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出版者:Cambridge Univ Pr

作者:Birney, D. Scott/ Gonzalez, Guillermo/ Oesper, David

出品人:

页数:322

译者:

出版时间:2006-6

价格:$ 87.01

装帧:HRD

isbn号码:9780521853705

丛书系列:

图书标签:

• 天文学
• 观测天文学
• 天文观测
• 星空
• 宇宙
• 望远镜
• 天文摄影
• 夜空
• 科学
• 科普

浩瀚宇宙的私语：一部关于宇宙演化与物质起源的探索之旅 《星尘之歌：从夸克到星系的宏大叙事》 本书带领读者踏上一段横跨时空尺度的史诗旅程，从宇宙诞生之初最微小的基本粒子，追溯至我们今日所见的宏伟星系结构。这不是一本侧重于日常观测技巧的指南，而是深入探讨宇宙学、粒子物理学与化学演化之间复杂交织的哲学与科学探究。 第一部分：万物之源——创世的基石 第一章：时间之初的零点 宇宙的起源，并非一个平静的开端，而是一场能量与物质的狂暴剧变。我们从普朗克时期（Planck Epoch）的极端条件开始，探讨量子引力理论的猜想，试图理解时间与空间如何从“无”中涌现。重点讨论暴胀理论（Inflationary Theory），解析其如何解决了大爆炸模型中的视界问题和磁单极子问题。我们审视微波背景辐射（CMB）中那些微小的温度起伏，这些涟漪如何成为了今日所有结构生长的“种子”。 第二章：粒子的炼金术 当宇宙冷却到足以让基本力分离时，一场物质的“炼金术”开始了。本章详述了夸克-胶子等离子体的形成与冷却过程，以及夸克如何禁闭形成质子和中子。随后，我们将焦点转向太初核合成（Big Bang Nucleosynthesis, BBN）。这不仅是化学的开端，更是对早期宇宙物质密度的精确检验。通过精确计算氢、氦、锂等轻元素在宇宙诞生后前三分钟的丰度，我们验证了标准宇宙学模型（Lambda-CDM）的核心假设。我们将深入分析为什么氦的丰度恰好是当前宇宙的四分之一，以及氘（Deuterium）在核合成中的关键作用，探讨这些早期核素的观测证据如何与理论预测完美契合。 第三章：暗物质的幽灵 在可见物质主导宇宙之前，一种看不见的物质便已存在，它塑造了宇宙的大尺度结构，却不与电磁波相互作用。本章系统梳理了暗物质（Dark Matter）存在的无可辩驳的证据链：从星系旋转曲线的异常，到星系团的引力透镜效应，再到宇宙微波背景的各向异性。我们不会停留在现象描述，而是深入探讨候选者——弱相互作用重粒子（WIMP）、轴子（Axions），以及尚未完全排除的惰性中微子（Sterile Neutrinos）——的理论框架和实验搜寻的挑战。本书将着重分析质量谱和截面参数空间如何被最新的地下和空间实验所限制。 第二部分：结构的诞生——从原子到星系 第四章：黑暗时代的终结 太初核合成结束后，宇宙进入了漫长而黑暗的“中性时代”。电子与质子尚未结合，光子自由穿行。本章聚焦于复合（Recombination）事件，即宇宙变得透明的时刻，以及由此产生的宇宙微波背景辐射的形成机制。随后，我们将探讨再电离（Reionization）的壮丽过程。第一代恒星和类星体的诞生，它们发出的高能紫外光如何重新撕裂了中性氢原子，使宇宙重新变得透明。本章探讨了当前对再电离源的理解，包括早期恒星团、原星系以及活动星系核（AGN）的相对贡献。 第五章：恒星的熔炉与生命的元素 恒星是宇宙中的元素工厂。本章将详细分析恒星的生命周期，从钱德拉塞卡极限（Chandrasekhar Limit）到奥本海默-沃尔科夫极限（Oppenheimer-Volkoff Limit）所定义的恒星演化路径。我们将深入探讨核聚变过程，包括质子-质子链、CNO循环，以及热核不稳定现象。重点放在超新星爆发（Supernovae）——特别是Ia型和II型——作为重元素（碳、氧、硅、铁等）的主要制造者。我们将解析R-过程（快速中子捕获过程）和S-过程（慢速中子捕获过程）的物理机制，解释宇宙中从金到铀的重元素是如何被锻造并播撒到星际介质中的。 第六章：星系的拓扑学与宇宙网 物质在引力的作用下，从早期宇宙的微小涨落中凝聚成宏伟的结构。本章探讨冷暗物质（Cold Dark Matter, CDM）主导下的结构形成理论。我们描述了暗物质“晕”的形成，以及重子物质（普通物质）如何落入这些引力势阱中，点燃恒星并形成星系。本章将详细分析宇宙网（Cosmic Web）的结构——由空洞、纤维和星系团构成的三维网络。我们还将讨论星系的分类和演化：从矮星系、螺旋星系到椭圆星系，以及星系合并和潮汐作用如何驱动星系的形态转变。 第三部分：时空的本质与未来的极限 第七章：引力场的涟漪 爱因斯坦的广义相对论在极端引力场中得到了最剧烈的验证。本章聚焦于引力波天文学的崛起。我们将分析双中子星并合、黑洞并合所产生的时空结构扭曲，以及这些事件如何向我们揭示了极端物理的内部运作。我们将探讨引力波信号对宇宙学参数（如哈勃常数）的独立测量贡献，并解析这些事件在重元素（特别是金和铂）起源中的作用。 第八章：宇宙的加速膨胀与暗能量的谜团 在观察到遥远Ia型超新星的亮度异常后，科学家们震惊地发现宇宙正在加速膨胀。本章深入剖析暗能量（Dark Energy）的概念，它被认为是驱动这种加速膨胀的斥力。我们对比了最主要的两种解释模型：宇宙学常数（Lambda）与精质（Quintessence）标量场模型。本书将梳理当前对暗能量状态方程（w参数）的观测限制，并讨论未来实验如何区分这些模型，以期揭示真空能量的本质。 第九章：最终命运的哲学思辨 宇宙的演化是否有一个终点？本章将探讨基于当前宇宙学参数推导出的几种长期未来情景。如果暗能量主导地位持续，我们将面临大冻结（Heat Death），恒星燃尽，黑洞蒸发，最终留下一个稀疏、冰冷的真空。我们也讨论了其他理论上的可能性，如大撕裂（Big Rip），以及时间本身在极远未来可能面临的终结。本书在这一章引导读者反思人类在宇宙宏大尺度中的位置，以及我们对这些终极问题的求知欲本身所蕴含的意义。 本书的叙事风格旨在模仿一位资深物理学家对宇宙奥秘的深刻洞察与不懈追问，逻辑严密，概念阐释清晰，侧重于物理机制与观测证据的深度结合，力求提供一个关于物质、能量、时间和空间如何在数十亿年的尺度上相互作用的连贯而震撼的图景。

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