书中以回答“宇宙由什么组成”以及“我们为什么存在”为线索, 通过结合最新的基本粒子物理和天体物理研究, 用风趣幽默的语言和比喻, 从全新的视角讲述了“宇宙的本原结构”和“自然的本原法则”, 清晰描绘出了当前人类研究体系下的宇宙整体图景, 并讲解了宇宙中“暗物质”“暗能量”等概念, 是了解自然和宇宙“黑暗秘密”的科普佳作。
序章 极小又极大的世界 001
1．宇宙是用数学语言书写的 002
2． 从1027到10-35的世界 004
3．世界是一条“衔尾蛇” 010
第1章 宇宙是由什么构成的 013
1．苹果和行星遵循同样的运动法则 014
2．苹果皮上的宇宙空间站 016
3．“旅行者号”的20年与“4光时”外的冥王星 018
4．分析太阳光，就会知晓其结构 020
5．曾被预言“存在却无法发现”的中微子 022
6．每秒有数十万亿个中微子穿过我们的身体 025
7．所有天体的质量仅占宇宙的0．5% 029
8．“暗物质”占据了整个宇宙的23% 031
9．占据宇宙主体的神秘能量 035
10．远古的余烬——大爆炸理论的证据 038
11．宇宙一直在加速膨胀 042
12． 21世纪发现的未解之谜 043
第2章 探寻最终的基本粒子！ 045
1．日全食证明了爱因斯坦理论 046
2．为什么能够绘制出不可见的暗物质“地图” 047
3．观察遥远的宇宙就等于观察过去的宇宙 050
4．光和无线电波无法通行的“墙壁” 052
5．从物质的本原追溯宇宙的起源 056
6．通过撞击电子的波来观测极小的世界 058
7． 量子力学的开端——光是波还是粒子？ 060
8．围绕原子核旋转的电子是波！ 063
9． 电子显微镜——缩短电子的波长提升分辨率 067
10．用粒子加速器构造诞生初期的宇宙 068
11．我们的身体由超新星爆炸产生的星尘构成 070
12．卢瑟福的实验验证了原子的土星模型 072
13．夸克——不可再分割的基本粒子 074
14．“标准模型”是20世纪物理学的金字塔 075
15．第1代夸克——“上夸克”与“下夸克” 077
16．意外发现的神秘基本粒子 078
17．预言存在3代以上夸克的“小林-益川理论” 082
18．负责传递“力”而非构成物质的基本粒子 085
第3章 揭开“四种力”的神秘面纱——引力、电磁力 089
1．引力、电磁力、强力、弱力 090
2．粒子以投接球方式传递力 095
3．质量可以转换成能量的大发现 097
4． “质量守恒定律”的破绽与不列颠百科全书编写者的兴奋 099
5．性质相同、电荷相反的“反物质” 101
6．太阳的核聚变反应——每秒50亿千克的质量转换成能量 103
7．不确定性原理——位置和速度无法同时测定吗 107
8．应用到电子技术的“隧道效应” 109
9． 哥本哈根解释——上帝似乎会掷骰子 111
10．可以“同室而居”的玻色子与彼此“水火不容”的费米子 112
11．结合原子与原子的力——电磁力 114
12．电磁力的传递源自粒子吞吐光子 116
13．电磁力的作用距离取决于不确定性原理 118
14．物理学史上最精确的理论值 121
第4章 从汤川理论到小林-益川理论——强力、弱力 125
1．预言了未知粒子及其质量的汤川理论 126
2．汤川粒子是在安第斯山山顶发现的 128
3．发现新粒子的热潮令研究者们手足无措 130
4．如何解释“不会衰变的粒子” 132
5．质子的寿命要远远长于宇宙的历史 133
6．奇怪的“奇异数守恒定律” 135
7．质子与中子由3个夸克构成，介子由2个夸克构成 136
8．夸克分为3种颜色？无法单独取出夸克？ 139
9．证明夸克理论的“11月革命” 141
10．传递强力的粒子为胶子 144
11．无法取出夸克的原因在于胶子的色荷 145
12．因夸克精神饱满而导致体重增加？ 147
13．“弱力”点燃了太阳 148
14． 大型粒子加速器中的月球和TGV 149
15．传递弱力的W及Z玻色子 151
16．宇称不守恒的“τ-θ之谜” 153
17． 存在本质区别的“左”与“右”！ 155
18． 小林-益川理论解释了“CP对称性破缺” 158
19．夸克并非只有2代，而是存在3代以上 160
20．日美两国围绕“三角形”展开激烈的实验竞争 163
21．神秘的希格斯玻色子——基本粒子的质量之源？ 166
22．右撇子多的原因是“对称性自发破缺”？ 168
第5章 暗物质、消失的反物质以及暗能量之谜 171
1． 以为接近了目标，却又出现新的谜题 172
2．如果没有暗物质，就不会诞生恒星和生命 173
3．“超弦理论”实现“大统一理论”的梦想 175
4．真正的时空具有10个维度？ 177
5．哪里会率先检测出暗物质？ 179
6． 0．25克反物质相当于原子弹的能量 183
7．物质以十亿分之二的微弱优势在生存竞争中险胜反物质 185
8．草莓味还是巧克力味？中微子振荡的真相 186
9．从东海村向神冈发射中微子束！ 189
10．收缩还是膨胀？——宇宙的终结 191
11．多样的宇宙未来假说 194
12．基本粒子物理学与每个人的人生息息相关 197
后记 199
作者简介 202
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