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出版者:上海科学普及出版社

作者:金建中等编

出品人:

页数:62

译者:

出版时间:2004-9

价格:15.0

装帧:平装

isbn号码:9787542726582

丛书系列:

图书标签:

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探寻星辰的奥秘：宇宙学前沿与理论物理进展 图书名称：探寻星辰的奥秘：宇宙学前沿与理论物理进展 图书简介 浩瀚的宇宙，自古以来便激发着人类无尽的遐想与探索欲望。从古代哲人对天体运行的观测，到现代物理学家对宇宙起源、结构与命运的宏大构想，人类对“我们从哪里来，我们将往何处去”的追问从未停歇。《探寻星辰的奥秘：宇宙学前沿与理论物理进展》一书，正是汇集了当前国际物理学界在宇宙学和理论物理领域最前沿、最激动人心的研究成果与深刻见解的一部综合性著作。本书旨在为对宇宙的终极问题抱有浓厚兴趣的读者，特别是对高深物理理论有一定了解的专业人士和深度爱好者，提供一次穿越时空、直抵宇宙最深处的智力探险。 本书结构严谨，内容涵盖了当前宇宙学观测数据分析的新进展、暗物质和暗能量的最新研究动态，以及量子引力、弦理论等试图统一物理学基本规律的前沿理论探索。全书不依赖于任何小学数学知识进行论述，而是专注于运用现代物理学的数学工具和概念，深入剖析宇宙的演化机制和基本粒子的深层联系。 第一部分：观测宇宙学的里程碑与新视界 本部分聚焦于近年来通过新型望远镜和探测器获取的革命性观测数据，这些数据正在重塑我们对宇宙图景的理解。 我们首先回顾了宇宙微波背景辐射（CMB）的最新高精度测量结果。普朗克卫星（Planck Satellite）和未来计划中的新型CMB实验，正以前所未有的精度描绘出宇宙婴儿时期的温度涨落图谱。本书详细探讨了这些涨落如何编码了早期宇宙暴胀模型的参数，并分析了极化信息（如E模和B模）在寻找原初引力波方面的关键作用。我们深入解析了标准宇宙学模型 $Lambda$CDM 在拟合CMB数据时的成功之处，同时也指出了当前模型在描述宇宙早期和后期结构形成时的潜在张力。 接着，本书转向对星系形成与演化的深入研究。通过对大型星系巡天项目（如SDSS、DESI）数据的分析，我们探讨了星系团的形成历史、星系的主被动演化路径，以及超大质量黑洞在星系演化中的反馈机制。特别值得一提的是，对高红移星系——即宇宙早期形成的“第一代”星系——的观测，正在挑战我们对早期恒星形成效率和化学富集的传统认知。我们详细阐述了詹姆斯·韦伯空间望远镜（JWST）在高红移观测中展现出的强大能力，以及这些发现如何推动我们修正关于早期宇宙物质密度的估计。 本部分的核心议题之一是暗物质的直接与间接探测进展。暗物质作为构成宇宙物质约85%的神秘成分，其本质仍是物理学最大的谜团之一。我们详尽回顾了地下氙气探测器（如XENONnT）对弱相互作用重粒子（WIMPs）的极限约束，分析了轴子（Axions）等替代性暗物质候选粒子的实验探索路径。同时，我们讨论了通过伽马射线望远镜和中微子望远镜寻找暗物质湮灭或衰变信号的最新成果，并剖析了当前实验结果对不同暗物质模型的排除力度。 第二部分：暗能量与宇宙的加速膨胀 暗能量，驱动宇宙加速膨胀的神秘力量，是当前宇宙学中另一个核心难题。本部分系统梳理了对暗能量本质的探索。 我们从爱因斯坦的广义相对论出发，讨论了宇宙学常数（Vacuum Energy）作为暗能量的基准模型。随后，本书深入探讨了替代性的动态暗能量模型，例如昆虫（Quintessence）场模型，以及修改引力理论（Modified Gravity Theories）作为暗能量替代方案的理论基础和观测检验方法。 本书重点介绍了“宇宙学张力”（Cosmic Tension），即基于早期宇宙CMB数据推导出的哈勃常数 $H_0$ 值，与基于晚期宇宙（如Ia型超新星和重子声学振荡）测量值之间存在的显著差异。我们分析了解决这一张力的各种理论尝试，包括是否需要引入新的早期宇宙物理过程（如早期暗能量），或者晚期宇宙测量中存在未被识别的系统误差。我们还讨论了弱引力透镜效应和沃尔夫-瑞利（BAO）测量在限制暗能量状态方程 $w$ 随时间变化方面的关键作用。 第三部分：理论物理的前沿堡垒——量子引力与新物理 如果说宇宙学描述的是宇宙的“宏观剧本”，那么理论物理则试图揭示其“底层代码”。本部分聚焦于将广义相对论与量子力学相统一的宏伟目标，以及可能超越标准模型的新物理学猜想。 量子引力的探索是本书的理论高潮。我们详细阐述了弦理论（String Theory）的最新发展，包括M理论的框架、AdS/CFT对偶性（反德西特空间/共形场论）在理解引力与量子场论联系中的重要性。我们探讨了如何利用这些工具来理解黑洞的微观熵（Bekenstein-Hawking熵）以及信息悖论的潜在解决方案。 紧接着，本书介绍了圈量子引力（Loop Quantum Gravity, LQG）的核心概念，如时空离散化和史瓦西半径的量子修正。我们比较了弦理论和LQG在处理奇点问题上的不同哲学路径和数学工具。 在粒子物理与宇宙学的交界处，本书探讨了超越标准模型（BSM）的物理学猜想。我们分析了超对称性（Supersymmetry, SUSY）在解决层级问题和提供暗物质候选体方面的潜力，以及大型强子对撞机（LHC）目前对SUSY模型的严格限制。此外，本书还探讨了暗物质与标准模型粒子可能的“隐秘”互动（Hidden Sectors），以及高维时空理论在解释基本力差异中的角色。 第四部分：黑洞的量子几何与信息 黑洞作为时空极端扭曲的产物，是检验广义相对论和量子力学极限的天然实验室。本书专门辟出章节探讨黑洞物理学的最新突破。 我们深入分析了事件视界的量子效应，特别是霍金辐射的理论机制和对黑洞蒸发过程的理解。当前的焦点集中在火墙悖论（Firewall Paradox）和软毛理论（Soft Hair），这些理论试图调和信息守恒、等效原理和量子场论在黑洞视界附近的预测之间的矛盾。我们详尽梳理了量子纠缠在理解黑洞信息论中的核心地位，特别是ER=EPR猜想的含义。 最后，本书以对引力波天文学的总结性展望收尾。LIGO/Virgo/KAGRA探测到的双黑洞并合、中子星并合（GW170817及其电磁对应体）不仅证实了广义相对论在强引力场中的有效性，还为我们提供了全新的宇宙“听觉”窗口。我们讨论了未来第三代引力波探测器（如LISA）在探测原初引力波和检验早期宇宙物理方面的巨大潜力。 本书通过严谨的逻辑推导、对复杂物理概念的细致阐释，以及对前沿观测数据的全面整合，旨在为读者构建一个关于宇宙、时空与物质的现代物理图景，激发更深层次的思考与探索。全书内容高度依赖于高等数学、微分几何和量子场论的知识体系，完全脱离了基础算术教学的范畴。

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