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本书是一本宇宙学科普读物，从原子等微观粒子，到主序星、红巨星、白矮星等恒星，以及宇宙中的暗物质，作者一一进行了详尽地解读。本书将宏观的宇宙与微观的粒子相结合，用数学工具和想象力为读者描绘出婴儿宇宙、平行宇宙、创造粒子的“超弦”等奇异的概念。

前言 / 3

本书概要　/　8

第1章　探索宇宙

天文学与量子理论的结合　从微观看宏观 /　10

宇宙的规模　从宇宙到量子 /　12

古代的宇宙观　人类对宇宙的探知从未间断 /　14

地心说　到中世纪为止的宇宙观 /　16

日心说1　提出日心说的哥白尼 /　18

日心说2　打破宗教特权 /　20

宇宙的膨胀　宇宙在不断膨胀中 /　22

炽热的奇点　宇宙是从一个火球开始的 /　24

光的速度　宇宙为什么如此浩瀚 /　26

相对论　描述时空的相对论 /　28

爱因斯坦场方程式　爱因斯坦的宇宙论 /　30

专栏1　为什么夜晚是黑暗的 /　32

第2章　量子理论

原子论　人类想要了解万物的根源 /　34

量子理论的开端　发现非连续性现象 /　36

普朗克尺度　以普朗克的名字命名的基本单位 /　38

原子模型1　原子是西瓜还是土星 /　40

原子模型2　电子分散在轨道上 /　42

物质波　所有的物质都具有波动性 /　44

薛定谔方程式　用概率描述世界 /　46

不确定性原理　无法同时确定的位置与速度 /　48

量子理论的解释1　是神在掷骰子吗 /　50

光电效应　爱因斯坦所描述的光的粒子性 /　52

波动性与粒子性　展示电子波动性的实验 /　54

量子理论的解释2　玻姆的量子势能 /　56

隧穿效应　量子有一定概率可以穿过势垒 /　58

量子理论的解释3　玻姆对于隧穿效应的解释 /　60

自旋1　电子的自旋不是旋转的 /　62

自旋2　量子世界中的奇妙性质 /　64

泡利不相容原理　玻色子与费米子 /　66

超流体与超导体　奇妙的“超”现象 /　68

量子波动　能量可以在真空中波动 /　70

专栏2　身边的量子力学 /　72

第3章　恒星的进化

元素的起源　我们都是恒星的一部分 /　74

元素分析　了解构成恒星的元素 /　76

恒星的一生　质量决定了恒星生命的长短 /　78

主序星的核聚变反应　太阳内部产生的核聚变 /　80

红巨星的核聚变反应　红巨星是制造元素的工厂 /　82

白矮星　简并压支撑着的白矮星 /　84

超新星爆炸1　连接新一代的大爆炸 /　86

超新星爆炸2　通过超新星爆炸测量距离 /　88

中子星1　中子星是巨大的原子核 /　90

中子星2　构成中子星的奇妙粒子 /　92

黑洞1　连光线都能吸进去的时空旋涡 /　94

黑洞2　黑洞也会消失 /　96

星际气体　恒星的终结是新恒星的诞生 /　98

专栏3　夸克星的可能性 /　100

第4章　观测到的最新的宇宙状态

电磁波　在宇宙中旅行的电磁波 /　102

发现黑洞　找到看不见的黑洞 /　104

银河系的构造　恒星汇集而成的银河系 /　106

宇宙射线的起源　超高能量宇宙射线之谜 /　108

伽马射线暴　来自银河系外的神秘射线 /　110

红移　通过光谱了解膨胀速度 /　112

宇宙背景辐射　证明宇宙大爆炸理论的噪音 /　114

WMAP　空间探测器发现的波动 /　116

暗物质1　银河旋转之谜 /　118

暗物质2　已判明的暗物质分布 /　120

暗能量　加快宇宙膨胀速度的神秘能量 /　122

宇宙的构成要素　宇宙的96%还不为人所知 /　124

宇宙大尺度结构　微观的波动形成宏观的构造 /　126

大型对撞机　重现早期宇宙的实验 /　128

专栏4　对撞机能制造出黑洞吗？ /　130

第5章　粒子标准模型

粒子标准模型　粒子的基础概念 /　132

强子　夸克构成的强子 /　134

相互作用力　宇宙中的4种相互作用力 /　136

反粒子　量子理论与相对论结合后的推论 /　138

强相互作用力　强相互作用力让太阳发光 /　140

超子　奇异的原子核 /　142

弱相互作用力　打破能量守恒定律？ /　144

未发现的粒子1　传递引力的引力子 /　146

未发现的粒子2　产生质量的希格斯粒子 /　148

CPT对称性　物理定律所带有的对称性 /　150

对称性破缺　对称性破缺会在宇宙中留下物质 /　152

专栏5　粒子探究之旅 /　154

第6章　宇宙的历史

宇宙的进化　从“无”开始的137亿年的宇宙史 /　156

宇宙图　根据宇宙史绘制的宇宙图 /　158

宇宙的加速膨胀　宇宙的膨胀正在加速 /　160

星系的布局　宇宙大尺度结构 /　162

星系的形成　星系是宇宙的基础单位 /　164

恒星的形成　宇宙中第一个点亮的恒星 /　166

宇宙放晴　38万年后，视线开朗的宇宙 /　168

元素的产生　存在于早期宇宙的氢和氦 /　170

强子的产生　用强大的力量将夸克封闭起来 /　172

反物质之谜　为什么只有物质被留了下来 /　174

宇宙大爆炸　高温、高密度的火球宇宙 /　176

专栏6　宇宙背景辐射的发现之路 /　178

第7章　量子宇宙学

奇点理论　时光倒流的话，宇宙会变成一个点吗 /　180

暴胀　真空能量引起的扩大 /　182

时间的概念　时间的概念随理论一同变化 /　184

霍金的宇宙论　从无边界开始 /　186

宇宙诞生以前　宇宙诞生前是什么样的 /　188

专栏7　薛定谔的猫 /　190

第8章　统一场论

理论物理与宇宙观测　发展理论物理的关键在于对宇宙的观测 /　192

标准模型的局限　中微子振荡动摇了标准模型 /　194

相互作用力的统一　物理学家们的梦想是相互作用力的统一 /　196

暗物质　暗物质是新粒子的备选吗 /　198

圈量子引力理论1　将相对论量子化的圈量子引力理论 /　200

圈量子引力理论2　圈量子引力理论与宇宙学 /　202

超弦理论1　超弦理论的成因 /　204

超弦理论2　弦能解释世上的一切 /　206

M理论　从超弦理论到M理论 /　208

五维时空　宇宙不是四维的吗 /　210

专栏8　诺贝尔物理学获奖者与量子理论 /　212

第9章　宇宙的今后

多重宇宙　宇宙只有一个吗 /　214

宇宙的未来1　宇宙在膨胀还是在收缩呢 /　216

宇宙的未来2　膨胀中的宇宙的未来 /　218

索引　/　220

竹内薰。1960年生于东京。爱猫科学作家。在东京大学理学系毕业后，又拿到了麦吉尔大学（加拿大）的理科博士学位。除了撰写一些科技类图书，还担任电视台的评论员、广播电台的主持人，解说数学类节目，并为报刊杂志撰写小专栏，参加各种各样的科普活动。 他的著作有《猫耳少女的量子理论》、《主见过强的人和没有主见的人》、《成就卓著的科学家们》（以上为PHP研究所版权所有）、《驹大数学特别集中讲座》（与他人共同编著，扶桑社版权所有）、《狄奥尼修之耳》（德间文库版权所有）等。 蒋?S 专业审校 现为丹麦哥本哈根大学玻尔研究所博士后研究员。2015年获得美国加州大学戴维斯分校博士学位，曾获2013年全美 LHC-TI项目荣誉研究生奖学金，2014年度国家优秀自费留学生奖学金以及加州大学优秀毕业生杰出学术成就奖等多项大奖和荣誉 。 研究领域为超标准模型的粒子物理以及粒子宇宙学，已在希格斯物理、超对称物理、暗物质、额外维时空以及有效场理论等方向开展研究。目前主要致力于研究与早期宇宙相关联的粒子宇宙学问题。至今在国际一级学术刊物上发表论文二十余篇（包括高影响因子的物理评论快报两篇），论文总引用数近千次，同时担任JHEP, Phys. Rev. D, Nucl. Phys. B, Mod. Phys. Lett. A等国际一级期刊论文审稿人。

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书籍介绍

本书是一本宇宙学科普读物，从原子等微观粒子，到主序星、红巨星、白矮星等恒星，以及宇宙中的暗物质，作者一一进行了详尽地解读。本书将宏观的宇宙与微观的粒子相结合，用数学工具和想象力为读者描绘出婴儿宇宙、平行宇宙、创造粒子的“超弦”等奇异的概念。