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出版者:电子工业

作者:金江军 编著

出品人:

页数:265

译者:

出版时间:2004-10

价格:25.00元

装帧:

isbn号码:9787120000059

丛书系列:

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浩瀚星河中的新大陆：宇宙学探索前沿 内容简介： 本书并非聚焦于地球上的商业活动或信息技术的应用，而是带领读者进行一场超越时空的宏大旅行——深入探究宇宙的起源、结构、演化及其最终命运。我们将在广袤无垠的黑暗中寻找光明，追溯时间之河的上游，直面物理学定律的终极奥秘。 第一章：宇宙的黎明——大爆炸的余晖与暴胀的时代 本章从现代宇宙学的基石——大爆炸理论——出发，详细剖析了我们对宇宙初生时刻的理解。我们将探讨奇点的概念，以及早期宇宙中物质、能量和时空的极端状态。重点关注“暴胀理论”，这一精妙的修正，解释了宇宙学中的平坦性问题和视界问题，并预测了我们今天所观测到的宇宙微波背景辐射（CMB）的均匀性与微小涨落。 我们深入解析了普朗克卫星和WMAP等探测器收集到的CMB数据，这些数据如同宇宙婴儿时期的快照，包含了关于宇宙基本参数的决定性信息。通过对CMB极化模式的分析，我们得以重构暴胀期间量子涨落如何被“拉伸”并成为今日星系团的种子。本章将详细介绍宇宙学参数的精确测量方法，例如哈勃常数（$H_0$）的当前争议及其对宇宙年龄估算的影响。 第二章：时空织锦的结构——暗物质的幽灵与星系的诞生 宇宙并非由我们熟悉的原子物质主导。本章聚焦于占据宇宙约27%质量的神秘物质——暗物质。我们将梳理支持暗物质存在的全部观测证据：星系旋转曲线的异常、星系团的引力透镜效应、以及宇宙大尺度结构形成过程的计算机模拟。 详细阐述了当前搜寻暗物质粒子的主流实验方法，包括直接探测（如氙基探测器在地下的尝试）、间接探测（如通过伽马射线寻找湮灭信号）以及对新一代粒子加速器实验的展望。我们还将讨论暗物质的不同候选模型，从弱相互作用大质量粒子（WIMPs）到轴子（Axions），以及它们在宇宙结构形成中的关键作用。从微小的密度涨落到巨大的星系团链，暗物质的引力骨架如何引导普通物质坍缩，形成我们今天看到的星系和星系团。 第三章：看不见的驱动力——暗能量的谜团与宇宙的加速膨胀 如果说暗物质是宇宙中的“骨架”，那么暗能量则是推动宇宙加速膨胀的“燃料”。本章深入探讨了自1998年发现以来颠覆传统宇宙学模型的暗能量。我们将详细分析超新星观测（Ia型）如何揭示了宇宙膨胀正在加速的事实，以及这种加速效应背后的物理机制。 介绍了几种主要的暗能量模型，包括爱因斯坦的宇宙学常数（$Lambda$），以及随时间演化的标量场模型，如“昆顿”（Quintessence）。本章还将介绍测量暗能量性质的前沿实验，例如大有谱系巡天（DES）、欧几里得太空任务（Euclid）以及薇拉·鲁宾天文台（Vera C. Rubin Observatory）将如何通过测量宇宙透镜效应和重子声学振荡（BAO）来精确约束暗能量的状态方程（$w$）。 第四章：恒星的熔炉与元素的起源——核合成与宇宙化学演化 本章将视角缩小，聚焦于恒星的生命周期及其在宇宙化学演化中的核心地位。我们将追溯从宇宙大爆炸后最初几分钟内发生的“太初核合成”到恒星内部进行的“主序星核合成”，再到超新星爆发中极重元素的“快中子俘获过程”（r-过程）。 详尽讨论了氢、氦、锂等宇宙中最轻元素的丰度如何作为早期宇宙物理学的有力佐证。随后，我们进入恒星晚期阶段，分析碳、氧、铁等构成行星和生命的元素是如何在红巨星内部和Ia型或II型超新星爆发中被锻造出来并抛洒回星际介质的。理解这些核合成过程的效率和模式，是揭示我们自身存在之物质来源的关键。 第五章：时空深处的透镜——引力波、黑洞与时空几何 本章转向爱因斯坦广义相对论在极端条件下的应用。引力波的首次直接探测（LIGO/Virgo的GW150914事件）标志着我们进入了“多信使天文学”的新纪元。我们将详细解析双中子星并合、黑洞并合产生的时空涟漪的物理特性，以及如何利用这些信号来测试引力理论的极限。 同时，本章深入研究了黑洞——时空中最极端的几何结构。从史瓦西半径到事件视界，再到爱因斯坦-罗森桥（虫洞）的理论猜想，我们探讨了黑洞热力学、霍金辐射的理论基础，以及事件视界望远镜（EHT）对M87和人马座A的成像所带来的革命性突破。引力波天文学正在以前所未有的精度揭示宇宙中大质量物体的形成与演化。 第六章：多重宇宙的猜想与宇宙学的边界 在穷尽了对我们可观测宇宙的探索之后，本章将目光投向理论物理学的最前沿和最富争议的领域：多重宇宙（Multiverse）的构想。我们将审视永恒暴胀理论、弦理论的景观（Landscape）以及量子力学中的多世界诠释如何自然地导向多重宇宙的存在。 探讨了如何从理论上定义和区分不同类型的多重宇宙（如层级I到层级IV）。虽然直接观测证据目前缺失，但我们讨论了间接检验这些猜想的可能性，例如寻找与其他“泡泡宇宙”碰撞留下的印记。本章旨在挑战我们对“宇宙”定义的固有观念，引导读者思考我们所处的这个时空是否仅仅是无限可能性中的一个特例。 结语：未解之谜与未来巡天 本书的结尾回顾了当前宇宙学中的几大未解之谜：暗能量的本质、暗物质粒子的身份、以及宇宙起源的最终答案。展望了詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）在早期星系形成研究中的突破，以及未来十年内诸如“巨型综合阵列”（SKA）等地面项目将如何重塑我们对宇宙大尺度的理解。这是一部献给所有对未知宇宙怀抱无限好奇心的探索者的指南。

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