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出版者:北京大学出版社

作者:(美)Virginia Andersen

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2001-06-01

价格:29.80元

装帧:

isbn号码:9787301050637

丛书系列:

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深邃的星海：宇宙起源与演化 引言：对永恒之谜的追问 自古以来，人类仰望星空，心中便萦绕着一个终极问题：我们从何而来？宇宙是如何诞生的？它又将走向何方？这些宏大而深邃的命题，不仅是哲学家们沉思的焦点，更是现代天体物理学家们孜孜以求的科学前沿。《深邃的星海：宇宙起源与演化》并非一本技术手册，而是一次对宇宙宏伟画卷的深度探访，它旨在以清晰、引人入胜的方式，带领读者穿越时空隧道，触摸宇宙的诞生之初，理解星辰的生灭规律，并探讨人类在浩瀚时空中的独特位置。本书将严格聚焦于宇宙学、粒子物理学以及天体演化等核心领域的前沿认知，力求展现一个既充满震撼又逻辑严密的宇宙图景。 第一部分：混沌之初——宇宙的黎明 本部分将深入剖析现代宇宙学最核心的理论——大爆炸模型。我们不会止步于对“爆炸”一词的字面理解，而是详细阐述宇宙如何从一个极度致密、极度炽热的奇点，在瞬间经历了暴胀。暴胀理论是解释宇宙早期均匀性和平坦性的关键，本书将详尽解析其数学基础和观测证据，例如宇宙微波背景辐射（CMB）的温度波动。 一、奇点的边界与暴胀的瞬间： 追溯时间轴至 $10^{-35}$ 秒之前，探讨普朗克时代物理学的局限性。随后，我们将描述暴胀场的动力学，即宇宙如何在极短的时间内被指数级放大。 二、基本粒子的“炼金术”： 随着宇宙的冷却，能量转化为物质。我们将详细描绘夸克时代、轻子时代，以及强子形成的过程。这对理解物质的基本构成至关重要，包括中微子背景的形成。 三、核合成的熔炉： 宇宙诞生后的最初三分钟至二十分钟，是轻元素（氢、氦、锂）的“熔炉”。本书将精确计算不同温度下核反应的截面和产率，解释宇宙中氦丰度如何成为大爆炸理论的强有力佐证。 四、黑暗时代的降临与第一束光的释放： 在原子尚未形成之前，宇宙是一片不透明的等离子体“迷雾”。我们将分析复合（Recombination）事件，即质子和电子结合形成中性原子的瞬间（约38万年），光子得以自由穿行，形成了我们今天观测到的CMB。这部分将深入解读CMB的各项物理参数及其对宇宙成分的揭示。 第二部分：结构的形成——从均匀到万有 宇宙不再是光滑的，必须存在某种“种子”来驱动引力坍缩，形成星系和星系团。本部分聚焦于暗物质和暗能量在结构形成中的决定性作用。 一、不可见的骨架——暗物质的证据链： 暗物质不发光，但它以其引力塑造了可见的宇宙。我们将系统梳理证明暗物质存在的观测证据，包括星系旋转曲线、引力透镜效应以及星系团尺度的动力学分析。本书将探讨冷暗物质（CDM）模型，并描述暗物质晕如何充当了后续恒星和星系形成的引力“脚手架”。 二、宇宙网的编织： 随着引力不断放大早期密度的微小涨落，物质开始聚集，形成了巨大的纤维状结构——宇宙网。本书将利用大规模结构模拟的结果，形象展示星系如何沿着这些“纤维”分布，并阐述引力不稳定理论在这一过程中的作用。 三、第一批恒星的诞生（Population III）： 在原始气体云坍缩到足够密度后，宇宙中第一代恒星（仅由氢和氦构成）被点燃。我们将讨论这些巨型、短寿恒星的特性，以及它们如何通过超新星爆发，将重元素播撒到宇宙之中，为后续世代恒星和行星的形成铺平道路。 第三部分：恒星的生命周期与化学演化 恒星是宇宙中的炼金术士，它们负责将轻元素转化为构成生命所需的复杂元素。本部分详细剖析恒星演化的各个阶段，以及它们的死亡对宇宙化学的贡献。 一、主序星的平衡： 探讨恒星如何通过氢核聚变维持流体静力平衡。我们将涉及钱德拉塞卡极限和奥本海默-沃尔科夫极限，这些极限决定了白矮星、中子星和黑洞的最终命运。 二、元素的熔炉——渐近巨星分支与超新星： 深度解析红巨星内部的氦闪和碳燃烧过程。重点阐述II型和Ia型超新星爆发的物理机制。Ia型超新星作为“标准烛光”，其测定的光度曲线如何被用于测量宇宙加速膨胀。 三、宇宙的重元素工厂： 探讨除常规核合成路径外，中子捕获过程（s过程和r过程）在宇宙中制造重元素（如金、铀）的关键作用，并指出这些过程主要发生在特定的双星系统或中子星并合事件中。 第四部分：加速的未来——暗能量与宇宙的终极命运 本部分将转向观测天文学的最新发现，即宇宙膨胀正在加速，并探讨驱动这一现象的神秘力量——暗能量。 一、加速膨胀的发现： 回溯观测超新星团队如何意外地发现了宇宙膨胀速率的增加，并解释了红移与距离测量的复杂性。 二、暗能量的本质探讨： 介绍目前对暗能量最主流的两种解释：宇宙学常数（真空能）和更具动态性的修正引力理论。本书将详细对比这些模型的参数空间及其对宇宙学未来图像的预测。 三、宏观几何与未来： 结合物质密度参数（$Omega_m$）和暗能量密度参数（$Omega_{Lambda}$），探讨宇宙的几何形状（平坦、开放或闭合）。最终，我们将预测宇宙的几种可能终局：热寂（Heat Death）、大撕裂（Big Rip）或大收缩（Big Crunch），并分析当前观测数据更倾向于哪一种场景。 结语：人类在时空中的位置 在结束这场跨越138亿年的旅程后，本书将回归到人类自身。通过理解宇宙的宏大规律，我们得以更深刻地认识地球的珍贵和生命出现的概率。这不仅仅是对物理学的探索，更是对人类自身存在意义的哲学沉思，强调了科学方法在揭示终极真理过程中的不可替代性。

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