[醉染正版]宇宙从哪里来(从量子物理学到宇宙结构) 宇宙科普读物 天文学 量子力学 物理学 浩瀚宇宙大奥秘 科普类启蒙书

本书全面阐述宇宙从哪里来，涵盖宇宙起源、发展及未来。*章介绍宇宙的起源，讲述了描述宇宙*初阶段的大爆炸理论与暴胀理论，以及轻元素的诞生过程。第二章介绍当今的宇宙，讲述了恒星的演化、终结与形成重元素的核反应过程。第三章介绍宇宙的归宿，讲述了描述恒星、黑洞、宇宙的*终状态的理论。第四章介绍了尝试统一量子力学与广义相对论的万物理论，讲述了它的几种可能的形式。

书中巧妙地将量子和宇宙结合，尽管二者有天壤之别，但书中展示了它们之间千丝万缕的关联——*大尺度上的宇宙运转与*小尺度上的量子作用其实是紧密相连的。同时，本书还讲解了微观的现象如何影响宏观的理论。书中没有公式，而是从量子物理学的独到视角讲宇宙学，涉及了量子力学、宇宙学和自然哲学等，并用了很多巧妙、通俗的比喻，使复杂的科学原理易于理解。本书适合宇宙学、物理学爱好者阅读。

量子和宇宙

*章：宇宙的量子起源

 宇宙从何而来？

 宇宙为何如此平滑？

 宇宙中为什么会有物质？

 元素从何而来？

第二章：宇宙的量子现实

 如何揭示太空的化学成分？

 我们体内的化学元素从何而来？

 为什么垂死的恒星会粉碎自身？

 整个宇宙是量子的吗？

第三章：宇宙的量子未来

 为什么黑洞不是所有恒星的结局？

 物质会永远存在吗？

 黑洞会永远存在吗？

 宇宙的终结会是真正的终点吗？

第四章：量子宇宙的未来

 我们已探讨了什么？

 万物理论可能是什么样子？

 万物理论会引导我们走向何方？

 前进的道路上还有哪些阻碍？

致谢

关于作者

克里斯·费里，加拿大人，80后，毕业于加拿大名校滑铁卢大学，取得数学物理学博士学位，研究方向为量子物理专业。读书期间，克里斯就在滑铁卢大学纳米技术研究所工作，毕业后先后在美国新墨西哥大学、澳大利亚悉尼大学和悉尼科技大学任教。至今，克里斯已经发表多篇有影响力的学术论文，多次代表所在学校参加国际学术会议并发表演讲，是当前火热的量子物理学领域冉冉升起的学术新星。

同时，克里斯还是4个孩子的父亲，也是一名非常成功的少儿科普作家。2015年12月，一张脸书上的照片将克里斯·费里推向全球公众的视野。照片上，脸书创始人扎克伯格和妻子一起给刚出生没多久的女儿阅读克里斯·费里的一本物理绘本。这张照片共收获了全球上百万的赞，几万条留言和几万次的分享。这让克里斯·费里的书以及他自己都受到了极大的关注。

杰兰特·F.刘易斯是澳大利亚悉尼大学的天体物理学教授，他在那里探寻宇宙的黑暗面，即主导宇宙演化的暗物质和暗能量。他为学生教授物理学和宇宙学，并著有两本关于宇宙以及科学如何运作的畅销书。他也会定期向全世界的观众讲述宇宙的奇迹。另外，他*感兴趣的基本力是弱相互作用力！

量子和宇宙

有人说，宇宙的*不可理解之处是它居然是可以被理解的。当然，我们还没有完全理解它——至少现在还没有。

宇宙里还有许多不为人知、神秘莫测的事物。但是对于刚刚从猿类进化而来的人类来说，相较于上百亿年的宇宙演进史，人类的文明只占其中短短的几千年，所以人类对宇宙的了解其实已经很多了！

在过去的几个世纪里，我们成功地破解了宇宙中的许多奥秘。我们发现，那些决定世间万物的演化方式、支配物体之间相互作用的规律并非是用文字来书写的，而是被数学方程式描写的。400年前，伽利略、开普勒和牛顿踏出了探索宇宙的*步。从那时开始，宇宙的数学秘密就被我们一点一点地揭示开来。那些看似神秘的现象，例如电和磁、物质和光、热和能量逐渐被探索、定义、解释，并*终在美妙的数学方程式中得到阐述。

到19世纪末，物理学似乎马上就要迎来大结局。据说，开尔文勋爵曾说过：“科学上已没有什么新东西可以探究了，剩下要做的就是以越来越高的精度进行测量。”

但这种守成的科学思想很快就站不住脚了。一系列科学革命可以追溯到20世纪之初，那时，一位42岁的德国物理学家试图理解这个世界。

马克斯·普朗克试图寻找物体被加热后发光的原因。当然，许多东西被加热后只会燃烧（一种物质转化为另一种物质的化学反应）。但如果你见过铁匠打马蹄铁或者火堆里的铁棍，你就会知道加热的金属会发光。刚开始，它会发出玫红色的光芒，但随着温度的升高，金属会变成蓝白色。那么问题来了，被加热的金属的颜色为什么是这个样子？

普朗克并没有用一些笼统的含糊其辞的术语来解释加热后金属的颜色。他想更准确地描述观察到的热金属的颜色——为什么红色比蓝色多？当加热某物时，它会先变成红色，然后再变成蓝白色。为什么会这样？他的内心渴望得到答案。

普朗克并不是*个尝试回答这个问题的人，但在他之前的每个人都失败了。那些物理学家按照自己所理解的物理定律推导热金属颜色的数学公式。他们知道光是由于金属内部的微小电荷（我们现在知道是电子）来回振荡而发出的。而加热金属会给这些小电荷更多的能量，因此它们会更剧烈地振荡，发出更多的光。这使科学家意识到，发光的颜色与振荡的电荷之间应该存在千丝万缕的联系，因此他们研究的关键在于确认热现象所具有的能量如何影响电荷的振荡。

不幸的是，他们的数学公式推演失败了。科学家可以正确地解释热金属发出的光中能量较低、波长较长的红光的总量。然而他们的数学公式显示，能量更高的蓝光的总量应该比红光的总量更多，这与实验结果相悖。同时数学公式也预言，在热金属发出的光中应该会存在比蓝光能量更高的辐射，比如紫外线、X射线和伽马射线，而它们在实验中根本就没有被观测到。这些疑难被称为“紫外灾难”，它标志着经典物理学对这个世界的认识存在局限性。

普朗克一开始也处于失败的边缘，这促使他尝试采用了一些激进的物理思想。这其实挺出人意料的，因为普朗克是一个保守的人（正如同为物理学家的马克斯·玻恩在普朗克的讣告中所描述的那样），他对猜测持怀疑态度。激进不是他的天性，但他觉得自己别无选择。因为他无论如何也无法根据自己所理解的物理定律去解决热金属的颜色问题。

量子假说

普朗克的想法是：考虑电荷的振荡是离散的，以不可分割的一份一份的形式出现。用“离散”来形容电荷的运动看上去可能是一种很奇怪的说法，但如果你把它换成金钱，就很容易理解。想象一下，现在你有一堆1美元的钞票。如果我让你从这堆钱中数出一部分，你总是会得到整数的金额，如0美元、1美元、2美元……在只有一堆1美元钞票的前提下，你永远不会数出1.23美元这个金额，除非你把钞票撕碎——这实在是个坏主意！

普朗克假设：在一个炽热的物体中，电荷的振荡模式是离散的，就像在一堆1美元的钞票中数钱一样。电荷的振荡被禁止在这些离散模式之间连续变化。虽然当我们在谈论物理定律和理论时使用“禁止”这样的词可能有点奇怪，但我们想说的是，普朗克只是把这些奇怪的新规则写入了他的数学公式当中，来看一看这能推导出什么样的结论。他一开始其实也不知道为什么会有这样的规则。

P1-3

基本粒子和宇宙这些本源问题，就是基础物理旨在回答的，也是本书将为读者展现的内容。虽然这些内容看起来有点难，但是，本书将用通俗易懂的语言，讲清楚这些基本问题。一本好书在手，无须多说，让我们一起阅读，一起探索宇宙吧。

——王一，香港科技大学物理学系副教授，著有《一说万物》

不积跬步无以至千里，我们的宇宙也是起源于一个*小的单位——量子。这本书回顾了宇宙的量子起源、现在和未来，还在*后对理论的前沿量子引力做了讲述，让我们从量子的角度认识宇宙。量子知识看似晦涩难懂，然而本书写作有趣、通俗，很值得一读。

——苟利军，中国科学院国家天文台研究员，中国科学院大学教授

探明宇宙的身世，是人类智慧的骄傲。本书有条不紊地讲述了侦破这个案件的曲折历程，不仅追溯“宇宙的起源”，而且预言“宇宙的未来”，在这场“宇宙秀”的中心位，则蹲守着小得无法看到却又无比重要的东西——量子。当然，我们并非已经知晓一切，书中同样交代了前进道路上还会遇到的障碍。如此言简意赅地阐明量子物理学和宇宙结构的关系，乃是本书不同凡响的一大特色。

——卞毓麟，天文学家，科普作家，著有《星星离我们有多远》

你再也不会以同样的方式看待宇宙了。

——查德.奥泽尔（Chad Orzel），国际热销书作者，著有《与爱因斯坦共进早餐》和《如何跟你的狗聊量子物理》

一趟了解我们神奇宇宙的求知旅程，内容全面并且易于理解。

——马库斯.乔恩（Marcus Chown），著有《奇怪的知识增加了》

从量子到宇宙，揭秘宇宙的奥秘！物理学教授克里斯·费里和杰兰特·F.刘易斯带你探索宇宙的起源和未来，领略量子物理学与宇宙结构的神奇融合！

以量子物理学为视角，深入浅出地解读宇宙的演化和未来，让你对宇宙的认知达到新的高度！

无论你是宇宙学爱好者还是物理学迷，这本书都将带给你新的视野和思考方式。