[正版]宇宙中的大象 霍弗特席林著 暗物质的百年探索之路 和科学家一同领略人类智力探索的认知极限 出版社图书

对话大咖，感受前沿，与超难采访的科学家及诺奖得主对话
亲临现场，流科学记者带你探访地下深处的实验物理现场
文笔流畅，生动采访：百余年科学历程如展卷一般呈现在你的面前
智识收获：了解科学新知，更感受科学探索现场的智力兴奋

当你用一台望远镜看向外太空，你会看到昏暗明灭的星系、星云、恒星和行星。但如果你把有这些加在一起，它们也仅仅构成了整个宇宙中物质总量的百分之十五。尽管人类已经为此探索了几十年，余下的百分之八十五的物质，依然是未知的。我们称之为暗物质。

在《宇宙中的大象》里，霍弗特·席林引领我们追踪了人类追寻暗物质的迷人故事。关于暗物质存在的证据来自一系列的天文观测。关于宇宙演化的理论及计算机模拟也表明：暗物质是自然的主要组成部分，唯有如此，才与天文观测结果相吻合。物理学家设计了灵敏的巨大设备来追捕暗物质。但截至目前，暗物质在每一个实验里都成功逃脱了。确实，暗物质是如此难以把握，以至于一些科学家开始怀疑是不是我们关于引力的理论出了错，或者我们的宇宙学模型有问题。席林采访了相信暗物质存在的一方，也采访了持怀疑态度的人，和那些致力于弄清楚理论与观测结果的宇宙学家与物理学家一起，他绘制了一幅绚丽多彩的图景，包括暗物质研究的历史，也介绍了研究的现状。

我们应当全面地看待暗物质，它是难解的问题，也是新的机遇，而且是将科学付诸行动的案例。《宇宙中的大象》清晰地讲述了这么一个完整的故事：科学家向着宇宙的本质进发，正在努力完成一场伟大的拼图游戏。


序言
前言
一部分 耳朵
1章 我们所不知晓的物质
第2章 地下幽灵
第3章 先驱者
第4章 晕圈效应
第5章 拉平曲线
第6章 宇宙制图
第7章 大爆炸重子
第8章 射电回忆录
第二部分 象牙
第9章 关于冷
10章 神奇的WIMP
11 章 模拟宇宙
12章 异理论者
13章 透镜的背面
14章 MACHO文化
15章 脱缰的宇宙
16章 空中楼阁
17章 指示性图案
第三部分 躯干
18章 氙之战
19 章 捕风
第20章 外太空的信使
第21章 矮星系犯
第22 章 宇宙学危机
第23章 捉摸不定的幽灵
第24章 黑暗危机
第25 章 看到看不见的
致谢
注释


霍弗特·席林（Govert Schilling）
荷兰天文学记者、科普作家，《天空与望远镜》杂志特约编辑，在《科学》《新科学家》《BBC夜空》等杂志上发表多篇文章，目前已出版五十余本关于各种天文学主题的荷兰语书籍，其中一些已有英译本。2007年，国际天文学联合会以他的名字将10986号小行星命名为“霍弗特”。前作《时空的秘密》于2018年由中信出版社出版。

1章 我们所不知晓的物质
菲利普·詹姆斯·埃德温·皮布尔斯（Phillip James Edwin Peebles），普林斯顿大学阿尔伯特·爱因斯坦荣誉科学教授、美国物理学会会士和英国皇家学会院士、2019年诺贝尔物理学奖得主，以及冷暗物质理论的奠基人。他缓缓地从椅子上站起来朝着对面的书架走去，并从那里取下两个空塑料瓶。[1]
他朝着大瓶子的瓶口吹气，一个低沉的颤音填满了整个房间。接着，他把小瓶子放到唇边，另一个更高的音调响起。“这是同样的原理，”皮布尔斯说道，脸上带着他典型的温和微笑，“每个尺寸的瓶子都有它特有的频率，反之亦然。”
等等，这么简单的道理可不能让你获诺贝尔奖，对吧？
嗯，如果你成功地将它应用于新生宇宙中的声波，如果你能帮助证明星系在没有大量神秘暗物质的情况下不能稳定存在，如果你藉此为我们当前的宇宙学标准模型奠定了基础，那就可以。
于是，在2019年10月8日星期二的清晨5点，皮布尔斯接到了来自瑞典皇家科学院的魔法般的电话。因为他“对物理宇宙学方面的理论发现”，他和另外两个人共同获得了总计约91万美元的奖金，而他获得了其中的一半。“天啊，”他的妻子艾莉森听到这个消息惊呼道。接着，皮布尔斯开始步行，那是他每一天的日常，从家中走到到位于贾德温大厅（Jadwin Hall）二层的办公室的一英里。他84岁的大脑里，思绪一片混乱。
众所周知，吉姆·皮布尔斯从未想象过他会成为一名宇宙学家。他于1935年出生于加拿大的圣波尼法城，如今是大都市温尼伯的一部分。小吉姆曾是一名小发明家，他想成为像吉罗·吉尔鲁斯 一样的人——研究《机械画报》杂志，制造电气装置，用火药进行试验，还爱上了蒸汽机车。哦，对了，当北极光在马尼托巴 冬季的天空中寂静舞蹈的时候，他总会走到屋外。而且他还知晓如何找到北极星。但那时天文学并没有真正俘获他那颗精于技术的心。研究生期间一次接触宇宙学时，他认为宇宙学“其枯燥，仅为了特定目的而形成，且难以让人信服”，他曾这样告诉天文学家马丁·哈威特（Martin Harwit）。[2]
当他于1958年的秋天到了普林斯顿后，情况渐渐发生了改变。皮布尔斯是著名物理学家罗伯特·迪克（Robert Dicke）研究组里的一名博士生。每周五晚上，迪克都会组织研讨会。在这里，学生、博士后以及教授们自由地讨论每一个感兴趣的科学话题。起初，皮布尔斯被其他人对量子物理学和广义相对论的理解吓倒了，随后他开始珍视这些非正式的会议，不仅仅是为了会后偶尔喝啤酒。迪克对宇宙学的专注思索原来是可以传染的。
1962年，皮布尔斯完成了关于“电磁力的强度是否随时间变化”这一问题的博士论文。他继续在普林斯顿做博士后，与迪克以及另外两名博士后——大卫·威尔金森（David Wilkinson）和彼得·罗尔（Peter Roll）合作。在他在诺贝尔奖获奖演讲中展示的那张褪色的60年代的照片上，皮布尔斯看上去高高瘦瘦的，头发又黑又直，戴着一副眼镜，还穿着有着冰岛特有图案的毛衣。在斯德哥尔摩，研究生院和戴黑领带的正式场合还有着不少距离。

皮布尔斯作为物理宇宙学家的生涯开始于1964年夏天的一个炎热的日子。在普林斯顿帕尔默物理实验室的闷热的阁楼里，迪克展示了他宏伟的计划——寻找新生宇宙遗留下来的辐射，那源自一场比任何一座阁楼都要热几百万度的原始大火。科学家们猜想，来自这一久远事件的辐射就在宇宙中，只是等待着被发现。威尔金森和罗尔负责建造用于探测这些辐射的仪器。“那么吉姆，”迪克问，“你何不深入研究一下这背后的理论呢？”
于是，皮布尔斯研究出了早期膨胀宇宙的热等离子体（即带电粒子的混合体）是如何与高能辐射相互作用并形成浓厚而粘稠的液体的，它们随着低频声波晃动和振荡，就像一锅远古的肉汤。接着，在大爆炸约38万年后，温度下降到足够让中性原子形成的时候，物质和辐射“退耦”了：其中一个的性质不再主宰另一个的行为。虽然辐射现在可以自由地在宇宙中传播——冷却下来变成迪克所寻找的微弱的宇宙背景余辉——物质却以或高密度或低密度的图景被留了下来：这些区域中的密度仅比平均水平高一点或者低一点，而具体大小则由原始声波的频率决定。
大小与频率相关，反之亦是如此，正如皮布尔斯用塑料瓶制成的乐器所做的俏皮演示那般。同样的原理适用于大尺度的宇宙，其制造出来的暗含信息的图景被物理学家称为“重子声学振荡”。随着时间的流逝，超密度区域的物质会进一步凝聚形成星系。这就是星系在三维空间中呈现出非随机分布的原因：它们揭露了早期声波是在哪里离开了密集的物质沉积物。换言之，宇宙当前的大尺度结构是由大爆炸后不久所发生的事件决定的。
这个过程很复杂，你可以暂时忘掉它——在17章中我们会回到重子声学振荡这个话题。可以说的是，在吉姆·皮布尔斯30岁生日的时候，他养成了思考宏大想法的习惯——也许不是关于生命，但一定是有关宇宙和万物。你不需要等到42岁就可以这么做。
皮布尔斯甚至没有因为无线电工程师阿诺·彭齐亚斯（Arne Penzias）和罗伯特·威尔逊（Robert Wilson）在探测宇宙微波背景辐射方面击败普林斯顿小组而感到沮丧。就在迪克召集他的团队几个月后，1964年在新泽西州霍姆德尔附近的贝尔实验室，彭齐亚斯和威尔逊做出了这一发现。“哎，小伙子们，我们被别人抢先了。” 迪克在接到关于这一发现的电话后，失望地告诉他们。但是皮布尔斯记得他当时觉得很兴奋。这一发现意味着他和他的同事们并不是在单纯猜想，那里确实有可以研究的东西。
从那以后，皮布尔斯对就宇宙学着了迷。很快，他开始就一个曾经看起来其枯燥和难以置信的话题进行演讲。他的Physical Cosmology（《物理宇宙学》）一书于1971年秋天出版，就在他成为正教授的前一年。[3] 这本书的一版非常显眼地摆放在他办公桌的书架上，旁边是一个阿尔伯特·爱因斯坦的人偶。