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出版者:

作者:M. C. Fleming,Joseph G Nellis,Joseph G. Nellis

出品人:

页数:1080

译者:

出版时间:1994-12

价格:400.00元

装帧:

isbn号码:9780415086349

丛书系列:

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《宇宙之谜：从量子泡沫到星系诞生》 作者： 艾丽卡·冯·霍夫曼 出版社： 银河星辰文库 页数： 680页 装帧： 精装，附高清星图插页 定价： 198.00 元 --- 权威推荐 “冯·霍夫曼博士的这部著作，是一次横跨时空尺度的史诗级叙事。她不仅精炼地梳理了近百年来的宇宙学前沿发现，更以一种近乎诗意的笔触，将那些冰冷的数据和复杂的公式，转化为可感知的宏大画卷。对于任何渴望理解我们身处的宇宙的本质的求知者而言，这本书是不可或缺的指南。”—— 詹姆斯·麦克唐纳，普林斯顿高等研究院客座教授 “本书最令人称道之处，在于其对‘未知’的坦诚。它没有试图提供简单的答案，而是构建了一个严谨的探索框架，引导读者直面暗物质的引力之谜、暗能量的驱动之谜，以及宇宙生命周期的终极疑问。”—— 林慧，中国科学院国家天文台研究员 --- 内容导览 《宇宙之谜：从量子泡沫到星系诞生》并非一本浅尝辄止的科普读物，它是一部系统而深入的宇宙学探索志。作者艾丽卡·冯·霍夫曼，以其在理论物理和观测天文学领域的深厚积累，带领读者进行了一场由微观到宏观、由过去到未来的知识之旅。全书共分为六大部分，层层递进，构建了一个完整的现代宇宙图景。 第一部分：时间的开端与尺度的界限 本部分聚焦于我们对宇宙最基本属性的理解：空间与时间。作者首先回顾了爱因斯坦的广义相对论如何重塑了我们对引力的认知，将其从牛顿的“力”转化为时空的几何弯曲。随后，全书的叙事核心转向宇宙的起源——大爆炸模型。 这里，冯·霍夫曼博士没有满足于对标准模型的简单复述，而是深入探讨了“普朗克时期”的极端条件。她详细阐述了量子引力理论的几种主要尝试（如弦理论和圈量子引力）试图调和量子力学与广义相对论的努力，描绘了在$10^{-43}$秒内，时空结构可能存在的混沌状态——“量子泡沫”。这部分内容要求读者具备一定的基础物理知识，但作者通过详尽的比喻和图示，力求使这些前沿概念清晰可辨。 此外，本部分对宇宙学观测的基石进行了深入剖析，尤其是对宇宙微波背景辐射（CMB）的精细分析。她详细解读了WMAP和普朗克卫星所揭示的CMB的各项精确参数，包括其各向异性和温度涨落的物理意义，这些涨落正是后续所有结构形成的“种子”。 第二部分：暴胀理论与物质的诞生 理解宇宙早期快速膨胀的“暴胀”阶段，是连接微观量子涨落与宏观星系结构的关键桥梁。冯·霍夫曼博士详细梳理了暴胀理论的起源，分析了其解决早期宇宙视界问题和磁单极子问题的能力。 她着重探讨了不同暴胀模型（如单场暴胀与多场暴胀）的预测差异，并将其与当前观测数据进行比对，评估了每种模型的可信度。书中还首次引进了“原初引力波”的概念，解释了它将如何成为检验暴胀理论最直接的证据，尽管目前尚未被确凿观测到。 在暴胀结束之后，物质的形成过程被细致描绘。这包括早期宇宙的夸克-胶子等离子体阶段，重子物质与反物质的微小不对称性如何导致了我们今天所见的物质主导宇宙（重子生成），以及轻元素（氢、氦、锂）的核合成过程，精确对照了理论预测与观测丰度之间的完美契合。 第三部分：黑暗的统治——暗物质之谜 当我们谈论宇宙的组成时，普通物质（原子）的占比不足5%。本书用超过两百页的篇幅来剖析占据宇宙约27%的神秘物质——暗物质。 冯·霍夫曼博士系统地回顾了支持暗物质存在的全部观测证据：从维拉·鲁宾对星系旋转曲线的经典测量，到重力透镜效应在星系团尺度上的印证，再到星系团碰撞（如子弹星系团）中物质与引力场分离的直接证据。 核心内容集中于对暗物质粒子性质的探寻。书中详细介绍了主流的候选者，包括弱相互作用重粒子（WIMPs）、轴子（Axions）以及更轻的或更重的理论粒子。对于当前正在运行的地下直接探测实验（如XENONnT, LUX-ZEPLIN）和间接探测实验（如费米伽马射线空间望远镜），作者提供了清晰的工作原理介绍和最新的实验结果分析，强调了“零结果”本身对排除理论模型的重要性。 第四部分：暗能量与宇宙的加速膨胀 宇宙并非以恒定的速度膨胀，而是在加速。这是20世纪末最令人震惊的发现之一，其背后的驱动力——暗能量，占据了宇宙总质能的近70%。 本书深入探讨了暗能量的本质，并将其与爱因斯坦宇宙学常数（$Lambda$）联系起来。作者详细对比了两种主要的解释路径：一是将其视为真空能量的体现，并讨论了著名的“宇宙学常数问题”——理论预测值与观测值之间高达$10^{120}$倍的巨大差异；二是从动力学角度出发，讨论了如昆廷（Quintessence）等动态标量场模型，这些模型预测暗能量的密度会随时间变化。 通过对Ia型超新星观测、重子声学振荡（BAO）和大尺度结构形成的综合分析，作者展示了当前“Lambda-CDM”模型是如何通过精确拟合这些独立观测数据来确立宇宙加速膨胀这一事实的。 第五部分：从恒星工厂到宇宙网 在理解了宇宙的整体演化后，本书转向结构形成的历史。作者追溯了第一代恒星（Population III Stars）的诞生及其对早期宇宙再电离过程的影响。 重点章节详细描述了冷暗物质（CDM）主导下的层级结构形成机制。书中描绘了暗物质“晕”如何像骨架一样聚集物质，气体冷却、恒星点燃、恒星聚集成星系，再由引力将星系组装成星系群、星系团乃至横跨数亿光年的“宇宙网”。作者运用最新的数值模拟成果，展示了这些结构是如何从CMB中的微小起伏演化而来的。 此外，对黑洞的形成与演化进行了专门讨论，从恒星级黑洞到超大质量黑洞（SMBH）在星系中心的作用，以及它们如何通过活动星系核（AGN）反馈机制影响宿主星系的演化。 第六部分：终局与展望 全书的收尾部分将目光投向宇宙的终极命运，探讨了基于当前暗能量密度的几种可能场景： 1. 大冻结/热寂（Heat Death）： 恒星燃尽，黑洞蒸发，宇宙趋于最大熵状态，温度趋近绝对零度。 2. 大撕裂（Big Rip）： 如果暗能量的“状态方程”参数$w < -1$，膨胀将无限加速，最终撕裂星系、恒星乃至原子本身。 作者在最后强调，尽管我们已取得巨大成就，但暗物质和暗能量的本质、量子引力的最终形态、以及我们是否处于一个“多重宇宙”中的问题，仍然是悬而未决的宏伟挑战。本书以对未来十年大型观测项目（如詹姆斯·韦伯太空望远镜的持续观测、欧几里得太空任务等）的展望作结，鼓励读者持续关注科学前沿。 --- 目标读者 本书面向对宇宙学有浓厚兴趣的普通读者、物理学和天文学专业的高年级本科生及研究生。它在保持科学严谨性的同时，力求语言生动，使复杂概念易于消化，是理解现代宇宙学全貌的权威参考书。

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