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作者簡介
目次
商品簡介
你一定聽過黑洞、時間旅行、暗物質、蟲洞、希格斯粒子、空間扭曲、相對論這些名詞，但你真的知道它們是什麼嗎？本書由作者多田將教授的4次演講整理而成。作者用普通人可以理解的方式講解諸多宇宙學名詞以及宇宙的形成過程。全書用生動的語言與漫畫插圖幫助讀者理解從基礎理論（相對論）到全新的實驗（暗物質探測），等與物理學相關的知識。相信具有高中物理基礎的讀者都能看懂本書。本書適合喜歡物理學或 對宇宙的形成過程感興趣的讀者閱讀。
作者簡介
多田將，京都大學理學博士，1970 年生於大阪府，曾任京都大學化學研究所講師，現為日本高能加速器研究機構的助理研究員。
目次
推薦序 3
前言 7
第一章 黑洞
什麼是反物質？ 23
湮滅與對生―物質與能量相互轉變 27
反物質用於臨床醫療上 30
動量守恆定律―光會反射出來 32
南極的 BESS 實驗―搜集從宇宙飛來的反物質 34
如果把地球壓縮成半徑為 8.9mm 的小球，它就會變成黑洞 38
愛因斯坦的方程在發散 42
數學算出來的黑洞 44
奇點旋轉就會變成環 46
星球的死亡―引力塌縮 48
所有的物質都變成十萬分之一大小 50
體重決定死法 53
超新星爆炸！ 54
角動量守恆定律 57
中子塌縮，產生黑洞 58
觀察黑洞的方法 60
射線的波長 64
用 X 射線看的話…… 66
超強武器：任意門 69
黑洞有 3 種 70
微型黑洞可以當作垃圾處理場？ 72
史蒂芬·霍金的黑洞蒸發理論 73
夏威夷的黑洞官司 76
愛因斯坦與英文能力 80
建立相對論時要準備的兩大支柱 82
造成中微子超光速說法的罪魁禍首是意大利人？ 85
邁克爾遜 - 莫雷實驗 86
狹義相對論預測的事①速度增加，質量也會增加 91
狹義相對論預測的事②速度增加，時間變慢 94
光的速度固定的話，時間就變得有彈性 100
另一個根據，相對性原理 103
廣義相對論―為加進引力而導入等效原理 106
廣義相對論預測的事①引力導致空間彎曲 109
引力透鏡效應―引力讓光彎曲 112
廣義相對論預測的事②引力導致時間扭曲 116
速度與引力的等效原理―海龜的速度與龍宮的引力 120
白洞與蟲洞 122
製造不出任意門的 3 個理由 125
專題Ⅰ 定量的思考―微軟公司的招聘考試、放射線與電力的問題
如何定量地思考――微軟公司的招聘考試 131
定量地思考核電站的放射性污染 136
對核能發電的個人淺見 138
第二章 宇宙大爆炸
掉落的蘋果與不掉落的月球 148
星星為何散佈在宇宙間？ 150
宇宙學常數？ 152
從球丟出去到球落下來的幾億年 154
如果所有的星球都在遠離我們…… 158
曾經是個小小宇宙 160
宇宙的放晴 162
散播到全宇宙、最古老的光 166
1964 年人們捕捉到向全方位傳播的均一無線電波 167
1989 年的 COBE 170
光是什麼？ 172
眼睛如何看見光 174
人類無法想像三維的封閉空間 176
宇宙有限，但沒有盡頭 180
比光更快遠離的星球 182
不是星星在移動，而是空間在擴張 183
全宇宙的星星分佈圖 185
2001 年的 WMAP―用高解析度攝影瞭解的宇宙構造 188
宇宙大爆炸理論無法解釋的問題：①視界問題 194
宇宙大爆炸理論無法解釋的問題：②平坦性問題 198
宇宙大爆炸理論無法解釋的問題：③磁單極子問題 201
真的找到磁單極子了嗎？ 205
宇宙大爆炸前發生的暴脹 208
暴脹理論如此解釋以上 3 個問題 211
宇宙的 3 個未來 214
拋出去的球會中途加速嗎？ 219
專題Ⅱ 測量地球到星星的距離―那顆星離地球有多遠呢？
①恒星視差 0 ～ 300 光年 224
② HR 圖～ 3 萬光年 226
③造父變星～ 6000 萬光年 231
④塔利 - 費舍爾法～ 3 億光年 233
⑤ Ia 型超新星～ 30 億光年 234
第三章 暗物質
星星一定在動 240
離太陽越近，公轉速度越快，離得越遠則越慢 242
星系的自轉速度很奇怪…… 244
球形的笨蛋！ 250
為星星取你的名字送給你 252
失蹤的質量 253
暗物質以外的解釋①電漿宇宙論 254
暗物質以外的解釋②修正的牛頓力學 256
泡利的訓誨：不要懷疑基本法則 257
利用哈勃空間望遠鏡觀測宇宙質量的分佈 260
宇宙中有多少暗物質？ 262
暗物質的分佈如同消費稅 266
暗物質的候選者① MACHO(暈族大質量緻密天體) 267
暗物質的候選者②基本粒子 269
熱基本粒子的候選者―中微子 271
冷基本粒子的候選者―WIMP 和軸子 272
暗物質的發現方法 275
使用液態氙的 XMASS 實驗 276
地球以 200km s 的速度在運動 278
WIMP 撞擊氙原子核時…… 280
水封住雜音 282
夏天和冬天的撞擊方向不同 284
撿到各種電磁波的軸子實驗 285
CARRACK 軸子探索實驗 286
複雜而緻密的實驗裝置 290
沒有暗物質的話，也就沒有星星的誕生 293
計算暗物質能形成今日宇宙的數量 294
真正暗黑的暗能量 297
本章的總結 301
專題Ⅲ 從粒子物理學思考暗物質的面貌
不可能再切分的19種基本粒子 304
什麼是標準模型？ 308
玻色子與費米子 309
按自旋的不同分組 310
超對稱理論 312
未知的基本粒子：中性伴子 316
CP 對稱性被弱作用力打破 318
CP 對稱靠強作用力守恆 322
皮塞－奎恩理論的檯球桌 324
最初放置檯球桌時的搖擺 328
第四章 宇宙是怎樣形成的
溫度是什麼？ 332
滑雪的學生 333
相變―物質的面貌改變了 336
加溫的話，可以看到過去 338
1013s 後―原子核捕捉到電子 342
從 100s 開始到 102s―元素合成 346
說明宇宙元素構成比的 αβγ 理論 348
100s 後―對生被打斷，剩下只有光的宇宙 352
10 億的光子與剩下的 1 個物質 356
自然的法則應該是左右對稱，但…… 360
10-8s 到 10-4s―誇克凝集，成為質子 361
10-11s 後―第 3 次相變產生電磁力和弱作用力 362
自然界的 4 種力中，人類只能感受到引力和電磁力 364
電磁力與弱作用力曾經是一家人 366
質量是什麼？ 368
希格斯粒子產生“階級差別” 370
用 LHC 來加溫 374
概率很重要 376
科學論文 377
10-36s 到 10-11s―第 2 次相變與能量沙漠 378
暴脹與相變的潛熱 382
暴脹子？ 384
魔法少女的希望相變為絕望的時候 385
10-44s 後―第 1 次相變，引力誕生 388
愛因斯坦嘗試失敗、物理學上最困難的問題 390
人類與科學的偉大歷史 391
第穀·布拉赫為什麼主張地心說？ 393
實驗技術改變了理論 398
隨時都可以改寫 400
後記 402後記 402
前言 7
第一章 黑洞
什麼是反物質？ 23
湮滅與對生―物質與能量相互轉變 27
反物質用於臨床醫療上 30
動量守恆定律―光會反射出來 32
南極的 BESS 實驗―搜集從宇宙飛來的反物質 34
如果把地球壓縮成半徑為 8.9mm 的小球，它就會變成黑洞 38
愛因斯坦的方程在發散 42
數學算出來的黑洞 44
奇點旋轉就會變成環 46
星球的死亡―引力塌縮 48
所有的物質都變成十萬分之一大小 50
體重決定死法 53
超新星爆炸！ 54
角動量守恆定律 57
中子塌縮，產生黑洞 58
觀察黑洞的方法 60
射線的波長 64
用 X 射線看的話…… 66
超強武器：任意門 69
黑洞有 3 種 70
微型黑洞可以當作垃圾處理場？ 72
史蒂芬·霍金的黑洞蒸發理論 73
夏威夷的黑洞官司 76
愛因斯坦與英文能力 80
建立相對論時要準備的兩大支柱 82
造成中微子超光速說法的罪魁禍首是意大利人？ 85
邁克爾遜 - 莫雷實驗 86
狹義相對論預測的事①速度增加，質量也會增加 91
狹義相對論預測的事②速度增加，時間變慢 94
光的速度固定的話，時間就變得有彈性 100
另一個根據，相對性原理 103
廣義相對論―為加進引力而導入等效原理 106
廣義相對論預測的事①引力導致空間彎曲 109
引力透鏡效應―引力讓光彎曲 112
廣義相對論預測的事②引力導致時間扭曲 116
速度與引力的等效原理―海龜的速度與龍宮的引力 120
白洞與蟲洞 122
製造不出任意門的 3 個理由 125
專題Ⅰ 定量的思考―微軟公司的招聘考試、放射線與電力的問題
如何定量地思考――微軟公司的招聘考試 131
定量地思考核電站的放射性污染 136
對核能發電的個人淺見 138
第二章 宇宙大爆炸
掉落的蘋果與不掉落的月球 148
星星為何散佈在宇宙間？ 150
宇宙學常數？ 152
從球丟出去到球落下來的幾億年 154
如果所有的星球都在遠離我們…… 158
曾經是個小小宇宙 160
宇宙的放晴 162
散播到全宇宙、最古老的光 166
1964 年人們捕捉到向全方位傳播的均一無線電波 167
1989 年的 COBE 170
光是什麼？ 172
眼睛如何看見光 174
人類無法想像三維的封閉空間 176
宇宙有限，但沒有盡頭 180
比光更快遠離的星球 182
不是星星在移動，而是空間在擴張 183
全宇宙的星星分佈圖 185
2001 年的 WMAP―用高解析度攝影瞭解的宇宙構造 188
宇宙大爆炸理論無法解釋的問題：①視界問題 194
宇宙大爆炸理論無法解釋的問題：②平坦性問題 198
宇宙大爆炸理論無法解釋的問題：③磁單極子問題 201
真的找到磁單極子了嗎？ 205
宇宙大爆炸前發生的暴脹 208
暴脹理論如此解釋以上 3 個問題 211
宇宙的 3 個未來 214
拋出去的球會中途加速嗎？ 219
專題Ⅱ 測量地球到星星的距離―那顆星離地球有多遠呢？
①恒星視差 0 ～ 300 光年 224
② HR 圖～ 3 萬光年 226
③造父變星～ 6000 萬光年 231
④塔利 - 費舍爾法～ 3 億光年 233
⑤ Ia 型超新星～ 30 億光年 234
第三章 暗物質
星星一定在動 240
離太陽越近，公轉速度越快，離得越遠則越慢 242
星系的自轉速度很奇怪…… 244
球形的笨蛋！ 250
為星星取你的名字送給你 252
失蹤的質量 253
暗物質以外的解釋①電漿宇宙論 254
暗物質以外的解釋②修正的牛頓力學 256
泡利的訓誨：不要懷疑基本法則 257
利用哈勃空間望遠鏡觀測宇宙質量的分佈 260
宇宙中有多少暗物質？ 262
暗物質的分佈如同消費稅 266
暗物質的候選者① MACHO(暈族大質量緻密天體) 267
暗物質的候選者②基本粒子 269
熱基本粒子的候選者―中微子 271
冷基本粒子的候選者―WIMP 和軸子 272
暗物質的發現方法 275
使用液態氙的 XMASS 實驗 276
地球以 200km s 的速度在運動 278
WIMP 撞擊氙原子核時…… 280
水封住雜音 282
夏天和冬天的撞擊方向不同 284
撿到各種電磁波的軸子實驗 285
CARRACK 軸子探索實驗 286
複雜而緻密的實驗裝置 290
沒有暗物質的話，也就沒有星星的誕生 293
計算暗物質能形成今日宇宙的數量 294
真正暗黑的暗能量 297
本章的總結 301
專題Ⅲ 從粒子物理學思考暗物質的面貌
不可能再切分的19種基本粒子 304
什麼是標準模型？ 308
玻色子與費米子 309
按自旋的不同分組 310
超對稱理論 312
未知的基本粒子：中性伴子 316
CP 對稱性被弱作用力打破 318
CP 對稱靠強作用力守恆 322
皮塞－奎恩理論的檯球桌 324
最初放置檯球桌時的搖擺 328
第四章 宇宙是怎樣形成的
溫度是什麼？ 332
滑雪的學生 333
相變―物質的面貌改變了 336
加溫的話，可以看到過去 338
1013s 後―原子核捕捉到電子 342
從 100s 開始到 102s―元素合成 346
說明宇宙元素構成比的 αβγ 理論 348
100s 後―對生被打斷，剩下只有光的宇宙 352
10 億的光子與剩下的 1 個物質 356
自然的法則應該是左右對稱，但…… 360
10-8s 到 10-4s―誇克凝集，成為質子 361
10-11s 後―第 3 次相變產生電磁力和弱作用力 362
自然界的 4 種力中，人類只能感受到引力和電磁力 364
電磁力與弱作用力曾經是一家人 366
質量是什麼？ 368
希格斯粒子產生“階級差別” 370
用 LHC 來加溫 374
概率很重要 376
科學論文 377
10-36s 到 10-11s―第 2 次相變與能量沙漠 378
暴脹與相變的潛熱 382
暴脹子？ 384
魔法少女的希望相變為絕望的時候 385
10-44s 後―第 1 次相變，引力誕生 388
愛因斯坦嘗試失敗、物理學上最困難的問題 390
人類與科學的偉大歷史 391
第穀·布拉赫為什麼主張地心說？ 393
實驗技術改變了理論 398
隨時都可以改寫 400
後記 402後記 402
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