【中国からのダイレクトメール】読書大好きI READING、ビッグバンを旅する方法

宇宙についてわかりやすく解説した本で、誰でも宇宙探検家になれる。科学とサイエンス フィクションの間で、複雑なものを単純化し、難しい宇宙論の知識を生き生きとした興味深いものにします。

製品の特徴

編集者の選択

宇宙についてわかりやすく解説した本で、誰でも宇宙探検家になれる。天文学には「私たちは皆、星くずでできている」という古典的な格言があります。宇宙を理解することは、自分自身を再理解することです。

これは奇妙で想像力豊かな SF アドベンチャーであり、宇宙の進化の完全かつ精緻な歴史です。この本は、わかりやすい言葉と生命に近い視点を使って、宇宙論の知識を一般の読者に紹介し、140億年の宇宙の進化を、料理人が牛を解き明かすのと同じくらい丁寧に、難解にまとめています。知識が生き生きと分かりやすくなります。

これは、私たち人類によって書かれたロマンチックな科学叙事詩である宇宙論の科学史を追体験する旅でもあります。この本の著者は、すべての退屈な要素を回避することを選択し、複雑なものを単純化し、マクロな視点を与えて、私たちに斬新で素晴らしい物語を提供します。

さらに、この本は宇宙探査の先駆者たちとその重要な貢献にも別の章を割いて、宇宙論の発展の歴史を完全に結びつけ、一般の読者に宇宙の誕生を垣間見ることができる非常に貴重な機会を提供します。偉大な科学的発見。これは科学的精神と人間的精神の完璧な組み合わせです。私たちは星を尊敬しますが、星を探索する先駆者をさらに尊敬します。

簡単な紹介

宇宙はどのようにして誕生したのでしょうか？惑星、星、銀河はどのように形成されるのでしょうか?宇宙の最終的な運命は何ですか？太古の昔から、人類は広大な星空に興味を持ってきました。宇宙の起源と進化にも興味があるなら、ビッグバンの現場に行ってみてください。そこですべての疑問の答えが見つかるかもしれません。すべてはそこから始まったからです - それは宇宙全体を創造しました、つまり、時間と空間を創造しました。ビッグバンへ旅行するとき、あなたは単に時間を旅しているだけではなく、非常に大きなものから非常に小さなものまで、無限に長いものから無限に短いものまで、そして私たちが知っている物質から物理学そのものを使い果たします。素粒子、基本的な力など。これは奇妙で想像力豊かな SF アドベンチャーであり、宇宙の進化の完全かつ精緻な歴史です。この本は、わかりやすい言葉と生命に近い視点を使って、宇宙論の知識を一般の読者に紹介し、140億年の宇宙の進化を、料理人が牛を解き明かすのと同じくらい丁寧に、難解にまとめています。知識がよりわかりやすく、より面白くなります。純粋なエネルギーしか存在しなかったプランク時代から、暗黒物質と暗黒エネルギーの誕生を目撃した大統一時代、おそらく創造史上最大のショーとなったインフレーション時代、世界の電弱時代まで。この物質は、宇宙の歴史における大戦争の幕開けとなるクォーク期、ハドロン期、レプトン期という宇宙進化の次の段階まで、「クォークスープ」期の形で存在していた。物質と反物質の決戦。その後、光子期、再結合期、暗黒期を経て、星が点火して可視光が宇宙全体を初めて照らし、星や銀河が形成される復活期が続きました。これは、私たち人類によって書かれたロマンチックな科学叙事詩である宇宙論の科学史を追体験する旅でもあります。この本の著者は、すべての退屈な要素を回避することを選択し、複雑なものを単純化し、マクロな視点を与えて、私たちに斬新で素晴らしい物語を提供します。宇宙はどのくらいの大きさですか?紀元前 3 世紀に幾何学を使用して地球、月、太陽の間の距離を推定した古代ギリシャ人から、16 世紀と 17 世紀の天文学者ジョバンニ カッシーニとガリレオ、そして 18 世紀後半から 19 世紀初頭のハーシェルまで、 「宇宙島」星雲を発見し、天の川の終焉を予言した彼は、宇宙のスケールの概念を拡張することを止めませんでした。ガリレオの自由落下実験からニュートンのバケツ実験、アインシュタインの相対性理論に至るまで、何世代にもわたる物理学の巨人たちは、宇宙を記述する理論体系をどのように改良したのでしょうか?時空の構造は何ですか?重力は空間と時間にどのような影響を与えるのでしょうか?ハッブルはどのようにして宇宙の膨張が赤方偏移効果によって加速していることを発見したのでしょうか?ハッブル定数を使って宇宙の年齢を計算するにはどうすればよいでしょうか?宇宙の起源を説明する「ビッグバン」と「定常状態」理論モデルの提案の背後にある興味深い科学的ストーリーは何ですか?さらに、この本は宇宙探査の先駆者たちとその重要な貢献にも別の章を割いて、宇宙論の科学史を完全に結び付けるために鮮やかな登場人物を使用しており、一般の読者に宇宙の誕生を垣間見ることができる非常に貴重な機会を提供しています。偉大な科学的発見。これは科学的精神と人間的精神の完璧な組み合わせと言えます。私たちは星を尊敬しますが、星を探索する先駆者をさらに尊敬します。

著者について

ジョエル・レヴィは、科学とその歴史を専門とする作家兼ジャーナリストです。化学や物理学から殺人光線やバイオニック ロボットに至るまで、彼の作品は主流の考え方や奇妙なテクノロジーを探求しています。ウォリック大学とエディンバラ大学でそれぞれ分子生物学と心理学の学位を取得した後、20 冊以上の本を執筆しました。中国で紹介および出版されている書籍には、「思考実験: 哲学と科学が出会うとき」、「DK 脳を燃やす思考トレーニング マニュアル」、「奇妙な数学の歴史: 初期の数概念からカオス理論まで」、「シンプル」などがあります。 「ペースの速い時代のための心理学」「ホーキング博士の歴史」「フロイトの間違い: 心理学について知っておくべきことすべて」など。

目次

旅の始まり
素粒子物理学について、ずっと知りたかったけど聞くのが怖かったすべてのこと
宇宙為替レート
タイムトンネルの作り方
タイムトラベラーの選択
オプション 1: タキオンテレポーテーション

【発見と歴史】
物事はなぜ存在するのでしょうか?
宇宙はどのくらいの大きさですか?
宇宙の膨張
ハッブル定数
重力の基礎講座
ニュートンのバケツ実験
相対性理論の誕生
空間と時間の構造
E=mc2
定常状態 vs ビッグバン
宇宙規模
宇宙マイクロ波の背景
地元の名物：クワルクスープ
ダークエネルギーとダークマター
光の要素
必見: 素粒子を巡る旅
宇宙の運命を変える
何か新しいものを追加してみませんか?

【観光に最適な時期】
この 2 ピコ秒の旅で何ができるでしょうか?
特異点
プランクアン
大統一の時代
インフレ期
電弱期
反物質戦争
光子の時代
複素周期
暗い時代
宇宙ルネッサンス
星と銀河の形成

【記憶に残る先駆者たち】
ジョルジュ・ルメートル
アルバート・アインシュタイン
ジョージ・ガモフ
エドウィン・ハッブル
アレクサンダー・フリードマン
フレッド・ホイル
ベラ・ルービン
スティーブン・ホーキング博士

【スペースハイク】
ブラネス、高次元、そしてバブル宇宙
重力波サーフィン
クエーサーを探しています
暗黒物質を探して
スーパークラスターパズル

【天気・気候】
電離放射線の嵐
ニュートリノの雨
熱波

【タイムパラドックス】
タイムラインを変更する
おじいさんのパラドックス
行動制限のパラドックス
存在論的パラドックス
熱力学の第二法則に違反します
レプリケーションのパラドックス
人が多すぎて
注意事項
原因と結果の法則への違反を避けるための 10 の方法
未来: オープン、クローズド、またはフラット
未来: 凍結、崩壊、または引き裂き
原始重力波の検出
高エネルギー粒子加速器
量子重力

用語集

索引

画像の著作権

序文

一生に一度の休暇をお探しですか?では、既知の時間をすべて網羅した休暇はどうでしょうか?すべてが始まったビッグバンを見に行きましょう。ビッグバンは宇宙全体を創造しました。時間と空間の発祥の地への旅は当然危険で困難が伴いますが、このフレンドリーなガイドがあらゆる段階であなたをサポートします。この不可欠なハンドブックでは、いつ、何を確認する必要があるか、自分の体が原子の塵に完全に崩壊するのを避けるためにどのような手順を踏む必要があるか、そして宇宙での生命を消耗する可能性を最大限に高める方法について説明します。知っておくべき科学的発見から、それらを生み出した歴史的状況に至るまで、新たな知識や洞察を得ることができます。休暇を美しく楽しみたいなら、最初のステップは目的地に到着することです。しかし、ビッグバンは「どこで」ではなく「いつ」の問題であるため、そこに到達するには型破りな考え方と深い信仰が必要です。物理法則によりタイムトラベルが可能になるかもしれないが、そうでない可能性もあり、理論的に実現可能な既存の移動手段はせいぜい宇宙全体のエネルギーを消費し、非常に危険なものになるだろう。時間の矢 伝統的な物理学では、時間には過去から現在、そして未来へと向かう単一の不可逆的な方向があります。これは「時間の矢」と呼ばれることもあります。時間の方向を決定する力の 1 つはエントロピーです。エントロピーは、無秩序、ランダム、または仕事をすることができないエネルギーとして定義される豊かで曖昧な概念です。物理法則によれば、エントロピーは常に増加します。たとえば、エントロピーが増加すると、割れたガラスが自動的に元に戻ることができなくなります。時間の次元 しかし、アインシュタインは、時間はそうではないことに気づきました。その代わりに、時間は観察者ごとに異なる速度で経過します。相対性理論の概念では、時間は長さ、高さ、奥行きが共存する別の次元とみなされ、ねじれたり変形したりできる構造（「時空」と呼ばれます）を形成します。時間についてのこの考え方は、他の 3 次元と同じように、空間と時間が歪められて、私たちが 4 次元 (時間) を旅行できるという興味深い可能性をもたらします。一緒に時空を歪めましょう！時空を歪めるのは簡単ではなく、膨大な質量またはエネルギーが必要です（相対性理論では、質量とエネルギーは相互に変換できることがわかっています）。ビッグバンへの一生に一度の休暇を過ごすには、ワームホールや宇宙シリンダーなどのワープ ドライブのオプションを検討することをお勧めします。タキオニックテレポーテーションは、既存の宇宙に関与せずに初期宇宙に到達する別の方法を私たちに提供します。しかし、あなたの視点から見ると、その過程で死から逃れることはできないかもしれません。次の数ページで各オプションを見ていきます。しかし、その前に、素粒子物理学の奇妙な世界を回避する必要があります。

オンライン試し読み

【名物：クワルクスープ】
地元の料理を味わうことなく、どうやって休暇の目的地を真に理解できるでしょうか?地元の特産品は、「テロワール」の特徴的な食材を集めて作られているため、エキゾチックな文化の純粋な味を体験することができます。

宇宙のごく初期（ビッグバン後10〜10秒程度まで）の代表的な料理は、「クォークスープ」と呼ばれる一種の食べ物です（ただし、これまでに目にした記事は、文字通り「クォークグルーオンプラズマ」と訳される可能性があります） ） 美味しい。

完璧な液体
クォーク スープは、遊離クォークとグルーオンで構成される超高密度で超高温の物質で、完全な液体に粉砕され、暗黒物質や陽電子などのエキゾチックな粒子で味付けされています。

クォークは、通常の物質を構成する素粒子および小さな単位です。クォークはグルーオンと呼ばれる粒子によって結合されており、3 つのクォークが陽子または中性子を構成します (これらは原子核を構成する素粒子です)。初期の宇宙の直径は数キロメートル未満でしたが、その温度は非常に高く（1016K以上）、巨大なエネルギーがいつでも押しつぶされてしまうため、陽子や中性子は形成できませんでした。物質はクォークスープの形で存在し、物質はエネルギー（光子の形）に変換でき、エネルギーも物質に変換できます。これは動的変換プロセスです。

通常、物理学者はプラズマを気体として説明しますが、重金属イオンが光速に近い速度で衝突する粒子衝突実験では、クォーク・グルーオンプラズマが「完全な液体」のように振る舞うことが結果からわかりました。スープ」から来ました。

【暗黒エネルギーと暗黒物質】
初期宇宙の遍在的な産物も、よく理解されておらず、発見するのが難しい可能性があります。これまでのところ、私たちが目にできる物質とエネルギーは、宇宙全体の物質とエネルギーの合計の 5% しか占めていません。

宇宙マイクロ波放射と新しく誕生した銀河、クォークとグルーオンのプラズマと電子と陽電子の消滅：これらすべての壮大な現象は、宇宙のほんの一部にすぎません。残りのものは目に見えず、検出できません。では、それらがそこにあることをどうやって知ることができるのでしょうか?

欠けているパズルのピース
重力は宇宙の偉大な組織原理であり、星系、銀河、銀河団の運動と形状を支配します。

しかし、天文学者が私たちの銀河や他の銀河を観察したところ、何かが意味をなさないことに気づきました。渦巻銀河の外縁にある星は中心にある星よりも遅く動くはずですが、目に見える物質の観察に基づくと、実際にはほぼ同じ速度で動いています。

これは、銀河の周縁部に、銀河を暈のように取り囲む大量の物質があるに違いないことを意味します。しかし、それが何であれ、それは電磁気力や通常の物質（物理学者がバリオン物質と呼ぶもの）と相互作用しないように見えるため、天文学者はそれらを検出できません。したがって、「暗黒物質の起源」と呼ばれています。同様に、銀河団の運動パターンは、銀河団に重力の影響を与える何らかの目に見えない物質の存在によってのみ説明できます。

大攻撃
ハッブルによる遠方の銀河の赤方偏移効果の観測により、宇宙が膨張していることが明らかになり、宇宙インフレーション理論が生まれました。重力の影響により膨張は減速するはずですが、天文学者が驚いたことに、宇宙の膨張は実際には加速しています。

宇宙の膨張を加速させる何らかの不思議な力が存在するはずで、その力はますます強くなっていくようです。宇宙の真空における量子のゆらぎが斥力を生み出すという仮説がありますが、それが何なのかは誰も分からないため、科学者たちはそれを「ダークエネルギー」と呼んでいます。

おそらく、これらの暗いものの異常な特徴は、その数です。銀河の回転速度と宇宙の加速膨張を説明するために、宇宙の約 68% が暗黒エネルギー、27% が暗黒物質であり、私たちが観察して理解できるものはわずか 5% であると推定されています。

【ジョージ・ルメートル】
ビッグバン理論を最初に提唱したのは、ベルギーの神父で物理学者のジョルジュ・ルメートル（1894-1966）でした。彼は第一次世界大戦に従軍し、ベルギー勇敢十字章を受章しました。戦後、ルメートルはまず数学を勉強し、次に聖職者になるために勉強することに決めました。 1923年に叙階された後、彼は物理学者で天文学者のアーサー・エディントン（1882-1944）の下で学ぶためにイギリスに行きました。米国で過ごした後、ベルギーに戻り、ルーヴェン・カトリック大学に着任した。

1927 年に、アインシュタインの場方程式を研究した後、アレクサンダー フリードマン (1888-1925) とは独立して、エドウィン ハッブルによって報告されたものと一致する、宇宙の膨張を示す一連の解を発見しました。そしてハッブル定数として知られるようになったものの推定値。ルメートルはベルギーのあまり知られていない学術雑誌にフランス語で「銀河系外星雲の動径速度を考慮すると、均質な宇宙の質量は一定で半径は増加している」という論文を発表した。この論文は当時あまり注目を集めませんでしたが、宇宙の膨張は空間と時間に出発点があることを意味するという結論は非常に重要です。当時、アインシュタイン自身を含め、ルメートルの業績の重要性を認識している人はほとんどいませんでした。アインシュタインは1927年にベルギーの神父に「あなたの数学的計算は完璧だが、物理学の観点はひどいものだ」と語ったと言われている。

1931 年にルメートルは論文の英語版を発表し、その後彼の理論は広く知られるようになりました。同氏は論文の英語版で、「ビッグバン」モデルではなく、宇宙の起源が「原始超原子」であるとする理論、つまり「宇宙の卵」仮説を提唱した。ルメートル氏は、宇宙の卵は「創造の瞬間に爆発した」とし、時間と空間の始まりは「昨日のない現在」であると述べた。この時までにハッブルは発見を発表していた。 10 年間の観察の後、彼は銀河の赤方偏移が私たちからの距離に比例することを発見し、ルメートルの理論を裏付けました。

それでも、ルメートル氏の論文は騒動を引き起こした。彼らの中には、彼の宗教的信念が、創造物語の中で神の役割を果たせる余地を残した理論を推進するための本当の動機だったと信じている人もいます。 1931 年 5 月、ルメートルは自分の研究成果に対する一部の反対に応えて、雑誌『ネイチャー』に論文を発表しました。ご注意ください！彼は「世界」という言葉を「宇宙」という意味で使っています。

「もし世界が量子から始まったとしたら、時間と空間の概念は最初のその時点ではまったく意味を持たないでしょう。元の量子が十分な数に分割されて初めて意味を持ち始めるでしょう。この記述が正しいなら、ならば、世界の始まりは時間と空間の始まりの少し前である。」

彼のアイデアはすぐに注目を集め始めました。 1933年、ルメートルは米国カリフォルニア州でのアインシュタインの講義旅行に同行した。セミナーでルメートルのこの理論の説明を聞いた後、アインシュタインは「これは私が今まで聞いた中で最も美しく満足のいく創造の説明だ」と宣言したと言われているが、人々は依然としてアインシュタインの評価にも疑問を抱いている。

【重力波サーフィン】
酸素がまだ生成されておらず、水の可能性が排除されていたため、初期の宇宙ではウォーター スポーツは実際には選択肢にはありませんでした。しかし、波に乗ってはいけないとは誰も言っていません。

アインシュタインは、宇宙を時空の織物でできた「シート」と見なしました。この新しい視点は、質量の集中と同様に、この織物の歪みが時空に波を引き起こす可能性があるという結論に導きました。ボーリングのボールを空中からトランポリンに投げることを想像してください。波は、池の表面に投げ込まれた小石のように、衝撃点から外側に広がり続けます。

時空を超えて伝わるこの波を重力波といいます。ビッグバン インフレーション モデルを裏付ける重要な証拠の 1 つは、これらの非常に弱いが非常に長い波長の重力波の検出です。この重力波の波長は最大10億光年と推定されています。実際、これらの重力波自体は微弱すぎて直接観測することはできませんが、近い将来、宇宙マイクロ波背景放射の高解像度マッピングによってこれらの重力波の痕跡が明らかになるかもしれません。重力波の波長は重力波を発生させる物体の大きさに比例しますが、現在私たちが期待しているような重力波を発生させる物体は宇宙に存在しません。もっともらしい説明は、それらが初期宇宙のインフレーションによって生成されたというものです。インフレーションによる時空の急速な膨張と現在の宇宙の継続的な膨張により、この重力波は引き伸ばされますが、最初の10〜36秒のこの変動は非常に激しく、興奮を求めるサーファーにはおそらく気に入られるでしょう。とても！

【未来 凍るか、崩れるか、裂けるか】
宇宙学者たちはダークエネルギーがどれほど重要かを知っており、それが宇宙の運命を決定することは明らかです。将来的に暗黒エネルギーに何が起こるかに応じて、宇宙の最終的な運命には 3 つの結果が考えられます。残念ながら、ダーク エネルギーが何であるかは誰も分からないため、どの結末が正しいかを確実に言うことはできません。

大凍結
暗黒エネルギーが一定のままで宇宙の膨張が加速し続けると、物質は霧になるまでどんどん分散していきます。エントロピーが増大し続けると星は消滅し、物質が薄すぎるため新しい星は形成され続けることができなくなります。最終的には宇宙全体がほぼ 0 度まで冷えます。したがって、このエンディングは「ビッグフリーズ」と呼ばれます。

大崩壊
しかし、もしダークエネルギーが一定でないならば、将来、それが反転して宇宙を収縮させる重力となり、ある時点まで崩壊する可能性があります。これが「ビッグクランチ」です。この結果は別の「ビッグバン」につながる可能性があり、その場合、宇宙はこの2つの間で永遠に振動することになります。

大きな涙
将来、宇宙を膨張させる暗黒エネルギーによる斥力が増大すると、その力は重力を超える強力なものになるでしょう。この場合、銀河、星、そして私たちの惑星は最終的に引き裂かれることになります - これが「ビッグリップ」です。暗黒エネルギーは、ハドロン間に作用する強力な核力を克服し、原子を引き裂くことさえできます。最終的には「大きな裂け目」の結末につながります。

本の抜粋イラスト