全彩圖說時間簡史

時間有沒有開端，空間有沒有邊界？
輪椅上的“宇宙之王”：把世界裝進腦袋的偉大科學家
無與倫比的貢獻：奇點定理+黑洞不黑
絕對正牌的“科普作家”：從《時間簡史》到《大設計》
宇宙的“前世今生”：霍金腦中的宇宙誕生及未來
第一章 我們的宇宙圖像
人類認識宇宙，從“看墨星”開始
宇宙認識的開端：與生產生活密切相關的天象觀測
古代人類的宇宙學說：從星占學家到球形大地
宇宙地心說：靜止不動的地球，是宇宙的中心
日心說出爐：哥白尼“抗議” 太陽才是宇宙的中心
開普勒三大定律：我證明，地球是圍繞太陽運行的
宇宙無限性理論：布魯諾相信，宇宙沒有中心
宇宙在運動：牛頓引力理論表明，宇宙不可能靜止
宇宙從何開始：在某一個有限時刻，宇宙開端了
星系是追布宇宙的龐大星星“島”
人類眼中的天河：神秘天河中藏著無數(shù)恒星
星系“類型秀”：旋渦星系、橢圓星系和不規(guī)則星系
星系也有“高低檔”：星系群 星系團 超星系團
“云霧繚繞”的旋渦星系：美麗的仙女座和獵犬座星云
空中的巨大鐵餅：扁平圓盤狀的銀河系
燃燒的恒星：廣袤銀河中，人類居住在太陽系
大質量恒星最終的“爆死”：超新星爆炸事件
河外星系的發(fā)現(xiàn)：地球離仙女座星系到底有多遠
以光年為標尺，量一量宇宙中的“超遠”距離
丈量宇宙的標尺：光年
如何測量天體距離：宇宙“量天尺” 造父變星
星系大小和間距：百萬光年？瞠目結舌的星系間距
太陽系究竟有多大：從太陽到比鄰星
我們知道宇宙在膨脹，卻弄不懂金字塔
哈勃的觀測：星星正在飛離我們 宇宙在膨脹
望遠鏡中的宇宙：我們看到的，是過去的宇宙
金字塔之謎：外星文明的產物或上個世代的地球遺產
宇宙未解之謎：虛空中的巨大空洞和宇宙長城
邁向明天的宇宙學：乘著技術革新之風，向宇宙盡頭進發(fā)
第二章 空間和時間
就算物質都毀滅，時間和空間依然相互獨立存在
物體運動的速度由誰決定：羽毛和鐵塊為何同時落地
牛頓的引力定律：是什么規(guī)定了行星的運動軌道
“絕對''光速：無論怎么測量，光速數(shù)值始終不變
絕對時間和絕對空間：即使物質都毀滅，它們依然存在
牛頓的困惑：沒有絕對靜止，意味著沒有絕對的時間和空間
一切都是相對的，時間和空間是相結合的
找不到的絕對空間：光的媒介 像風一樣的以太
光速不變原理：拋棄以太 光速是恒定的常數(shù)
被終結的絕對時間：每個觀察者，都有自己的時間測度
相對性原理：無論何時何地，物理法則永遠不變
同時的本質：沒有絕對的同時，同時也是相對的
時間和空間的集合：從四維空間里，找出你的時空坐標系
引力折彎光線，形成彎曲的時空
狹義相對論：太陽熄滅了！那是8分鐘之前的事情
彎曲的時空：廣義相對論預言 光會被引力場折彎
變慢的時間：同時出生的男孩因何年齡不同 雙生子吊詭
神奇的狹義相對論：雙生子吊詭的詭異真相
第三章 膨脹的宇宙
星系不斷遠離，宇宙時刻膨脹
斯萊弗的觀測：星系正以百萬千米的時速”逃離“銀河系
光譜分析：用光的波長和顏色來觀測遠去的恒星
多普勒效應：遠去的聲音會變低，遠去的光呢
光波的多普勒效應：紅移表明，星系確實在遠離我們
著名的哈勃定律：越遠的星系”逃離“的速度越快
膨脹的宇宙：20世紀最偉大的智力革命之一
如何觀測更遠的星系：天文望遠鏡的”成長史“
由密集狀態(tài)開始的巨大爆炸
大爆炸理論的證據：天外傳來的詭異噪聲
熱輻射：真空中唯一的傳熱方式
微波背景輻射：星系遠離，說明我們在宇宙的中心嗎
弗里德曼的宇宙膨脹模型：空間是有限的，但沒有邊界
空間到底是怎樣膨脹的：加速、加速、再加速
宇宙是否會永遠膨脹：宇宙平均密度PK膨脹率的臨界值
大爆炸或者時間，有一個開端
暗物質和暗能量：“空蕩蕩”宇宙中的神秘物質
宇宙的兩種極端命運：熱寂說和大坍塌
大爆炸奇點：創(chuàng)生時刻 宇宙可能起源于一點
反對大爆炸的理論：穩(wěn)恒態(tài)宇宙模型 時間怎么能有開端
奇點定理：在時間上，宇宙必須有一個開端
第四章 不確定性原理
一切都不確定，包括宇宙模型
牛頓引力論：上帝提供了推動宇宙運轉的“第一推動”能量
荒謬的科學決定論：由某一刻的宇宙狀態(tài)推斷整個宇宙
瑞利-金斯公式：恒星究竟是以何種速率輻射出能量的
普朗克的量子假設：能量量子化 自然的非連續(xù)本性
普朗克常量：可以用光來確定粒子的位置和速度嗎
不確定性原理：上帝是擲骰子的 沒有完全確定的宇宙模型
同一時刻，一個電子竟會通過兩條縫隙
波粒二重性：光同時由波和粒子組成
粒子的干涉現(xiàn)象：每個電子在同一時刻總是通過兩條縫隙
從粒子干涉看原子結構：經典理論預言，原子會坍縮
量子化原子結構：玻爾發(fā)現(xiàn)原子并不會坍縮
理查德·費曼的貢獻：時空中的粒子，并非只有一個歷史
量子力學認為，上帝是擲骰子的
量子力學：上帝需要擲幾次骰子，才出現(xiàn)地球生命
量子力學的作用：我們可以預言圍繞我們的一切東西
量子力學效應：對黑洞和大爆炸來說，量子力學不可或缺
第五章 基本粒子和自然的力
一層一層“隱藏”在物質中的粒子
物質的構成：原子 一切化學反應中不可再分的基本微粒
原子的內部結構：藏在原子“身體”里的原子核和電子
質子和中子：組成原子核的“基本”粒子
沒有顏色的夸克：構成質子和中子的更小微粒
粒子不但能自己旋轉，還有“反面”
粒子加速器：探索原子核、粒子性質的“重要武器”
粒子的自旋性：圍繞一個不存在的軸自我旋轉的小陀螺
自旋的重大貢獻：為何世界沒有坍縮成一鍋均勻的“湯”
反粒子：能跟粒子一同湮滅的“反面”粒子
虛粒子：你檢測不到“我”？但“我”確實存在
微小粒子間的四種“強大”力
引力：“我”很弱，但到處都有“我”
電磁力：比引力大100億億億億億倍
弱核力：“我”很少見，但確實存在
強核力：小心，“我”有“禁閉癥”
把四種力統(tǒng)一起來？有點難
三種力的大統(tǒng)一：電磁力+弱核力+強核力
大統(tǒng)一理論的檢驗：想觀測質子衰變？100萬億億億年后再來吧
人類因何存在：沒有能跟我們一同湮滅的反物質
大統(tǒng)一理論的證據：不服從T對稱的早期宇宙
第六章 黑洞到底黑不黑
恒星的生命終結=黑洞的誕生
宇宙中的空洞：黑洞 捕獲光線的終極恒星
恒星的生命有多長：燃燒 燃燒 燃料耗盡變冷收縮
白矮星的誕生：昌德拉塞卡極限 阻止恒星持續(xù)收縮的存在
恒星的最終命運：恒星最終會坍縮成一個點嗎
奧本海默的貢獻：被引力“拉彎”的光線，無法從恒星表面逃逸
黑洞的形成：在坍縮恒星上的航天員，會被拉成意大利面
如何檢測黑洞，在煤庫里找黑貓
黑洞的邊界：事件視界 沒有任何東西能從這里逃離黑洞
黑洞的形狀：從球形開始坍縮還是坍縮成球形
最終的穩(wěn)態(tài)：黑洞沒有毛 旋轉但不能搏動的態(tài)
如何檢測黑洞：利用引力，在煤庫里找黑貓
不會“變小”的黑洞：不隨時問變化，面積不會減小
從黑洞旁的“虛空”中，發(fā)射出了粒子
熱力學第二定律：系統(tǒng)的熵是這樣合并的
“搞例外”的黑洞：跟黑洞合并后，熵到底是增加還是減少
黑洞到底是否具有熵：從黑洞旁邊的“空虛”中發(fā)射出的粒子
“太初”黑洞：宇宙誕生之初的黑洞“鼻祖”
黑洞不都是那么黑：白熱的太初黑洞
如何觀測太初黑洞：閔湎？ 太初黑洞的輻射
黑洞輻射意味著：被撕裂的航天員可以“循環(huán)再生”了
第七章 宇宙的起源和命運
膨脹宇宙中，星系如何形成
熱大爆炸模型：大爆炸后1秒鐘，宇宙什么樣
特殊的中微子：膨脹宇宙中，誰能逃脫互相湮滅的命運
宇宙的熱早期階段圖像：炙熱狀態(tài)后，氦核形成了
膨脹之后的坍縮：在坍縮中旋轉誕生的星系和恒星
生命=原子的偶然結合+自我復制
生命的形成：原子的偶然結合+鍥而不舍的自我復制
混沌邊界條件：在無限多個宇宙中，人類是偶然的存在嗎
人存原理：宇宙之所以如此，是因為唯有如此我們才能存在
宇宙處于一個巨大的泡泡中嗎
暴脹宇宙：解決諸多難題的理論 無法想象的急劇膨脹
暴脹的原因和運用：宇宙竟然是最徹底的免費午餐
新暴脹模型：我們的宇宙，處于一個巨大的泡泡之中嗎
探尋暴脹的證據：進行漫長宇宙之旅的重力子
宇宙沒有邊界，不被創(chuàng)生不被消滅
宇宙終極理論特征一：虛時間和歐幾里得時空
宇宙終極理論特征二：彎曲時空的行為 宇宙的量子態(tài)
量子理論的創(chuàng)新：宇宙沒有邊界，它不被創(chuàng)生也不被消滅
以“無邊界”假定來看宇宙：實時間和虛時間中不同的宇宙歷史
被證實的無邊界條件預言：宇宙背景探險者衛(wèi)星COBE的重要發(fā)現(xiàn)
第八章 時間箭頭
為什么我們只能記住過去
時間迷霧：為什么我們記住的是過去而不是將來
時間箭頭：無序度總是隨著時間而增加
時間的真相：我們如何區(qū)分過去和未來
時間的方向=事情越來越糟糕
熵增大法則：越變越糟的事情 越來越無序的狀態(tài)
熱力學時間箭頭：我們對時間的感知，由熱力學時間箭頭決定
宇宙學的時間箭頭：從宇宙演化看熱力學時間箭頭的存在
時間是否會反演：倒退著生活，在出生之前就已死去了嗎
早期宇宙的狀態(tài)“孕育”了時間箭頭
膨脹的證據：只有在膨脹的宇宙中，智慧生命才能生存
時間箭頭存在的根源：早期宇宙，處于極低的熵狀態(tài)
薛定諤的貓：生命的本質 生物賴負熵為生
從熵的角度來看進化：自然界定律之最 熵定律
宇宙起源假說之一：可以區(qū)分過去和未來的奇異點理論
第九章 蟲洞和時間旅行
理論上，我們可以做時間旅行
時間旅行是否真的可行：我們真的能前往過去和未來嗎
旋轉宇宙+宇宙弦：卷曲的宇宙，讓我們總能旅行到過去嗎
旋轉黑洞：在旋轉中變化而又充滿力量的黑洞內外時空
連接平行宇宙的通道：旋轉黑洞即是時光隧道嗎
蟲洞是宇宙中“瞬間轉移”的時空隧道
逆時旅行的瓶頸：打不破的光速壁壘 我們無法超越光速
連接不同時空的隧道：蟲洞 宇宙中“瞬間轉移”的工具
如何讓時空卷曲：負能量密度 可以透支的能量
時光機器的制造原理：蟲洞+彎曲的時空
怎樣用宇宙繩制造時光機器
“宇宙繩”時光機器：大爆炸產生了無數(shù)充斥宇宙的“繩子”
宇宙繩的來源：宇宙創(chuàng)生時，舊真空和新真空相互轉化了
神奇的時空：宇宙繩周圍的時空，具有不可思議的性質
制作時光機器：如何用宇宙繩制造時光機器
你能回到過去，但無法改變歷史
時間旅行的限制：為何沒有來自未來的時間旅行者
解決時間旅行的佯謬：你能回到過去，但無法改變歷史
微觀尺度下的時間旅行：從黑洞中逃逸的虛粒子，逆時間旅行了
宏觀尺度下的時間旅行：虛粒子的阻隔，讓時間旅行成謎
第十章 物理學的統(tǒng)一
我們在尋找宇宙終極定律
自然終極定律：物理學的統(tǒng)一 協(xié)調所有理論的統(tǒng)一理論
廣義相對論和量子力學的結合：黑洞，奇點，宇宙無邊界理論
“超引力”的誕生：將引力和其他力結合起來的最佳辦法
弦理論中竟然存在十維時空
弦理論的出爐：把粒子看作是一根無限細的弦
弦理論的問題：十維或者二十六維時空？這是科學幻想嗎
為何我們只能感受到四維：生命，只能存在于四維時空里
多種弦理論：為何自然只挑選了適合生命誕生的弦理論
科學的終極勝利是“認識上帝”
統(tǒng)一理論是否存在：三種關于統(tǒng)一理論的可能
無法確定的終極理論：無法被證明，所以永遠不確定
回顧不同的世界圖：無厘頭的龜理論和數(shù)學化的超弦理論
當“靈魂”遭遇科學決定論：上帝會選擇，讓宇宙如何開始
膨脹或收縮的宇宙：統(tǒng)一理論背后，是誰在操控
人類理性的終極勝利：哲學+科學=每個人都能知道上帝的精神
附錄
附錄一：不可不知的物理名詞
附錄二：不可不知的科學名人