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出版者:

作者:Kavokin, Alexey V./ Baumberg, Jeremy J./ Malpuech, Guillaume/ Laussy, Fabrice P.

出品人:

頁數:448

译者:

出版時間:2007-12

價格:$ 169.50

裝幀:

isbn號碼:9780199228942

叢書系列:

圖書標籤:

• 光子晶體
• 微腔
• 光學
• 納米光子學
• 半導體
• 量子光學
• 諧振器
• 材料科學
• 光電
• 微結構

跨越光年的迴響：當代天文學的宏大敘事與微觀探索 本書聚焦於二十世紀末至二十一世紀初的宇宙學、天體物理學以及行星科學領域的革命性進展。它並非探討單個技術器件或特定實驗裝置的運作原理，而是著眼於人類理解宇宙結構、起源與演化過程中所采納的宏觀理論框架、觀測策略的範式轉移，以及由此引發的哲學反思。 第一部分：暗物質與暗能量的宇宙之謎——重塑物質世界的邊界 本書的開篇深入剖析瞭自上世紀八十年代以來，觀測天文學如何被“缺失的質量”和“加速膨脹”的證據所徹底顛覆。我們不再滿足於牛頓或愛因斯坦（廣義相對論）對可見物質的描述，而是必須引入兩種不可見的、占據宇宙總能量密度約95%的實體：暗物質和暗能量。 1.1 暗物質的譜係與證據鏈 本部分詳盡梳理瞭支持暗物質存在的關鍵觀測證據。首先，通過對星係鏇轉麯綫的精細分析，展現瞭維拉·魯賓等先驅者如何揭示星係外圍恒星速度的異常平坦性，這直接指嚮瞭包裹著鏇渦星係的巨大、不可見的暈結構。隨後，我們將目光投嚮更大尺度： 引力透鏡效應的定量分析： 詳細介紹瞭強透鏡（如星係團的強烈畸變）和弱透鏡（大尺度結構上的統計性扭麯）如何被用作精確繪製宇宙中物質分布圖的“宇宙標尺”。重點討論瞭2006年“子彈星係團”（1E 0657-56）的觀測，該事件被視為暗物質和普通物質分離的最直接證據，清晰地劃分瞭X射綫輻射的重子物質與引力場中心（暗物質）的脫鈎。 宇宙微波背景輻射（CMB）的精細結構： 分析瞭COBE、WMAP和Planck任務對CMB各嚮異性的小尺度波動的測量。這些波動不僅是早期宇宙物質密度的“化石”，更是確定宇宙總物質密度參數$Omega_m$的基石。書中論述瞭聲子峰（Acoustic Peaks）的高度和位置如何精確地量化瞭重子物質與暗物質的比例。 在理論層麵，本書迴顧瞭當時主流的暗物質候選模型，包括WIMPs（弱相互作用大質量粒子）的理論框架及其在地下直接探測實驗（如XENON、LUX）中受到的嚴格限製。同時也討論瞭如軸子（Axions）等輕量級粒子的搜索策略及其在特定頻率範圍內的可能信號特徵。 1.2 暗能量：宇宙加速的驅動力 從觀測到宇宙加速膨脹的發現（1998年，由高紅移Ia型超新星觀測得齣），是現代天文學的標誌性事件。本章側重於分析這些“標準燭光”如何被用來測量遙遠距離： Ia型超新星（Type Ia Supernovae）的普適性挑戰： 解釋瞭這類白矮星爆炸的內在亮度如何依賴於其前身星的金屬豐度（即“二次演化”效應）以及如何通過光變麯綫的展寬進行“標準修正”。 宇宙學參數的演化： 闡述瞭利用$Omega_m$（物質密度）和$Omega_Lambda$（暗能量密度）構建的FLRW度規如何成功擬閤觀測數據，並將宇宙的命運從過去的“減速坍縮”轉變為“加速膨脹”。 本書並未深入探討微觀的量子場論模型，而是聚焦於對暗能量最直接的物理解釋——宇宙學常數（Cosmological Constant, $Lambda$），以及基於此的ΛCDM模型的成功，並簡要對比瞭如“精質”（Quintessence）等動態暗能量模型的觀測約束邊界。 第二部分：大尺度結構的形成與演化——從量子漲放到星係群的譜係 本部分關注宇宙在引力作用下，如何從近乎均勻的早期狀態，演化成如今我們觀測到的復雜、絲狀的宇宙網。 2.1 早期宇宙的擾動與綫性增長理論 詳細闡述瞭綫性引力不穩定理論在描述物質密度小擾動如何隨時間增長中的作用。重點在於： 物質-輻射主導的轉換點： 分析瞭在CMB産生（復閤時期，Recombination Epoch）前後，物質（冷暗物質）和輻射（光子/CMB）對結構形成速率的不同影響。在物質主導時期，密度漲落以恒定速度增長；在輻射主導時期，聲波振蕩阻止瞭物質的聚集。 重子聲波振蕩（BAO）作為標準尺度的應用： 探討瞭BAO信號如何作為一種“冷流體痕跡”，在星係團分布中留下周期性的密度峰值，這為獨立於超新星的距離測量提供瞭強大的交叉驗證工具，並有效約束瞭膨脹曆史。 2.2 星係形成與反饋機製 本書將視角從純粹的引力模擬轉嚮涉及星係內部物理過程的復雜性： “自上而下”與“自下而上”的競爭： 對比瞭早期宇宙學模型中，物質如何首先形成較小的結構（矮星係/暗物質暈）再通過並閤形成大型星係（自下而上），與早期大型結構快速坍縮的預測。現代觀點傾嚮於後者主導瞭初始階段。 恒星形成與超大質量黑洞（SMBH）的反饋： 深入討論瞭恒星形成過程（特彆是超新星爆發）和SMBH的劇烈活動（如活動星係核AGN）如何通過嚮星係際介質注入能量和動量，有效“清理”或“加熱”氣體，從而抑製瞭星係內部的恒星形成率。這種反饋機製是解釋為什麼大質量星係內部往往是“紅且死”的關鍵。 第三部分：係外行星的發現浪潮與宜居帶的重新定義 本部分轉嚮銀河係尺度，關注太陽係外的世界，探討瞭二十年來係外行星學領域從零星發現到大規模普查的轉變。 3.1 探測方法的突破與偏見 詳述瞭開創性的探測技術如何係統性地揭示瞭行星的多樣性： 淩日法（Transit Method）： 重點分析開普勒（Kepler）任務如何通過觀測恒星亮度的周期性微小下降，統計性地發現瞭大量係外行星，並揭示瞭“熱木星”和“超級地球”等在太陽係中不存在的行星類彆。討論瞭如何利用淩日時間變化（TTV）來推斷多行星係統的質量和軌道構型。 徑嚮速度法（Radial Velocity/Doppler Spectroscopy）： 迴顧瞭該方法如何通過測量恒星的擺動來確定行星的最小質量。並討論瞭該方法對靠近恒星的、質量較大的行星的探測偏見。 3.2 行星環境與生命潛能的評估 本書的核心觀點之一是，宜居性不再僅僅取決於行星是否位於傳統意義上的“液態水宜居帶”（Habitable Zone, HZ）。 行星大氣光譜的初步分析： 介紹瞭詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（JWST）時代對係外行星大氣成分（如水蒸氣、甲烷、二氧化碳）的初步探測能力。強調瞭識彆“生物信號”的復雜性，特彆是如何區分由生物活動産生的氣體（如大量氧氣）與非生物地質或化學過程（如光解作用）産生的假陽性信號。 “潮汐鎖定”與“稀薄大氣”的挑戰： 分析瞭圍繞紅矮星（M型星）運行的行星所麵臨的極端環境——潮汐鎖定導緻的極端溫差和高能耀斑對大氣層的剝離風險，挑戰瞭傳統對M型星宜居帶的樂觀估計。 本書以一種廣闊的視角，勾勒齣當代天文學傢麵對的知識圖景：宇宙在最大尺度上由不可見的能量驅動，在星係尺度上充滿瞭復雜的物理反饋，而在最近的鄰域內，行星係統的多樣性正遠遠超齣我們太陽係的樸素模型。

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