宇宙的起源

宇宙起源探谜：一个西西弗斯神话    这是一本英国人约翰•巴罗写的科普著作，有关于宇宙诞生的最新的探索，涉及到宇宙大爆炸、奇点、时间的起点、基本粒子、宇宙暴涨模型和虫洞理论等，值得一读。    宇宙从何而来？宇宙如何诞生？宇宙向何处去？最终结局如何？这些宇宙终极问题千百年来一直困扰着人类，令无数哲人和科学家冥思苦想，孜孜以求。    本书引用了尼尔斯·斯廷森的一首诗“所见者美也，所明者甚美也，世间所未名者，美之大成也。”意即尽管我们看见的、听见的和明白的道理都可以是美的，但未明了的宇宙起源之谜才是美之集大成者，乃世间之大美！    作者认为“真正的宇宙是一种复杂度远超于我们想象的存在。”不识庐山真面目，只缘生在此山中。宇宙的复杂度在于我们人类永远无法窥其全貌；永远只知其一，不知其二；永远跳不出三界！    阅读本书的最大收获是我对不可知论的坚信，这是一种由赫胥黎提出的哲学理论，它否认彻底认识世界的可能性。很赞同本书作者的观点：“无论是单一的大爆炸创世，还是量子创世，关于宇宙从何以及为何诞生，我们都无从得知。”我以为，不可知论实在是高深莫测的科学理论：世间的一切，什么都是可知的，唯有宇宙创世不可知！这是宇宙最大的谜底，也是宇宙的伟大与神秘之处！    一旦宇宙创世的天机泄露，人类就像摘掉紧箍咒的孙悟空，那自喻为齐天大圣的猴子，哪还有一丝一毫的敬畏感！这世界不就像皇帝的新衣，裸奔了吗？假如你一出生就知道自己的每一天每一刻，人生还有意思吗？神秘宇宙的不可知性与人类（人生）的不确定性，是世界的两大魅力之所在！    正如作者所言“也许有一天，我们能够揭示可见宇宙邻居的起源，但永远无法得知整个宇宙的起源。宇宙最深的秘密将永远埋藏在宇宙的最深处”。    这让我想起了著名的古希腊神话，那个每天不断将大石头推上山坡的西西弗斯。无论科学家发现了多少宇宙之谜，无论提出了多少宇宙创世模型，也无论获得了“哈勃红移“”和“宇宙背景辐射”等多少证据，人类永远无法彻底揭开宇宙的起源之谜，就像那西西弗斯永远无法将巨石推上山顶一样！    这是人类的遗憾，也是人类的幸运！       （2020年12月2日）

回答现代宇宙学家必须面对的终极问题，用简明扼要的文字详述宇宙诞生的奥秘，一本人人读得懂的宇宙学科普著作。所有你关心的宇宙学话题：宇宙大爆炸、时间的起点、宇宙的基本粒子、宇宙探测、新的宇宙研究视角、各类宇宙模型（宇宙的构成、静态宇宙模型、循环宇宙模型、恒稳态宇宙模型、膨胀宇宙模型）……都可以在本书中找到！

一本轻量又干货满满的宇宙入门科普。褪去晦涩公式，把宇宙起源、演化与各类前沿假说娓娓道来，字里行间满是对星海的敬畏，读完豁然读懂万物从何而来。

本书的大部分都在讨论宇宙膨胀的理论，各种理论，虽然看得云里雾里的，普遍认同的是：我们的宇宙从大爆炸开始，直到现在还一直在膨胀……遥远的星体之间越离越远；除了在引力的作用下混在一起的那些星体，比如太阳和它的九大行星，比如地球和它的月亮，它们相互依存，地老天荒…… 宇宙到底从哪儿来？有各种传说+宗教，但科学认为，它来源于最初的一个微尘：密度无限大，温度无限高，体积无限小，没有时间没有空间，就是这个神奇的“小不点儿”，在那一刹那的机缘巧合下，炸裂了，在千亿分之一秒内，形成了最初的宇宙。 但是这个微尘又是从哪儿来的？是从无到有，之前是彻底的虚空，也是在某种奇异的时机，碰巧就形成了这粒微尘…… 又想起老祖宗那句：无极生太极，太极生八卦，而后衍生万物；还有道德经那句：道生一，一生二，二生三，三生万物…… 看来“无中生有”是真的～

这是一本科普著作，有关于宇宙诞生的最新的探索，涉及到宇宙大爆炸、奇点、时间的起点、基本粒子、宇宙暴涨模型和虫洞理论等，值得一读。

回答现代宇宙学家必须面对的终极问题，用简明扼要的文字详述宇宙诞生的奥秘。 所有你关心的宇宙学话题：宇宙大爆炸、时间的起点、宇宙的基本粒子、宇宙探测、新的宇宙研究视角、各类宇宙模型（宇宙的构成、静态宇宙模型、循环宇宙模型、恒稳态宇宙模型、膨胀宇宙模型）……都可以在本书中找到！

#科学大师书系：宇宙的起源 The Origin of the Universe 关于宇宙起源，当前的研究主要集中在大爆炸发生后1秒之内发生的事，因为此时驱动宇宙演化的四种基本力已经成形，3分钟内大爆炸核聚变也已结束，产生了氢氦锂基本元素。理论计算与实际观测结果高度吻合。 关于宇宙和人，宇宙学上有一句很浪漫的话：“我们每个人都来自星星”，而且很可能来自不止一颗星星。大爆炸只产生了氢氦锂三种基本元素，而恒星这个核聚变熔炉则制造了元素周期表上其他元素，并超新星爆发的形式将其抛射出来。这样当太阳系这个第二代恒星系形成时，第一代恒星的部分星尘就制造了地球，使其有足够的原料来演化出生命。 根据热力学第二定律，宇宙熵在持续增大，最终宇宙将达到“热寂”这种死亡状态。本书不认同这种悲观的未来，认为还存在其他尚未发现的低熵形式，这就有点像美国政府债务上限，在接近临界点时，可以时不时上调一下。 最后一个令人印象深刻的是，本书提到地球不仅不是神创论者认为的“宇宙中心”，甚至构成地球的物质——这些由质子、中子和电子构成的普通物质——都不是宇宙的主体成份，因为还有我们尚不了解的暗物质和暗能量。

湛庐文化“科学大师”套装（全四册） 保罗·戴维斯 理查德·利基 理查德·道金斯 约翰·巴罗 19个想法 ◆ 序言 >> 首先假设支配地球运转的法则，然后将其推广到整个宇宙的尺度上，直到某人发现这个法则并不适用，再对其进行调整。 ◆ 1 膨胀中的宇宙 >> 光也是一种波，当光源远离观察者时，光波频率降低，这意味着被观察的可见光颜色会微微变红，这种现象被称为“红移”。当光源靠近观察者时，接收频率增高，可见光的颜色则变蓝，这种现象被称为“蓝移”。 >> 光源距离地球越远，远离的速度就越快。这一趋势被称为“哈勃定律” >> 宇宙膨胀之初也有一个临界启动速度，如果膨胀的速度超过该值，那么宇宙中所有物质的引力将无法阻止膨胀，并且宇宙将永远膨胀下去。相反，如果膨胀速度小于临界值，膨胀将停止并发生逆转，最终收缩到尺寸为零的状态，也就是它的初始状态。 >> 开放的宇宙在一定程度上是无限的，并且会永远膨胀下去；封闭的宇宙是有限的，并将收缩到“大坍缩”状态。两者间的分界是临界的宇宙，在这种情况下，宇宙无限大且永远保持膨胀的状态。 >> 比临界启动速度膨胀得更快的宇宙永远无法产生恒星，从而也永远无法产生能够进化出复杂“生命体”所需的基本元素，而这些元素是人类或者硅基计算机所必需的。同样，如果宇宙膨胀的速度远低于临界启动速度，它的膨胀将会逆转为坍缩状态，恒星便没有足够的时间成形、爆发以及创造生物的组成元素，这样的宇宙便无法产生生命。 >> 我们能够从以上分析中获得一个令人惊讶的结论：只有那些在数十上百亿年后仍然以非常接近临界启动速度膨胀的宇宙，才能产生足够多的物质，从而形成足以进化出智慧生命的复杂聚合结构（见图1-5） ◆ 2 设想中的多种宇宙模型 >> 宇宙常数”的项放入广义相对论中，便可以建立他想要的模型，其中，斥力正好抵消了引力。这就是我们所熟知的爱因斯坦静态宇宙（Einstein static universe）模型（见图2-1） ◆ 4 宇宙的暴胀和粒子物理学家 >> 研究基本粒子的物理学家开始将4种基础的自然力（引力、电磁力、强相互作用力和弱相互作用力）纳入某种统一的理论之下 强核力是作用于强子之间的力，是目前所知的四种宇宙间基本作用力中最强的，也是作用距离最短的（大约在 10^(-15)～10^(-10) m 范围内）。最早研究的强相互作用是核子（质子或中子）之间的核力，它是使核子结合成原子核的作用。自1947年发现与核子作用的π介子以后，实验陆续发现了几百种有强相互作用的粒子，这些粒子统称为强子。强核力是作用于强子之间的力，是目前所知的四种宇宙间基本作用力中最强的，也是作用距离最短的（大约在 10^(-15)～10^(-10) m 范围内）。最早研究的强相互作用是核子（质子或中子）之间的核力，它是使核子结合成原子核的作用。自1947年发现与核子作用的π介子以后，实验陆续发现了几百种有强相互作用的粒子，这些粒子统称为强子。 >强相互作用力 弱相互作用（又称弱力或弱核力）是自然的四种基本力中的一种，其余三种为强核力、电磁力及万有引力。次原子粒子的放射性衰变就是由它引起的，恒星中一种叫氢聚变的过程也是由它启动的。弱相互作用会影响所有费米子，即所有自旋为半奇数的粒子。 在粒子物理学的标准模型中，弱相互作用的理论指出，它是由W及Z玻色子的交换（即发射及吸收）所引起的，由于弱力是由玻色子的发射（或吸收）所造成的，所以它是一种非接触力。这种发射中最有名的是β衰变，它是放射性的一种表现。重的粒子性质不稳定，由于Z及W玻色子比质子或中子重得多，所以弱相互作用的作用距离非常短。这种相互作用叫做“弱”，是因为β衰变发生的概率比强相互作用低很多，表示它的一般强度比电磁及强核力弱好几个数量级。大部分粒子在一段时间后，都会通过弱相互作用衰变。弱相互作用有一种独一无二的特性——那就是夸克味变——其他相互作用做不到这一点。另外，它还会破坏宇称对称及CP对称。夸克的味变使得夸克能够在六种“味”之间互换。弱相互作用（又称弱力或弱核力）是自然的四种基本力中的一种，其余三种为强核力、电磁力及万有引力。次原子粒子的放射性衰变就是由它引起的，恒星中一种叫氢聚变的过程也是由它启动的。弱相互作用会影响所有费米子，即所有自旋为半奇数的粒子。 在粒子物理学的标准模型中，弱相互作用的理论指出，它是由W及Z玻色子的交换（即发射及吸收）所引起的，由于弱力是由玻色子的发射（或吸收）所造成的，所以它是一种非接触力。这种发射中最有名的是β衰变，它是放射性的一种表现。重的粒子性质不稳定，由于Z及W玻色子比质子或中子重得多，所以弱相互作用的作用距离非常短。这种相互作用叫做“弱”，是因为β衰变发生的概率比强相互作用低很多，表示它的一般强度比电磁及强核力弱好几个数量级。大部分粒子在一段时间后，都会通过弱相互作用衰变。弱相互作用有一种独一无二的特性——那就是夸克味变——其他相互作用做不到这一点。另外，它还会破坏宇称对称及CP对称。夸克的味变使得夸克能够在六种“味”之间互换。 >弱相互作用力 >> 可见宇宙的定义是，自宇宙开始膨胀以来，光能够到达地球的一个球形区域。当前这个球体的半径是3×1027厘米。 ◆ 5 暴胀和COBE卫星 >> 引力不稳定性的过程逐渐将不太均匀的物质分布转变成密度不断增大的聚合式分布。 >> 聚集物内部组成物所产生的内引力和一致运动产生的外压力之间形成一种平衡，从而形成了稳定的物质岛屿。 ◆ 6 时间——一段简短的历史 超验在经院哲学中，意为经验界限之外的。德文超验 (transzendent) 在康德的哲学中，同“内在”相对，意为超出一切可能的经验之上，非人的认识能力可以达到。感觉之外的物质世界“自在之物”是客观存在的，它作用于人们的感官而产生感觉；但是人们通过感觉只能认识到它的现象而不可能是其本体。 >超验 ◆ 7 步入迷宫 后面两个章节彻底懵圈，需要补课。 >> 这些不变的方面被称作“自然常数”，诸如引力的强度、基本物质粒子的质量、电荷和磁力的强度以及真空中的光速等，它们都有着自己的固定值，如果有些固定值不能用自然常数来表示，我们就称其为“基本常数”。大多数数值都能够用非常精确的方式进行测量。 >> 一个有虫洞连接自身的宇宙提出这种精巧理论的目的主要有两个。第一，物理学家想要修补我们对当前宇宙的认识，从而发掘新的事物以解释自然界的未解之谜。第二个目的更加具体。存在于普朗克时间（10-43秒）前后的时空状态是量子不确定性主导的湍流泡沫（turbulent foam），虫洞的直径相当于光在这段时间（10-43秒）走过的距离（大约10-33厘米），这类大小的虫洞的存在，很可能是空间无序互联状态的结果。 >> 最简单的虫洞连接类型，即虫洞只连接一个婴儿宇宙。这种简化方式被称为“稀薄虫洞近似”（dilute wormhole approximation），因为这种方法同描述普通气体行为时采用的简化假设“稀薄气体近似”相似。稀薄气体近似的前提是，气体分子在两次碰撞之间的运动时间比碰撞过程中的时间长得多。当条件发生改变时，比如，当气体凝结成液体时，这种行为就更具有互动性。而稀薄虫洞近似是对婴儿宇宙之间的相互作用所做的简化，这种简化假设，虫洞只连接大面积的平滑区域，并且虫洞不会分裂成两个通道或者与其他虫洞连接

《宇宙的起源》由约翰·巴罗撰写，是一本深入浅出的宇宙学科普著作，翻译尚可，需要具备高中物理知识基础，因为讲述得非常简略概要。书中结合现代宇宙学、粒子物理学、相对论和量子力学等理论，逐步揭示宇宙的起源和演化过程。同时也指出了许多未解之谜，如起源问题、多种宇宙模型、奇点问题、暗物质以及时间本质等，这些都是未来宇宙学研究的重要方向。 当前宇宙处于持续膨胀状态。通过观察星系发出的光谱红移现象，科学家发现距离地球越远的星系，远离地球的速度越快。这种距离与速度的关系被称为"哈勃定律"。不过，银河系和星系团本身并不膨胀，只有更大尺度的星系团之间才表现出膨胀特征。 宇宙的膨胀速度接近一个临界值。如果速度超过临界值，宇宙将永远膨胀；如果低于临界值，最终会收缩。目前宇宙的膨胀速度与临界值非常接近，这种精确程度令人惊讶。 20世纪30年代，勒梅特提出"原始原子"理论，这是大爆炸理论的雏形。40年代末，伽莫夫三人组预言存在宇宙微波背景辐射。1965年，这种辐射被彭齐亚斯和威尔逊意外发现，成为支持大爆炸理论的重要证据。 宇宙最初的一秒内发生了关键变化。在这段时间里，基本力分离，形成了今天的四种基本力。质子和中子开始形成，并在随后的几分钟内通过核聚变形成了最轻的元素，并固定了氢和氦的丰度。 1979年，古斯提出宇宙暴胀理论。这个理论认为宇宙在极早期经历了一个急剧膨胀阶段。暴胀理论解释了宇宙的均匀性和磁单极子问题。它还预测了宇宙中存在大量暗物质。目前的观测表明，普通物质只占宇宙总质能的4%，其余是暗物质(23%)和暗能量(73%)。暗物质通过引力影响星系运动，暗能量则驱动宇宙加速膨胀。这些神秘成分的本质仍是现代宇宙学的重大谜题。 我们通常用事物变化的方式来定义时间。但关于时间的本质，物理学家有不同观点。牛顿认为时间独立于物质世界。爱因斯坦则认为时间与空间构成统一的时空，其性质受物质分布影响。在量子宇宙学中，霍金和哈特尔提出"无边界条件"，认为在宇宙最初期，时间可能表现为空间的一个维度；在普朗克时间之后，宇宙的演化以越来越精确的方式沿着经典路径运行，因而时间特性在量子效应中跃迁出来。

推荐。约翰.巴罗的《宇宙的起源》读起来太过瘾了，极棒的科普小册子，通俗易懂。 这本书把宇宙学和粒子物理的关系讲得很清楚了。由于杨振宁先生反对造对撞机，国内舆论有个倾向，好像搞粒子物理是乱花钱的蛋疼试验。实际上，不把很多粒子问题搞清楚，就很难把我们宇宙的前世今生搞明白，而粒子的很多问题还真得靠撞来撞去。我们有那么多钱，搞搞对撞机也是可以的，不能太功利。 这几次诺贝尔物理奖跟天体物理和宇宙学有关，像这次彭罗斯获奖，窃以为跟大一统的梦想多少有关。无论是证明爱因斯坦的广义相对论，还是突破广义相对论，找到更牛逼的大一统理论，从宇宙学去突破貌似可能方向。 这本书跟其他宇宙学科普读物不同，他写到了令人困惑的宇宙常量问题。这些宇宙常量大小偏差一点点，原子分子世界就会大不同，尤其是碳原子多寡将发生剧变，从而影响到生命体的孕育。从目前理论来说，这些宇宙常量有利于目前宇宙状态存在，是非常小概率问题，但它的确发生了。所以作者说，莫非有“神”在。