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出版者:线装书局

作者:晨曦

出品人:

页数:352

译者:

出版时间:2003-10-1

价格:22.0

装帧:平装(无盘)

isbn号码:9787801062895

丛书系列:

图书标签:

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探索星辰的轨迹：宇宙物理学前沿导论 内容简介 本书旨在为读者提供一个深入而全面的视角，探索宇宙学和天体物理学的核心概念与前沿进展。我们不聚焦于日常生活的琐碎细节，而是将目光投向宇宙的宏大尺度、极端现象以及支配其演化的基本物理定律。 第一部分：时空与引力的几何学 本章将从爱因斯坦的广义相对论（General Relativity, GR）出发，解析我们对时空本质的理解如何被彻底颠覆。我们将详细阐述黎曼几何在描述弯曲时空中的作用，并引入度规张量（Metric Tensor）这一核心数学工具。读者将了解到黑洞的精确数学描述——史瓦西（Schwarzschild）解和克尔（Kerr）解的物理意义，包括事件视界、奇点以及帧拖曳效应（Frame Dragging）。 随后，我们将深入探讨引力波天文学的诞生。通过对LIGO/Virgo合作组织探测到的双黑洞并合、中子星并合事件的详细分析，读者将学习如何从时空涟漪中提取关于致密天体物理过程的第一手信息。我们将解析波形模型（Waveform Modeling）的复杂性，以及如何利用这些数据来检验广义相对论的有效性，特别是其在强引力场区域的预测。 第二部分：宇宙的起源与演化 本部分致力于追溯宇宙的宏大历史。我们将从标准宇宙学模型——$Lambda$CDM模型（Lambda Cold Dark Matter）开始，系统梳理弗里德曼方程（Friedmann Equations）的推导及其对宇宙膨胀率的描述。讨论的重点将包括宇宙微波背景辐射（Cosmic Microwave Background, CMB）的物理起源——从复合时期（Recombination Era）到今天的演化，以及CMB的温度和极化各向异性如何编码了早期宇宙的密度扰动信息。 接着，我们将深入探讨宇宙暴胀理论（Inflation Theory）。暴胀如何解决了视界问题、平坦性问题以及磁单极子问题？我们将分析暴胀理论所预测的原初引力波背景（Primordial Gravitational Waves）及其对能谱指数（Spectral Index）的贡献，并探讨B-模极化作为检验暴胀场景的关键观测证据。 本章的后半部分将聚焦于宇宙结构的形成与演化。我们将解析冷暗物质（CDM）在引力作用下形成层级结构（Hierarchical Structure Formation）的过程，从小尺度的暗物质晕到星系团的形成。我们将使用诸如功率谱（Power Spectrum）等工具来量化物质分布的统计特性，并讨论大规模结构（Large Scale Structure, LSS）观测如何约束暗物质的性质和宇宙的几何形态。 第三部分：极端天体物理：能量的终极释放 本部分将把焦点放在宇宙中最具能量密度的天体和现象上。 首先是超大质量黑洞（Supermassive Black Holes, SMBHs）及其活动星系核（Active Galactic Nuclei, AGN）。我们将探讨吸积盘（Accretion Disk）的辐射机制，从标准爱丁顿吸积到更具挑战性的低效吸积，分析不同类型的AGN如何作为宇宙探针来研究星系演化的反馈机制。我们将详细研究喷流（Jets）的产生和加速过程，这些相对论性等离子体流可以延伸至数百万光年，对周围星系环境产生巨大影响。 其次是高能瞬变源。我们将全面覆盖伽马射线暴（Gamma-Ray Bursts, GRBs）的两种主要分类——长暴与短暴，并解析“千新星”（Kilonova）作为引力波事件后伴随光信号的物理意义，这直接关联到重元素（如金和铂）的快速中子俘获过程（r-process）。 第四部分：暗物质与暗能量的本质探索 本书的最后部分将处理当代宇宙学面临的两大谜团：暗物质和暗能量。 关于暗物质，我们将系统回顾间接探测（如湮灭信号的寻找）、直接探测（如WIMP的实验设置）和产生证据（如引力透镜、旋转曲线分析）。我们将评估当前主流候选者——弱相互作用大质量粒子（WIMP）以及轴子（Axion）的理论框架和实验限制。 关于暗能量，我们将深入探讨它在宇宙加速膨胀中所扮演的角色。这包括对宇宙学常数（Cosmological Constant, $Lambda$）的量子场论解释面临的“真空灾难”的讨论。我们将对比其他替代性模型，例如：第五种力的标量-张量理论（Scalar-Tensor Theories），以及修改引力理论（Modified Gravity, MOG）如何试图在不引入新物质的情况下解释观测到的加速膨胀。通过对“哈勃张力”（Hubble Tension）等最新观测不一致性的讨论，读者将了解到当前物理学前沿在修正$Lambda$CDM模型方面所做的努力。 本书结构严谨，内容基于最新的同行评审文献，力求以严谨的数学物理基础，引导读者进入浩瀚宇宙的深层奥秘，理解支配物质、能量、时空在极端条件下行为的基本原理。它不是一本关于如何有效辅导日常学习的书籍，而是关于如何理解自然界终极规律的学术导览。

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