原作名: Ripples in Spacetime: Einstein, Gravitational Waves, and the Future of Astronomy
内容简介:
想一想厨房烤箱里的葡萄干蛋糕吧,你就能理解我们身处的这个膨胀中的宇宙。
科学家对引力波的探测,已被视为本世纪的重大科学突破。爱因斯坦在近百年前所预言的这些时空结构中极为细小的涟漪,经过长达一个世纪的求索终于被捕获。这些探索给了科学家们对双中子星并合等灾难性事件以新的理解,也为爱因斯坦广义相对论提供了新的证据。《时空的秘密》记述了科学家们为完 成爱因斯坦拼图而进行的国际间的通力合作,同时表明,引力波天文学即将开启人们对宇宙的新探索时代,我们对于宇宙的结构及起源的认识将得到前所未有的拓展。
对于引力波的追寻是一场穿越漫长岁月的冒险,科学家们遭遇了许许多多来自私人方面及专业上的苦苦挣扎与奋力拼搏——失败的风险始终萦绕在他们的头顶。霍弗特·席林将带领读者回到故事展开的一个个重要站点——日本的KAGAR探测器,智利的Atacama宇宙望远镜、南极的BICEP探测器,以及美国的LIGO天文台。这些地方发生的一切,既是人类理性与智慧的结晶,也闪现着人性所特有的伟大与渺小。本书指出,要捕获到如此遥远的双黑洞并合所产生的引力波信号,探测的仪器必须足够精细,其设计和建成绝非易事。这项看上去难以解决的难题究竟是如何被科学家攻破的,席林对此做了介绍,同时向我们展示了LIGO探测器令人惊叹的精妙设计。
在这场关于广义相对论、中子星、黑洞与宇宙大爆炸的探索之旅中,有席林以平易且有趣的语言作为导游,即使是毫无科学背景的读者也能够充分领略科学令人着迷的妙处。
作者简介:
霍弗特·席林(Govert Schilling)
著名荷兰天文学记者、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第10986号小行星命名为“霍弗特”。
精彩书评:
壹:短评
# 知识丰富,干货满满,生动风趣,一气读完,意犹未尽!
# 读起来非常顺畅愉快,最喜欢科普和刷新世界观了,相对论是对的可能性不高,但他依然是最伟大的理论
# 对于了解引力波探测的前世今生很有帮助,读罢对“科学探索是永无止境的”这句话有了更深切的体会。
# 近年关于引力波的科普中把科学知识与人物故事结合得最好的一本了,作者在科普时太会打比方
# 十多岁的时候,晚上睡觉,看向窗外的星空。就在想,宇宙是什么呀。有多大,有边吗,有边是什么样的边,边外面又有什么。没有边,那能一直走下去吗。这里面会有多少智慧生命,有多少我们未见过的事物和现象。在宇宙之下,人连渺小都称不上了。
贰:
爱因斯坦相对论,经过了众多检验而被证明,除了和量子物理的不可调和。
太阳核聚变每秒消耗400万吨氢气,经过46亿年只消耗了总质量的0.03%,太阳寿命还有大约50亿年。令人惊奇的是,由于太阳气体的高密度(铅的4倍),核聚变产生的能量要在10万年后到达太阳表面,我们现在享用的是智人时代产生的阳光!恒星巨大的引力和核聚变产生的膨胀力达到平衡(流体静力平衡),太阳在未来不到10亿年将变成红超巨星(由于氦核聚变比氢核聚变产生能量更多),水星和金星将气化成为太阳外围的一部分(地球由于太阳引力变小而轨道外扩得以幸免,地幔成为熔岩海)。当太阳氦核聚变停止,由于引力作用而坍缩形成太阳初始质量一半的白矮星,并从表面温度10万度慢慢冷却为恒星残骸。
比太阳质量大9倍以上更大的恒星碳氧核密度和温度都大的多,所以产生第二次核聚变(碳核聚变)生成氖,镁,钠和更多的氧,进而转变为氧核聚变再到硅核聚变,最后不到一天时间内,硅聚变成氩,钙,钛,铁和镍。这是天文尺度的热核炸弹。铁镍无法继续聚变(结合能已经最高),引力导致坍缩,中子星出现了。中子星的外壳却因为坍缩时无法进一步压缩中子星而产生大爆炸被抛向宇宙,这就是超新星爆发!
脉冲星就像精确的时钟,根据双脉冲星系统的脉冲时间变化可以计算出其轨道和质量,由其产生的时空涟漪就是爱因斯坦波,并由这个涟漪带走能量(赫尔斯-泰勒脉冲星每秒损失的能量相当于灭绝恐龙的直径10公里小行星撞击产生能量的1000倍,是每秒哟)。但是只有当双星距离几十公里时,其频率才足够高到我们可以测量的尺度。
由于微波背景辐射的重要性,作者对测量设备的筹备和建设做了陈述。随后话题转变为大爆炸理论,红移现象用于测量恒星的距离,相对速度,运行方向。临近的仙女星系会在几十亿年后装上银河系,不过在那之前地球上的生命早已经被太阳膨胀而毁灭了,想来也是忧伤(至少在人类拥有可行的星际移民能力前)。
先是微波背景辐射的发现,再是引力波的发现。让物理学界的科学家们兴奋不已。说到引力波当然要说黑洞,黑洞质量实际上说的是在那个“奇点”的时空曲率。在产生GW150914的双黑洞合并的极短瞬间,以爱因斯坦波的形式释放出,三个太阳的质量被瞬间转化为能量。(这个能量可以让银河系中所有的行星蒸发100次)如果引力波不仅仅由黑洞合并而存在至少一颗中子星参与,那么应该可以观测到伽马射线暴。
广义相对论和量子理论,总有一个会出现裂痕,希望不远的将来科学家能够发现并统一理论,让我们了解包括暗物质和暗能量在内的神秘事物。
叁:
“相对”而言莱顿是一座诗意的城市。
在新莱茵河36号的房子一侧,是一首用大字涂写的卡明斯(E. E. Cummings)的诗,整首诗有7米多高。
时间上升 湮没星辰 此刻
黎明
进入天空的街道 光线漫步 诗句飘零
虽然我不确定它的意思是什么,但它读起来很棒。
摘自:《时空的秘密》 — 〔荷〕霍弗特·席林(Govert Schilling)
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