み
  • 現代物理学
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具体描述

相対性理論は物理学の前提を覆し、まったく新しい次元の世界をわれわれに提示した。本書はその成り立ちを、豊富な取材と歴史的な資料をもとに生々しく追ったものである。そこからは、ひとつの偉大な発見をめぐる人間模様がスリリングに浮かび上がってくる。たとえば、この革新的な理論の魅力は、ある1人の数学者を狂わしめ、未完成であった理論をわがものにしようと剽窃(ひょうせつ)まがいの行動に至らしめてしまう(驚くべきことにその数学者こそ、20世紀最大の数学者とよばれたヒルベルトである)。また、彼の理論を実験的に検証したエディントンを迎えたイギリスは、この理論を現実のものとしたのは自らの事業であるとアインシュタインを招待しないばかりか、実験成功についても彼に一切知らせずに検討会議を開き、世界に向かってその成功を発表してしまう。

本書では、神格化されていない、ひとりの人間としてのアインシュタインの姿も知ることができる。たとえば、自らの理論を実験的に実証してもらうため、ひとりの天文学者にへつらい、期待し、やがてその能力がないと知るや辛辣な態度に変ずる彼の姿や、提案した方程式に対する批判が集中し、批判を撃退しようと躍起になる姿などがみえてくる。彼もひとりの人間であったのだ。

しかし、宇宙の成り立ちについては神に近い領域で理解していたようである。彼は宇宙が膨張していることを、ハップルが天体観測の結果から発見する前に理論により予想していた。しかし、彼はそれを単純に信じず、宇宙が静的なものとなるよう理論に巧妙に手を加えてしまう。そして、そこに批判が集中するやそれを引っ込め封印してしまう。だが、彼の直感は正しかった。最近になって人類はやっと彼の直感した「巧妙なしかけ」が宇宙にあるらしいことに気づいてきた。

本書は、この最新宇宙論が示唆する宇宙の「巧妙なしかけ」についてもかなり力を入れて解説している。質のよいノンフィクションであり、また、最新の宇宙論の解説書でもある。(別役 匝)

アインシュタインの構築した理論は、第1次大戦中に「光が太陽の近傍を通るときに湾曲する」ことを予言したばかりか、20世紀末の現代宇宙論における大発見さえも予見していた。その驚異ともいえる先見性は、理論物理学者としてのアインシュタインの閃きもさりながら、リーマンをはじめとする天才数学者の、現実を超越しているとしか思えなかった高等数学に源があったのだった。一般相対論完成に至るまでのアインシュタインの人間らしい歓喜と苦悩をも最新資料を駆使して再現、数学と物理学がいりまじって創りあげる世界の魅力を余すところなく伝える、アクゼル一流のノンフィクション。

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好的,这是一份关于一本名为《宇宙的低语:黑洞、引力波与时空结构的终极奥秘》的图书简介,旨在不涉及原书主题的情况下,提供一份详尽且引人入胜的内容概述。 --- 宇宙的低语:黑洞、引力波与时空结构的终极奥秘 导言:探寻宇宙的边界与不可见的力量 自古以来,人类便仰望星空,试图解开宇宙的宏大谜题。从地心说到日心说,每一次认知的跃迁都伴随着对“空间”与“时间”理解的根本性颠覆。本书《宇宙的低语:黑洞、引力波与时空结构的终极奥秘》,并非重复已知的理论框架,而是将焦点投向当代天体物理学最前沿、最令人震撼的领域:那些塑造了我们宇宙形态,却又难以直接观测的极端现象。 本书旨在为对宇宙深层结构抱有强烈好奇心的读者,构建一座从基础概念到尖端发现的桥梁。我们将深入探讨那些在极端引力场中诞生的宇宙怪兽——黑洞的本质、它们如何“吞噬”光线和信息,以及围绕它们的量子效应。同时,我们将追溯引力波——时空自身的涟漪——的发现历程,理解它们如何为我们打开了观测宇宙的新“耳朵”。这不是一本简单的教科书,而是一场关于宇宙极限状态的哲学思辨与科学探索之旅。 第一部分:时空的织布机——极端引力环境的再认识 当我们谈论宇宙的结构时,往往想到的是恒星、星系和星系团的分布。然而,在这些宏伟的尺度之下,存在着力量更为原始、几何结构更为扭曲的区域。本部分将细致描绘这些“时空织布机”的运作方式。 1.1 黑洞的诞生与核心奥秘:奇点的几何学 黑洞,这个一度被认为是数学想象的产物,如今已是宇宙中确定无疑的存在。本书将从恒星的死亡轨迹入手,解析超新星爆发如何坍缩形成不同质量的黑洞——从恒星级到超大质量黑洞。我们关注的重点并非其“吸积盘”的壮观景象,而是其内部结构和边界的几何特性。 我们将详细剖析事件视界(Event Horizon)的数学描述。它不仅仅是一个“不归点”,更是时空曲率达到无穷大临界值的物理体现。通过对史瓦西(Schwarzschild)解和克尔(Kerr)解的深入探讨,读者将理解旋转如何极大地改变了视界的形状和内部的时空拖曳效应(Frame-Dragging)。我们还将引入奇点的概念,探讨是否存在一种超越现有物理学的机制能够避免或解释这个密度无限大的点,以及它对信息守恒定律的挑战。 1.2 霍金辐射与信息的悖论:量子场论的边缘实验 黑洞并非完全“黑”的。史蒂芬·霍金提出的辐射效应,是广义相对论与量子场论交汇的产物。本章将以直观的方式解释虚粒子对的产生与湮灭,以及它们如何在事件视界附近分离,导致黑洞缓慢“蒸发”。 本书将聚焦于信息悖论:如果信息被吸入黑洞,并最终随着霍金辐射的蒸发而消失,这是否意味着量子力学的基本原则被打破?我们将梳理目前主流的理论尝试,例如火墙假说(Firewall Hypothesis)和软毛(Soft Hair)理论,分析它们试图如何“标记”或“保存”落入黑洞的物质信息,从而维护物理学的一致性。 第二部分:时空的震颤——引力波的探测与宇宙学意义 引力波,是爱因斯坦预言的时空涟漪,是宇宙中最剧烈事件(如黑洞合并)所产生的能量释放。本部分将详述人类如何从理论预言走向实际捕捉,以及引力波数据如何重塑我们对宇宙演化的认知。 2.1 从“噪音”到“信号”:引力波探测的技术突破 引力波的强度极其微弱,对探测设备的要求达到了人类工程技术的极限。我们将回顾激光干涉引力波天文台(LIGO)和室女座干涉仪(Virgo)的设计原理,重点阐述如何通过激光的相位变化来测量比原子核直径小万亿分之一的时空形变。 详细分析探测过程中克服的固有挑战,包括地面振动、量子噪声(散粒噪声)以及热噪声。理解这些极限技术,是理解首次探测到的GW150914信号的意义所在。 2.2 宇宙的“新电磁波谱”:引力波天文学的兴起 引力波的出现,意味着我们不再仅仅依赖电磁波(光、射电、X射线等)来观测宇宙。引力波提供了观察不发光或被遮挡的事件的独特窗口。 本书将重点讨论双黑洞并合(BBH)和中子星并合(BNS)事件的引力波特征。特别分析中子星并合事件(如GW170817)如何同时发出引力波和电磁信号(千亿年伽马射线暴),这为测量宇宙膨胀速度——哈勃常数——提供了全新的“标准汽笛”(Standard Siren)方法。我们还将展望未来探测器(如LISA)在探测超大质量黑洞合并和早期宇宙背景引力波方面的潜力,这些低频信号有望揭示宇宙诞生后瞬间的物理状态。 第三部分:时空几何的极限:宇宙学与基础理论的交叉点 本书的最后部分,将视角提升到更宏观的层面,探讨极端引力现象对我们理解宇宙整体结构和时间本质的深刻影响。 3.1 虫洞的可能性:时空捷径的理论基础 虽然目前仍停留在理论推测阶段,但虫洞(Wormholes)——连接时空中遥远区域的理论桥梁——是广义相对论在几何学上的一个迷人推论。我们将探讨穿越虫洞所需的条件,特别是对负能量密度(或称异物质,Exotic Matter)的需求。 讨论重点在于,这种“负能量”是否可能在量子尺度上实现(例如卡西米尔效应),以及是否存在任何可行的理论机制来维持虫洞的喉部张开,使其不立即坍缩。这部分内容是对时空拓扑学可能性的哲学延伸。 3.2 早期宇宙的引力印记:宇宙暴胀与引力张量扰动 在宇宙大爆炸后的极短瞬间,宇宙经历的暴胀(Inflation)过程被认为是平坦、均匀宇宙的成因。本书将探讨暴胀理论如何预测了时空中微小的张量扰动(Tensor Perturbations),这些扰动会以特定的B模式偏振光的形式残留在宇宙微波背景(CMB)中。 深入剖析对B模式的搜寻,是如何成为检验不同暴胀模型、并可能触及量子引力效应的试金石。追踪这些微弱的信号,是人类试图回溯到宇宙“婴儿期”最直接的尝试。 结语:未完待续的探索 《宇宙的低语》带领读者穿越了黑洞的视界,聆听了时空的呻吟,并展望了未来观测的图景。我们所揭示的这些极端现象,无一不挑战着我们对“实在”的日常认知。时空并非一个被动的舞台,而是一个充满动态、扭曲和涟漪的实体。本书的价值,在于激发读者继续关注这一领域的发展,因为宇宙的低语仍在继续,而每一次新的探测,都可能再次重写我们关于空间、时间乃至存在的根本假设。 ---

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读后感

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用户评价

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我必须指出,这本书的排版和图示的使用,是我阅读体验中一个显著的亮点。在讨论高维几何和张量分析时,抽象的符号很容易让人迷失方向,但作者似乎深谙此道,配图不仅数量多,而且选取得异常精准。那些辅助理解曲线坐标系、平行移动概念的示意图,往往能在我理解文字描述陷入僵局时,提供一个清晰的视觉锚点。尤其是一些关于时空测绘的插图,它们用简洁的线条勾勒出了复杂的空间扭曲,极大地降低了理解门槛。这表明作者对读者的学习曲线有着深切的同情心,认识到纯粹的代数推导往往需要强有力的图形支持。这种对教学辅助手段的重视,使得即便是涉及到相对论中最核心的、最难啃的几何部分,也能保持一种相对流畅的阅读体验。

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这本关于时空几何的书籍,给我的阅读体验带来了一种奇特的震撼感,仿佛置身于一个由爱因斯坦的深刻洞察所构建的迷宫之中。作者对于数学概念的阐述,并非那种枯燥的教科书式讲解,而是以一种近乎诗意的笔触,描绘了弯曲时空在宏观尺度上所展现出的令人叹为观止的景象。我尤其欣赏书中对于那些看似抽象的几何结构,如何通过巧妙的比喻和深入浅出的逻辑推演,变得触手可及。例如,在探讨引力如何被理解为时空自身的弯曲时,那种将物理实在与纯粹的数学形式紧密结合的叙述方式,极大地激发了我对宇宙本质的好奇心。它不仅仅是在解释理论,更像是在引导读者亲手去“触摸”那个被引力场塑造的四维结构。阅读过程中,我多次停下来,反复咀嚼那些关于测地线和曲率张量的描述,那种智力上的挑战与随之而来的豁然开朗的感觉,是极其过瘾的。这本书成功地架起了一座桥梁,连接了尖端的理论物理与对世界运行规律充满敬畏的普通求知者。

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这本书最让我印象深刻的,是它在处理“奇点”和“视界”这些极端物理概念时的那种冷静而又充满张力的叙述风格。它并没有过度渲染这些现象的神秘性,而是冷静地剖析了支撑它们存在的几何学基础——那些在数学上完美的方程解是如何在现实中坍缩或扩张出我们难以想象的边界。作者在描绘黑洞视界周围时,那种空间和时间坐标系彻底颠倒的描述,读起来让人脊背发凉,仿佛真切地感受到了信息被永久隔绝的绝望感。这种对物理“边界”的细致考察,远超出了纯粹的理论推演,它触及了我们对确定性和可观测性的根本认知。这种将冰冷的数学工具应用于描述宇宙中最极端情景的能力,充分展现了物理学的魅力,这本书无疑是这方面探讨的优秀范例。

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总体而言,这本书为我打开了一扇通往另一个维度的门,但这条路并不平坦,需要读者付出持续的专注力。它更像是邀约一位有经验的向导,进入一片既壮丽又充满陷阱的奇异地貌中探索,而非提供一份详尽的旅游指南。我从中汲取的知识广度是惊人的,它让我对引力场这一概念的几何本质有了更深刻的体悟。然而,对于那些期待能找到明确“从A到B”的习题解答或明确的计算步骤的读者来说,这本书的侧重点明显不在那里。它更偏向于构建一个宏大的、概念性的理解框架,鼓励读者自己去填补细节的空白。这是一种高风险高回报的阅读选择,对于拓展视野、培养对宇宙结构几何美感的理解,它无疑是极佳的读物。

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坦白说,我期待这本书能提供更清晰的路径图,来导航爱因斯坦理论的复杂性,但它似乎更偏向于一种哲思性的漫游,而非严谨的路线规划。书中对于时空概念的讨论,虽然在深度上毋庸置疑,但叙事的节奏变化有些过于剧烈。前一章还在细致描绘黎曼几何的微小细节,下一章却突然跳跃到宇宙学尺度的宏大叙事,这让我的思维需要频繁地进行“情景切换”。我感觉作者在试图将所有可能相关的思想都塞进这本书里,导致某些关键转折点显得有些仓促和含糊。对于一个希望系统学习相对论几何基础的读者来说,这种跳跃性阅读体验,有时会让人感到抓耳挠腮,迫切需要更多的中间步骤来巩固刚刚建立起来的概念框架。不过,也正因为这种“不拘一格”的叙述,它提供了一种不同于标准教材的、更具探索趣味的视角,适合那些已经具备一定基础,寻求不同解读的读者。

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