三思文库科学前沿系列·宇宙之海的琏漪：引力波探测 [Ripples on Cosmic Sea:The Search for Gravitational Waves] 下载 mobi epub pdf 电子书 2024

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内容简介

《三思文库科学前沿系列·宇宙之海的琏漪：引力波探测》被誉为“大西洋两岸最好的科普作家”，保罗·戴维斯特邀主持。早在80年前，爱因斯坦就预言了引力波的存在。时至今日，引力波仍没有被直接探测到。然而，科学家们却极力肯定它的存在 井在世界各地投入巨资建造大型探测器，希望借此倾听来自宇宙深处的声音。人们期盼有朝一日能亲耳听到恒星的爆炸、中子星的合并、黑洞的创生，或许由此我们能弄明白眼前的宇宙为什么会是这样。
从事引力波研究的专家，西澳大学的大卫·布莱尔和作家杰夫·麦克纳玛拉联袂给我们讲述了一个动人心魄的捉迷藏游戏。

内页插图

目录

序
致谢
前言 “你知道吗，空间是弯曲的”
引言 为什么要探测引力波了
第一章 空间、谬误与几何
第二章 牛顿空间与爱因斯坦宇宙
第三章 引力理论
第四章 宇宙镜
第五章 波动
第六章 星体在深夜爆炸
第七章 脉冲星的光临
第八章 脉冲星佐证引力波
第九章 黑洞和时间伊始
第十章 引力波探测者
第十一章 超级探测器
第十二章 引力波的曙光
第十三章 新进展和新走向
第十四章 引力波天文学展望
尾声 “奇想的馈赠”

精彩书摘

第一章 空间：谬误与几何
什么是空间？空间并不仅指介于恒星和行星之间的虚空，也不仅指外层空间和内层空间两种概念，更不仅指物体与物体之间的虚空，而是指物体自身所占有的空间。我们对空间这个概念已司空见惯，因为我们就生活在空间里并在空间里活动。也许正因为我们太习惯于这个词了，因而便对“什么是空间”这个问题不会有过深的认识。
现代物理学将空间和时间的概念统一成四维时空。然而，什么是时间呢？是否像携带着我们顺流而下的河流？亦或像我们正在其上旅行的高速公路？不管它是什么，我们当中的大多数都会产生这样一种感觉，过生日的时候感到它流逝得太快了，遇到塞车时又觉得它走得太慢。然而，在我们尖刻地指责时间的时候，我们是否知道时间究竟是什么呢？非常有趣的是，在长途旅行中，我们总是抱怨时间过得太慢，而不会说空间太大。事实上，两者是紧密联系在一起的，这也是为什么把时空看成一个概念的理由。
有鉴于此，我们是否可以把空间定义为物质世界中的物体赖以存在的虚空？如果是这样，那么我们是否又可把时间定义为所有事件均可在其中发生的虚无？肯定不行！我们想向你表明的是，时空是充满真实物体的。尤其是，时空是有弹性的。理解时空的弹性有助于我们理解引力和引力波。没有人真正知道为什么时空富有弹性，也许正因其有弹性，宇宙才会比大多数人所能想象的更离奇，也更有趣。时空的弹性使引力波能够以光速穿行于宇宙之中，从而提供我们有待开发的全新的波谱一一引力波。
我们从小就习惯于常规上给时间和空间在本质上所下的定义。在学校里学数学时，老师教给我们笛卡尔坐标系一一X轴和Y轴，以及由垂直线所构成的方形网格，我们便依靠这种网格在坐标系中标注物体移动的路径及物体所处的方位。每当看到大街上随处可见的方位图时我们经常想到这种概念。学习几何时，老师又教给我们诸如三角形的内角之和为180度、平行线无限延长永不相交等等一些被欧几里得早已证明过的定理。学习物理学时，老师教会我们运用通常称为伽利略和牛顿的相对论原理，并运用之对速度进行加减。我们也从正规或非正规的渠道学习到，如果一个人以每小时10公里的速度奔驶在一列以每小时60公里速度飞驶的列车上，我们可根据这个人的跑动方向得出这个人相对于地面的运动速度等于每小时50公里或70公里。
由于人们从小就被灌输已有2200年历史的欧几里得几何与逾300年历史的伽利略和牛顿物理学，难怪很多人在现代物理学面前不知所措，因为没有人告诉他们，这些所谓的古训或常理性知识事实上是错的，或从根本上就错了。起因是这些所谓的常识本身就建立在错误的假设上并使人们不去思考其错误所在，从而使现代物理学看起来扑朔迷离、诡不可测。造成此种现象的症结之一是，这些虚假的理论在日常生活中乍一看又是正确的。这就是问题所在，正是这些不正确的假设妨碍了我们对广义宇宙的本质的理解。
托勒密（Ptolemy）教育我们说，地球是宇宙的中心，太阳围绕着地球旋转，行星围绕地球作复杂的同心轮式旋转，也就是说，一个轨道套在另一个轨道之内。这种理论当初曾被普遍接受，因为它能预测太阳、月球和行星的运动。例如，你可以利用这种理论预测一年中金星成为昏星或晨星的具体时间，你还可以用之预测火星和木星在不同星座中的运动轨迹。
事实上，用这种理论进行预测并不能说明地球就是宇宙的中心。据此，哥白尼提出了一种更为简单也更为准确的理论替代了托勒密。他轻描淡写地指出，地球只不过一个与其他行星毫无二致的行星。几个世纪之后，实验证明哥白尼是正确的。今天，托勒密的理论在教科书中只是作为研究的历史而不是作为知识进行传授。
同样，这么些年来，我们关于空间本质的认识一直在改变。早在18世纪20年代高斯就对欧几里得几何提出了质疑。他拒绝接受欧几里得的平面几何，认为空间的几何性质不能用一张平坦无奇的白纸进行表现。18世纪50年代，高斯的学生黎曼发展了曲面空间几何理论，指出欧几里得几何只是很多广义几何的一个特例。
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