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页数:247

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出版时间:2008-6

价格:19.00元

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isbn号码:9787543935945

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探寻宇宙奥秘：宇宙学与前沿物理学导论 本书简介 本书旨在为对宇宙的起源、演化及其基本构成抱有浓厚兴趣的读者提供一个全面而深入的导论，重点聚焦于现代宇宙学的前沿理论和粒子物理学的最新进展。我们力求在保持科学严谨性的同时，用清晰、引人入胜的叙述方式，揭示支配我们所处时空的深层规律。 第一部分：宇宙的宏大叙事——从大爆炸到暗能量 第一章：时空织锦的开端——广义相对论与早期宇宙模型 本章将首先回顾爱因斯坦的广义相对论，阐述时空如何被物质和能量弯曲，这是理解宇宙演化的基石。我们将详细探讨弗里德曼方程组，并基于标准宇宙学模型（Lambda-CDM 模型）的框架，构建一个动态的宇宙图景。我们将剖析奇点问题，并引入暴胀理论（Inflation Theory）作为解决早期宇宙平坦性、视界问题和磁单极子问题的关键机制。读者将通过对暴胀模型中场演化的分析，理解宇宙在极早期瞬间的指数级膨胀如何塑造了我们今天所见的均匀、各向同性的背景。 第二章：宇宙微波背景辐射的密码 宇宙微波背景辐射（CMB）被誉为“宇宙的婴儿照片”。本章将深入讲解CMB的产生机制，从复合时期（Recombination Epoch）的“最后散射面”到现代观测的精细温度与极化涨落。我们将详细分析COBE、WMAP和Planck等卫星任务的主要发现，特别是分析CMB温度各向异性谱图中的声学峰（Acoustic Peaks）。通过对这些峰值高度和位置的精确测量，读者将学会如何推导出宇宙的物质密度、曲率和哈勃常数等关键参数，从而建立起对宇宙几何结构的直观认识。此外，本章还将探讨B模极化信号可能携带的原始引力波信息，及其对暴胀理论参数的检验意义。 第三章：看不见的结构——暗物质的证据与性质 现代宇宙学面临的最大挑战之一是解释宇宙中约27%的物质——暗物质。本章系统梳理了支持暗物质存在的关键观测证据，包括星系旋转曲线、星系团的运动学、引力透镜效应（弱透镜与强透镜）以及大尺度结构的形成。我们将比较冷暗物质（CDM）、热暗物质（HDM）和温暗物质（WDM）等不同模型的优劣。在实验探测方面，本书将详述直接探测（如氙气和锗探测器寻找WIMP的尝试）、间接探测（如高能伽马射线和中微子信号）以及对新粒子的碰撞实验探索。 第四章：宇宙加速膨胀的驱动力——暗能量的本质 自1998年对Ia型超新星观测以来，我们得知宇宙正在加速膨胀，这归因于一种神秘的斥力——暗能量。本章深入探讨了描述暗能量状态的主要模型：宇宙学常数（真空能）与动态暗能量场（如标量场 Quintessence）。我们将剖析状态方程 $w$ 对宇宙未来演化的影响，并讨论如何利用不同的探针——如重子声学振荡（BAO）、星系红移巡天和未来的超新星观测——来精确测量 $w$ 的值及其随时间的变化。 第二部分：微观世界的边界——粒子物理学与标准模型之外 第五章：物质的基本构件——标准模型的构建与局限性 本章将带领读者进入粒子物理学的微观世界，系统介绍粒子物理学标准模型（Standard Model, SM）的结构。我们将解释费米子（夸克与轻子）和玻色子（规范玻色子及希格斯玻色子）的分类、相互作用（强核力、弱核力和电磁力）及其规范群结构 ($ ext{SU}(3) imes ext{SU}(2) imes ext{U}(1)$)。重点内容包括希格斯机制如何赋予规范玻色子和费米子质量的详细推导，以及描述标准模型中三代粒子如何精确地解释了已知物质世界的现象。然而，本书也将批判性地审视标准模型的不足，如无法解释引力量子化、中微子质量、暗物质和暗能量等问题。 第六章：超越标准模型的猜想——超对称性与额外维度 为了解决标准模型的固有缺陷和层次问题（Hierarchy Problem），本章将介绍最受欢迎的“超越标准模型”（BSM）理论框架。我们将详细阐述超对称理论（Supersymmetry, SUSY），解释其如何通过引入超伴侣粒子来稳定希格斯玻色子质量，并提供暗物质粒子的自然候选者（如最轻超伴侣LSP）。此外，本书还将探索额外维度的概念，包括Kaluza-Klein理论和Randall-Sundrum模型，分析这些模型如何潜在地解决引力在宏观尺度上远弱于其他基本力的“层次问题”。 第七章：引力的量子化之路——弦理论与圈量子引力 统一广义相对论和量子力学是现代物理学的圣杯。本章将概述当前探索量子引力学的两大主要路径。首先，我们将介绍弦理论（String Theory）的基本思想，即基本粒子是振动的弦，并探讨五种超弦理论的统一——M理论。我们将讨论弦理论如何自然地包含引力子，以及它在解决黑洞信息悖论中的作用。其次，我们将探讨圈量子引力（Loop Quantum Gravity, LQG）的非微扰方法，重点分析时空本身在普朗克尺度下被量子化为离散“圈”和“节点”的基本概念。 第三部分：极端环境下的物理学 第八章：黑洞的边界与信息悖论 黑洞是广义相对论在最极端条件下的预测。本章将从史瓦西解出发，详细推导事件视界和奇点。我们将深入讨论霍金辐射的半经典推导过程，理解黑洞并非完全“黑”的，它们会蒸发。随之而来的“黑洞信息悖论”——信息是否在黑洞蒸发过程中丢失——是理论物理学的核心难题。本章将回顾防火墙（Firewall）假说、软毛（Soft Hair）理论等当前尝试解决这一悖论的前沿思想。 第九章：引力波天文学的新纪元 引力波的直接探测标志着我们进入了多信使天文学的新时代。本章将聚焦于LIGO/Virgo/KAGRA的探测原理、信号处理和主要成果。我们将详细分析双中子星并合（GW170817）事件，展示如何利用引力波与电磁波的联合观测，精确测量恒星演化、重元素（如金和铂）的产生过程（快中子捕获过程 r-process），并独立检验广义相对论在强引力场下的有效性。 结语：未竟的探索 本书最后将总结当前宇宙学和粒子物理学的未解之谜，展望未来十年内，如詹姆斯·韦伯太空望远镜、欧几里得太空任务和下一代粒子加速器等重大科学设施将如何帮助我们逼近终极的物理学理论。 本书内容丰富，理论联系实际，适合具备大学物理基础、对宇宙学、粒子物理学有深入了解需求的研究人员、高年级本科生及研究生阅读。

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这本书的语言风格非常独特，它既保持了学术著作应有的严谨和精确性，又在不失专业度的前提下，注入了许多平易近人的表达方式。作者仿佛是一位经验丰富的导师，在你感到困惑时及时出现，用最简洁明了的语言点破迷雾，而不是堆砌晦涩难懂的术语。尤其是一些定理的证明过程，往往是最让人望而却步的部分，但在这本书中，每一步推导都详略得当，逻辑推演的每一步都像是在和你进行心与心的对话，让你完全跟得上思路，而不是被动的接受结论。这种充满人文关怀的写作态度，使得学习过程充满了探索的乐趣，极大地激发了我对数学这门学科的内在热情。

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可以毫不夸张地说，这本书的价值远超其标价。它不仅仅是知识的载体，更像是一套完整的学习方法论的展示。它教会我的不仅仅是如何解决问题，更是如何去“思考”数学问题——那种结构化的、批判性的审视角度。书中收录了大量的经典例题和变式训练，每一个都经过了精心的筛选和设计，旨在考察读者对核心概念的掌握程度，而不是单纯比拼解题技巧的繁琐程度。当我尝试用书中提供的方法去解决那些曾经让我头疼的难题时，竟能感受到豁然开朗的惊喜。这本书的深度和广度，使得它具有极高的参考价值，无论是作为备考的利器，还是作为日常学习的案头宝典，都堪称一绝。

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初次接触这本书时，我最大的顾虑是它的篇幅，担心内容会过于庞杂而显得零散。然而，事实证明我的担忧是多余的。作者巧妙地构建了一个由浅入深、层层递进的知识体系，从最基础的集合概念到高等代数中的抽象理论，过渡得自然而然，仿佛是在引导读者进行一场精心策划的思维漫步。每一次的学习新内容，都能清晰地看到它与之前所学知识的内在联系，这种宏观的架构感，让学习过程不再是孤立知识点的堆砌，而是一张互相支撑的巨大知识网。这种设计理念，体现了作者对教育学和认知心理学的深刻理解，确保了知识的吸收能够达到最佳效果，真正做到了循序渐进，入脑入心。

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这本书的排版简直是教科书级别的典范，每一个章节的结构都划分得井井有条，逻辑链条清晰得让人拍案叫绝。标题、副标题、正文、注释之间的层级关系处理得非常到位，读者可以一目了然地抓住重点，快速定位所需信息。特别值得称赞的是，图表的制作精美且信息量巨大，那些复杂的几何图形和函数图像，在黑白印刷下依然保持了极高的清晰度和精确度，线条干净利落，标注清晰无误。我尤其喜欢它在关键概念旁边的留白处理，既不会显得拥挤，又能有效地区分不同的知识模块，让阅读节奏感极佳。这种对版面布局的精妙把控，极大地提升了阅读效率，让枯燥的公式和定理也变得生动起来，阅读体验丝滑顺畅，毫不费力。

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这本书真是让人眼前一亮，从拿到手的那一刻起，那种厚重而扎实的质感就让人觉得物有所值。封面设计简约而不失大气，色彩搭配也十分考究，一看就知道是下了功夫的。内页的纸张质量也是上乘，书写起来非常流畅，即便是用比较细的笔尖也不会有洇墨的现象。装帧工艺非常精良，即使经常翻阅，书脊也没有出现松动或开裂的迹象。对于一个热爱纸质书的读者来说，这种高品质的阅读体验是无可替代的。每一次翻开它，都能感受到作者对这份事业的敬畏之心，这种对细节的极致追求，无疑为这本书增添了许多魅力。它不仅仅是一本工具书，更像是一件可以长久珍藏的艺术品。装帧的稳固度和页面的平整度都达到了极高的标准，让人在阅读过程中心神安定，能够完全沉浸在知识的海洋中，不受外界干扰。

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