百年宇宙学：我们对宇宙的百年探索
【美】詹姆斯·皮伯斯
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本书广泛探讨了宇宙学的百年发展历程，主要围绕詹姆斯·皮伯斯教授的著作及其所涉领域展开。它详细回顾了宇宙学中的关键概念，如大爆炸理论、暗物质和暗能量的发现，以及爱因斯坦广义相对论在理解宇宙膨胀中的作用。文中阐述了不同理论和观测证据如何相互作用，推动了对宇宙结构形成和演化的认识，并强调了科研过程中的挑战、错误以及重要的里程碑。此外，文本也触及了科学发现的社会层面，包括不同研究团队之间的互动、信息共享以及科学共识的形成。
詹姆斯·皮伯斯教授的《百年宇宙学：我们对宇宙的百年探索》一书，并非一部一般的高级天文学科普读物，而是一部极具学术价值的著作，最适合天文学专业研究生阅读，也适合对宇宙学感兴趣的物理系和天文学系高年级本科生，甚至具备高中数理水平的读者也能从中培养对宇宙学的兴趣、开阔眼界。
作者与创作背景： 本书由从事宇宙学领域工作二十多年的著名宇宙学家詹姆斯·皮伯斯教授撰写，他本人已在宇宙学研究领域深耕50余年。皮伯斯教授曾于2011年阅读了一篇关于哈勃参量 [H(z)] 宇宙学的系列研究工作文章，并对其"使用红移之间的时间间隔"来获得哈勃参量数据（OHD）的提议表示肯定。作者希望通过此书记录宇宙学研究领域的现状及其思考，并毫无保留地展现宇宙学发展的全貌，包括绝妙见解、幸运猜想、未选择的道路、大大小小的错误以及研究过程中逐渐积累的大量证据。
值得一提的是，本书的中文翻译团队成员背景丰富，包括天文系毕业生、硕士和博士，以及从事宇宙学研究二十多年的资深专家，但翻译过程依然“艰苦”。书的最后翻译与校对工作恰好与中国三年的抗疫过程（2020年1月至2022年12月初）重叠。皮伯斯教授还欣然为中文版撰写了致中国读者的寄语。
内容与主题： 本书详细记录了皮伯斯教授对宇宙学发展历程的总结、反思与展望。它以相对简明的方式解释了自然科学研究是如何开展的。作者以第一人称视角，将宇宙学的客观历史与他本人的主观理解相结合，讲述了他对这门学科的理解。
全书的核心在于宇宙学从1998年到2003年这“革命性的五年”。在此期间，宇宙学研究成果汇聚，形成了一个经得住推敲、值得用“大科学”严格检验的理论。本书追溯了现代宇宙学的起源，从爱因斯坦革命性地引入广义相对论开始，这使得对无边宇宙的本质进行定量分析成为可能。
皮伯斯教授在书中着重探讨了以下关键概念和发展脉络：
- 哈勃参量 (OHD) 数据：OHD数据可以通过一对星系的红移差和年龄差获得。
- 爱因斯坦的宇宙学原理与膨胀宇宙：讨论了宇宙大尺度上的均匀性和各向同性这一哲学假定，以及天文学家对宇宙膨胀的观测。
- “大爆炸”模型：虽然作者认为这个名字不太恰当，但该模型描述了宇宙从一个极其致密的早期状态开始膨胀的过程。
- 宇宙微波背景辐射 (CMB)：作为早期宇宙的“化石”，CMB的发现和其热谱是对宇宙演化的宝贵证据。
- 轻元素丰度：氦和氘等轻元素的丰度被认为是早期炽热宇宙热核反应的遗迹。
- 宇宙结构形成：探讨了恒星、星系和星系团如何在膨胀宇宙中通过引力不稳定性形成。
- 亚光度质量与暗物质：从弗里茨·兹维基在星系团中发现的“缺失质量”问题，到旋涡星系旋转曲线和稳定性的证据，最终引出了“暗物质”这一概念，并探讨了非重子暗物质的粒子物理学候选者（如热暗物质HDM、冷暗物质CDM、弱相互作用大质量粒子WIMP等）。
- 宇宙学常数 (Λ) 与暗能量：从爱因斯坦最初的“敷衍手段”，到后来被学界接受为宇宙的重要组成部分，并获得了“暗能量”的新名称。
- ΛCDM宇宙学模型：本书最终确立的理论框架，结合了爱因斯坦的宇宙学常数和冷暗物质。
- 宇宙学革命 (1998-2003)：由两个重大实验进展推动——Ia型超新星的红移-星等关系测量，以及CMB辐射角分布的详细测图，这些观测共同指向了ΛCDM模型。
- 科学研究的本质与哲学：书中穿插了对科学如何发展、实证与非实证评估的作用、理论选择中的“简洁性”偏好、以及科学界的人类行为等方面的深刻反思。
写作风格与价值： 皮伯斯教授的写作语言尽管被译者团队描述为“深奥艰涩，所用句式也十分复杂”，且“英文写作水平不算上佳”，但它详细记录了作者对宇宙学发展历程的深刻总结与反思。作者致力于展现宇宙学发展的“全貌”，包括那些绝妙的见解、幸运的猜想、未选择的道路、以及大大小小的错误。这使得本书不仅是一部科学史，更是一部展现科学进步曲折过程的生动案例。作者在书中坦诚地融入了个人经验和思考，比如他对“大爆炸”这一术语的不满，以及他在CMB研究中的亲身经历。
本书探讨了许多物理学家在选择理论时所依赖的“非实证性评估”，例如对理论的“美感”和“简洁性”的偏好。皮伯斯承认自己曾被这些偏好所影响，但最终还是被不断积累的实证证据所说服，接受了ΛCDM模型。他强调，虽然大自然的选择未必符合我们对“简洁性”的理解，但最终被广泛接受的ΛCDM模型确实在许多方面表现出惊人的简洁与一致性。
未来的展望与反思： 在书的结尾，皮伯斯教授提出了21世纪宇宙学上空的“两朵乌云”：
- 大爆炸之前究竟发生了什么？
宇宙暴胀理论提供了框架，但仍需新预测的检验来证实。
- ΛCDM模型中暗物质的本质是什么？ 目前仍缺乏实证证据，这挑战了“宇宙这一大部分不可能如此简单”的非实证性直觉。
皮伯斯教授认为，技术进步是自然科学研究不可或缺的一部分，从早期对红色敏感的感光底片，到射电望远镜、CCD探测器，再到天文测光技术，都极大地推动了宇宙学的发展。
总结： 《百年宇宙学：我们对宇宙的百年探索》是一部深度与广度兼备的宇宙学史诗。它不仅全面梳理了过去一个世纪宇宙学从萌芽到成熟的艰辛历程，更通过作者的亲身参与和深刻反思，展现了科学研究的复杂性、不确定性以及人类在探索未知时的执着与智慧。对于任何希望深入了解宇宙学核心理论、其发展脉络及背后哲学思考的读者，这部书都将是不可多得的宝贵资源。