A Paradigm Called Magnetism pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Sushanta Dattagupta

出品人:

页数:200

译者:

出版时间:2008-10

价格:$ 98.00

装帧:

isbn号码:9789812813862

丛书系列:

图书标签:

• 磁学
• 物理学
• 凝聚态物理
• 材料科学
• 自旋物理
• 磁性材料
• 磁记录
• 磁共振
• 理论物理
• 纳米磁学

《星辰的低语：宇宙演化中的暗物质与暗能量》 导言：在可见之外的宏大叙事 人类对宇宙的探索，如同攀登一座高耸入云的山峰。我们已经站立在群星闪耀的脚下，描绘出恒星的生灭、星系的结构，以及我们赖以生存的太阳系的精妙运行。然而，当我们用最精密的望远镜和最灵敏的探测器审视这片浩瀚的夜空时，一个令人不安的真相浮现出来：我们所能“看见”和直接理解的物质——原子、分子、等离子体——只占宇宙总质能的不到5%。其余的绝大部分，被笼罩在无形的帷幕之下，即我们称之为“暗物质”和“暗能”的神秘实体。 本书并非聚焦于电磁力的奇特表现，而是将目光投向宇宙尺度的根本动力学与终极命运。它是一场深入宇宙结构和演化核心的探险，旨在揭示那些塑造了我们所见万物的无形之手。我们将在本书中追溯从宇宙大爆炸的余晖到当前结构形成的每一个关键时刻，着重分析暗物质如何充当宇宙的“骨架”，以及暗能量如何驱动着宇宙加速膨胀的惊人现实。 第一部分：宇宙学的基石与看不见的引力 第一章：宇宙背景的涟漪：对早期宇宙的探寻 本书伊始，我们将重温宇宙微波背景辐射（CMB）的发现及其物理意义。CMB不仅仅是宇宙大爆炸的“回音”，更是早期宇宙物质密度涨落的快照。我们将详细分析CMB图谱中各个尺度（从巨型结构到最小的偶极异向性）的温度波动，并阐释这些微小差异如何与宇宙成分的比例精确关联。重点将放在如何利用这些数据来推断非重子暗物质在宇宙早期宇宙汤中的存在和行为。我们将探讨重子声学振荡（BAO）如何作为标准尺子，帮助我们测量宇宙的膨胀历史，以及暗物质在这些结构形成中所扮演的决定性角色。 第二章：暗物质的引力印记：从星系到星系团 暗物质之所以得名，正是因为它不与光发生作用。然而，引力是其留下的唯一、也是最无可辩驳的证据。本章将详细剖析星系旋转曲线的“谜团”。从著名的维拉·鲁宾的观测到最新的巡天数据，我们将系统梳理星系外围恒星速度异常高企的现象，并论证唯有在可见物质周围环绕着巨大的、弥散的暗物质晕（Halo）才能解释这种动力学异常。 随后，我们将将视角放大到星系团的尺度。通过引力透镜效应——无论是弱透镜还是强透镜——来映射分布在星系团中的不可见质量。我们将研究“子弹星系团”（Bullet Cluster）的经典案例，这个“宇宙碰撞”的现场无可争议地将引力质量与热气体（重子物质）分离，为暗物质的非相互作用性提供了最直接的视觉证据。此外，本书还将深入探讨暗物质晕的理论模型，例如冷暗物质（CDM）模型的成功之处以及它在解释小尺度结构形成时面临的挑战，比如“矮星系问题”和“回落问题”。 第二部分：暗物质的本质：候选者与实验的边界 第三章：寻觅幽灵粒子：理论模型的全景图 如果暗物质不是普通的原子核或电子，那么它究竟是什么？本章将对主流的暗物质候选粒子进行详尽的梳理和批判性分析。我们将从弱相互作用重粒子（WIMPs）的概念出发，探讨其在粒子物理学标准模型之外的起源，例如超对称性理论（SUSY）中的最小超对称标准模型粒子（LSP）。 我们还将讨论更轻或更重的理论替代方案。例如，轴子（Axions）作为解决强CP问题的附带产物，它们极低的质量和独特的相互作用模式如何使其成为潜在的暗物质。同时，我们将审视惰性中微子（Sterile Neutrinos）的可能性，以及它们可能解释的宇宙学现象。本书将力求客观地评估每种理论模型的自洽性、实验可检验性及其在粒子谱系中的位置。 第四章：地下深处的守候与太空中的搜捕 理论必须接受实验的检验。本章致力于介绍当前全球范围内搜寻暗物质粒子的三大实验范式。 1. 直接探测（Direct Detection）： 我们将详细介绍设置在深层地下、屏蔽宇宙射线干扰的探测器，如XENONnT和LZ实验。这些实验的核心原理是捕捉暗物质粒子（如WIMPs）与探测器内原子核发生弹性碰撞时产生的微弱信号。我们将探讨探测器技术的进步，包括液态氙、锗晶体等介质的使用，以及如何区分背景噪声和真正的暗物质信号。 2. 间接探测（Indirect Detection）： 这种方法侧重于寻找暗物质粒子湮灭或衰变产生的可探测产物，如高能伽马射线、反物质（正电子和反质子）或中微子。我们将分析费米伽马射线空间望远镜、AMS-02（阿尔法磁谱仪）以及未来的中微子望远镜（如IceCube-Gen2）在银河系中心、矮星系或暗物质晕高密度区域的观测成果和限制。 3. 产生（Production）： 本章最后将转向大型强子对撞机（LHC）等粒子加速器。我们将探讨如何通过高能质子对撞，期望能“凭空”产生暗物质粒子。由于暗物质的不可探测性，实验中寻找的信号是“缺失的能量/动量”——即碰撞后系统总能量守恒被破坏的迹象。 第三部分：加速膨胀的宇宙：暗能量的统治 第五章：哈勃常数的危机与加速的发现 如果说暗物质是宇宙结构的塑形者，那么暗能量就是宇宙命运的决定者。本章将聚焦于1998年震惊宇宙学界的发现：宇宙正在加速膨胀。我们将回顾早期对宇宙膨胀减速的预期，并详细阐述Ia型超新星作为“标准烛光”如何被用来测量遥远星系的速度与距离，从而揭示了这种令人费解的加速效应。 我们将深入探讨理解这种加速所需的“负压”——暗能量的物理属性。我们将分析数据如何指向一个具有近乎恒定密度的能量场，一个具有强大负压力的实体，它在宇宙尺度上克服了引力的吸引作用。 第六章：暗能量的理论形态：真空能与标量场 暗能量的身份至今仍是现代科学最大的谜团之一。本章将探讨两种最主要的理论框架。 首先是“宇宙学常数”（$Lambda$），即爱因斯坦场方程中的项。我们将讨论它与量子场论预测的真空零点能之间的巨大“精细调节问题”（Cosmological Constant Problem），后者预测的数值比观测值高出惊人的120个数量级，这是理论物理学中最严重的失调之一。 其次，我们将研究动态的暗能量模型，特别是标量场模型，例如“精质”（Quintessence）。与固定不变的宇宙学常数不同，精质场是一种随时间演化的能量场，它的状态方程参数 $w$（描述压力与能量密度之比）可以随时间变化。我们将分析当前巡天数据对 $w$ 值的精确约束，以及未来任务（如欧几里得空间望远镜和薇拉·鲁宾天文台）如何努力探测 $w$ 是否偏离 $-1$ 的临界值。 第七章：宏观尺度的检验与终极命运的预言 暗能量的影响力只有在宇宙尺度上才能被完全捕捉。本章将综合分析多种互补的观测手段，以完善暗能量和暗物质的宇宙学参数模型（$Lambda$CDM模型）。 我们将讨论“巨型阵列”（Baryon Acoustic Oscillations, BAO）在不同红移下的精确定位如何追踪宇宙膨胀率的演变，以及星系团的形成率如何被暗能量的斥力所抑制。 最后，我们将根据当前的参数估计，探讨宇宙的几种可能终局：如果暗能量是宇宙学常数，宇宙将走向“大冻结”（Heat Death）；如果 $w < -1$（即“幻影能量” Phantom Energy），宇宙可能会面临“大撕裂”（Big Rip）；如果暗能量的性质随时间变化，宇宙的命运将更加复杂和不可预测。 结论：未竟的征程 《星辰的低语》在探讨了暗物质的引力塑形作用和暗能量的驱动膨胀效应后，将以对未来观测和理论突破的展望作结。宇宙学的前沿不再仅仅是寻找新的粒子，而是需要一个更深层次的理论框架来统一引力、量子力学以及暗物质和暗能量的统一描述。这场探索，正以前所未有的精度和广度展开，预示着一场基础物理学的革命或许就在不远的未来。

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