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出版者:World Scientific Publishing Company

作者:Pierre-Gilles De Gennes

出品人:

页数:489

译者:

出版时间:1998-09-15

价格:USD 32.00

装帧:Paperback

isbn号码:9789810232719

丛书系列:

图书标签:

• Polymer
• Physics
• 凝聚态物理
• 固体物理
• 材料科学
• 物理学
• 量子力学
• 统计物理
• 相变
• 电子结构
• 拓扑物态
• 低维材料

好的，以下是一本内容与《Simple Views on Condensed Matter》无关的，关于宇宙学与早期宇宙的演化的图书简介。 --- 苍穹之始：从量子涨落到星系形成的宇宙史诗 导言：追溯万物的起源 宇宙，这个宏大而又令人敬畏的存在，其历史跨越了近138亿年。我们头顶的星辰、脚下的土地，乃至构成我们自身的每一个基本粒子，都源自于一个极度炽热、致密的奇点。本书旨在带领读者进行一场穿越时空的史诗之旅，从宇宙诞生的瞬间——那个我们至今仍在努力理解的“零点”——出发，系统性地梳理和阐释当前宇宙学最前沿的理论与观测成果，描绘出从微观的量子涨落到宏观的星系网络形成的全景图。 我们不满足于对已知现象的简单描述，而是深入探讨驱动宇宙演化的核心物理机制。本书的核心目标是构建一个清晰、连贯的叙事线索，将早期宇宙的暴胀理论、核合成的元素丰度、宇宙微波背景辐射（CMB）的精妙结构，与当前宇宙网的形成过程紧密联系起来，揭示隐藏在这些现象背后的统一物理定律。 第一部分：混沌的黎明——暴胀与量子场论的初现 宇宙的开端并非一个平滑、均匀的初始状态，而是充满了剧烈的、亚秒级的演化。本部分聚焦于暴胀理论（Inflation）——这一被广泛接受的理论如何解决了平坦性、视界问题以及磁单极子问题。我们将细致解析暴胀机制的标量场动力学，探讨其所需的精细调谐（fine-tuning），并详细分析不同暴胀模型（如混沌暴胀、混合暴胀）所产生的可观测特征。 重点将放在暴胀如何将量子涨落放大并固化为经典密度扰动上。这是理解后续所有结构形成的基础。我们将深入讨论如何在量子场论的框架下计算这些原始涨落的谱密度，特别是其在宇宙微波背景（CMB）温度和极化图样中留下的“指纹”。对于那些对数学物理有兴趣的读者，我们将提供必要的背景知识，以理解如何从李维-奇维塔导数到弗里德曼方程的衔接，以及标量和张量功率谱的精确计算方法。 第二部分：宇宙的炼金术——电子、核子与光子的舞蹈 暴胀结束后，宇宙进入了一个能量密度急剧下降的阶段。本书的第二部分将详尽描述宇宙从夸克-胶子等离子体冷却到原子核形成的关键时期。 首先，我们将探讨电弱对称性的破缺，解释希格斯机制如何赋予基本粒子质量，并深入讨论相变理论在早期宇宙中的应用——从一阶相变到二阶相变的转变，以及这些相变可能产生的引力波信号。 接下来的核心章节是关于太初核合成（Big Bang Nucleosynthesis, BBN）。我们将精确重建从质子和中子开始，到氘、氦-3、氦-4乃至微量锂元素合成的温度、密度和时间窗口。BBN的预测丰度是检验标准宇宙学模型（Lambda-CDM）最关键的早期“验金石”之一。我们将分析丰度观测值（特别是关于轻元素丰度的“丰度危机”或“锂问题”）对物理学边界条件的敏感性，并讨论可能需要超出标准模型的修正，例如额外中微子自由度或修正的衰变速率。 第三部分：光明的解放——复合、退耦与宇宙微波背景 在BBN之后，宇宙仍然是一个不透明的等离子体“汤”。光子被自由电子和质子散射，无法自由传播。本书的第三部分将重点阐述复合（Recombination）与退耦（Decoupling）的物理过程。 我们将详细介绍萨哈定律在宇宙学环境下的应用，解释为什么电子和质子在红移$z approx 1100$时形成了中性氢原子。这个事件的直接后果就是宇宙微波背景（CMB）的产生。CMB不仅仅是一个均匀的黑体辐射源，它携带了宇宙早期信息的宝库。我们将对CMB的各向异性进行深入分析，解释其温度涨落如何直接对应于暴胀遗留下来的密度扰动。 对于CMB的分析，我们将侧重于功率谱的解读。清晰地展示如何从功率谱的峰值（声学峰）中提取关键的宇宙学参数，包括物质密度 ($Omega_b$)、暗物质密度 ($Omega_c$)、哈勃常数 ($H_0$) 以及宇宙的曲率 ($Omega_k$)。此外，我们将探讨更精细的信号，如原初引力波留下的B模极化，以及如何利用这些信号来探测暴胀的能量尺度，区分不同的暴胀模型。 第四部分：黑暗时代的塑造者——物质的汇聚与第一批恒星 在光子退耦后，宇宙进入了长达数亿年的黑暗时代（Dark Ages），此时主要的能量形式是中性气体和不可见的暗物质。本部分专注于结构形成的物理学基础。 我们将详细分析暗物质在结构形成中的核心作用。基于冷暗物质（CDM）模型，我们将描述暗物质如何首先在引力作用下坍缩形成无碰撞的暗物质晕（Halos）。随后，在这些晕的引力势阱中，普通物质（重子）才得以冷却、塌缩并最终点燃第一代恒星（Population III stars）。 本书将剖析重子声学振荡（BAO）的物理起源，阐释这些在早期宇宙中留下的密度波动如何演变成今天大规模结构（如星系团和纤维）的骨架。我们将介绍线性理论到非线性演化的过渡，并探讨模拟宇宙学（如Millennium Run, Illustris TNG）如何将这些理论预测转化为我们今天在地面和空间望远镜中观测到的宇宙网结构。 结语：未解之谜与观测的未来 宇宙学的研究永无止境。本书的最后一章将回顾当前模型面临的主要挑战和前沿问题：暗能量的本质是什么？暗物质的粒子物理特性如何？我们对早期宇宙的理解是否被某些尚未发现的新物理学所局限？ 我们将展望未来十年的关键观测任务，如詹姆斯·韦伯空间望远镜（JWST）对早期星系群的观测、欧几里得太空任务（Euclid）对弱引力透镜效应的精确测量，以及下一代CMB实验如何力求捕获原初引力波的信号。 《苍穹之始》不仅是一本关于宇宙历史的记录，更是一部关于物理学如何被用来解构时间、空间和物质起源的探索指南。它旨在为读者提供一个坚实而富有洞察力的框架，去理解我们在这个浩瀚宇宙中所处的精确位置。

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这本书简直是物理学入门的绝佳伴侣，那些复杂的概念，通过作者精妙的笔触，变得清晰易懂，如同拨开云雾见青天。特别是对于初次接触凝聚态物理的读者来说，它没有直接扑面而来那些晦涩难懂的数学公式，而是巧妙地构建了一个直观的物理图像。作者似乎深谙读者的困惑，总能在关键的地方给出恰到好处的比喻，将那些抽象的晶格振动、电子能带结构，通过日常可见的现象进行类比，让人豁然开朗。我印象最深的是它对晶格振动（声子）的阐述，不同于其他教材的枯燥推导，这里的描述充满了动态的美感，仿佛能“听”到晶格中原子们和谐的集体运动。这种注重物理图像而非纯粹数学形式的叙事方式，极大地降低了学习曲线，让原本令人望而生畏的领域变得亲切起来。它成功地激发了我对这个领域更深层次探索的渴望，而不是满足于死记硬背公式。

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这本书的行文风格，说实话，带着一股老派学者的沉稳与睿智，但又绝非故步自封的陈旧。它的语言极其凝练，每一个句子的信息密度都非常高，需要反复阅读才能体会其深意。与其说这是一本教材，不如说它是一份精心打磨的物理“哲学”笔记。它很少使用那些花哨的图表和五彩斑斓的插图来分散注意力，而是依靠文字的力量，构建起一个严谨且自洽的逻辑体系。这种极简主义的风格，对于已经有一定基础，希望将知识体系化、精简化的读者来说，是无价之宝。它剔除了所有不必要的冗余，直击核心，让人在每一次翻阅时都能找到新的理解层次。如果你追求的是那种深邃、内敛的知识沉淀，这本书绝对是首选。

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这本书的难度曲线控制得非常微妙，像是一个精心设计的迷宫，既能让你感受到探索的乐趣，又不会让你完全迷失方向。它在某些章节会突然提高对读者背景知识的要求，比如涉及到散射理论或者量子场论的一些基础概念时，会略过中间步骤，假设读者已经具备了相应的预备知识。这使得它更像是一本面向高年级本科生或初级研究生的进阶读物，而非面向完全新手的启蒙读物。它的价值在于其深度和广度兼备，能够有效地搭建起从基础概念到前沿研究的桥梁。特别是对准周期系统和无序体系的讨论，虽然篇幅不长，但其概括的力度和精准度，足以让有经验的读者也感到醍醐灌顶，它确实成功地在不同深度之间找到了一个令人信服的平衡点。

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读完这本，我感觉自己仿佛经历了一次观念的重塑，尤其是在处理低维系统和拓扑性质时。作者的处理方式相当激进却又无比有效，它没有固守传统的范式，而是大胆地将一些前沿的概念融入到基础的讲解中，使得即便是基础章节也充满了现代物理的活力。比如，在讨论费米液体理论时，它并没有止步于教科书式的描述，而是深入探讨了其局限性，并巧妙地引出了非费米液体行为的必要性，这种批判性的视角非常宝贵。它不仅仅是在“教”你知识，更是在“训练”你的物理直觉和批判性思维。我特别欣赏作者对材料特性的描述，那种从微观结构到宏观响应的逻辑链条构建得异常坚实有力，读起来酣畅淋漓，仿佛亲手搭建起了整个物理模型。

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我发现这本书在处理对称性与守恒律的关系时，展现了惊人的洞察力。它没有将这些概念视为孤立的知识点，而是将其编织成理解凝聚态现象的底层逻辑框架。作者似乎非常重视“对称性”在物理世界中的支配地位，从布拉菲点阵的群论到朗道能级下的能带简并，每一步都清晰地展示了对称性如何限制了物理系统的可能性。这种自上而下的讲解方式，让我彻底理解了为什么某些现象必然发生，而不是仅仅知道它们如何计算。相比于那些先堆砌数学工具再套用现象的书籍，这本书的教育价值更高，因为它教会了读者如何“思考”物理，而非仅仅“计算”物理。它培养了一种结构化的思维模式，让人在面对新问题时，能迅速定位到潜在的对称性约束。

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