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出版者:广西教育出版社

作者:郑作广

出品人:

页数:332

译者:

出版时间:2004-9

价格:12.00元

装帧:

isbn号码:9787543539280

丛书系列:

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璀璨星河的探索之旅：宇宙学导论 本书并非关于语言学习或测试的指南，而是对我们所处宇宙的宏大叙事、深邃奥秘及其演化历程的全面探索。 --- 卷首语：仰望星空，叩问起源 自古以来，人类便从未停止对头顶那片无垠夜空的遐想与追问。我们是谁？我们从何处来？宇宙的边界在哪里？这些终极问题，构成了人类文明发展中最恒久不变的驱动力。 《璀璨星河的探索之旅：宇宙学导论》旨在为对宇宙学抱有浓厚兴趣的读者，提供一个清晰、严谨且引人入胜的知识框架。本书摒弃了晦涩难懂的数学推导，专注于阐释核心概念、前沿理论以及支撑这些理论的关键观测证据。我们将一起踏上这场跨越数十亿光年的旅程，从最小的粒子尺度到宇宙的整体结构，揭示这个宏伟系统的运作规律。 --- 第一部分：宇宙学的基石与历史回溯 (The Foundations and Historical Context) 第一章：宇宙学的诞生与发展脉络 本章将追溯宇宙学从古代的哲学思辨，如何逐步演变为一门依赖精确观测和物理定律的现代科学。我们将聚焦于关键的历史性转折点： 1. 哥白尼革命与尺度认知的重塑： 太阳系中心说的确立，如何第一次将地球从宇宙的中心移开。 2. 牛顿的万有引力： 第一次尝试用统一的物理定律描述天体的运动，为后世的理论模型奠定了基础。 3. 二十世纪的观测革命： 介绍埃德温·哈勃对星系距离的精确测量，以及他如何发现宇宙并非永恒静止，而是处于膨胀之中。 第二章：支撑现代宇宙学的两大支柱——相对论与量子场论 现代宇宙学理论的建立，离不开爱因斯坦的广义相对论。本章将用通俗易懂的方式，解释广义相对论的核心思想：引力即时空弯曲。 1. 时空的几何化： 探讨引力如何影响物质的分布和光线的路径。 2. 广义相对论的宇宙学方程（弗里德曼方程的定性描述）： 理解这些方程如何描述一个随时间变化的、动态的宇宙模型。 3. 量子场论的必要性： 虽然本书主要聚焦宏观，但我们会简要讨论在宇宙极早期（如暴胀时期）处理物质与能量时，量子效应为何不可或缺。 --- 第二部分：标准宇宙学模型——大爆炸的证据链 (The Standard Cosmological Model) 第三章：宇宙的膨胀与哈勃定律的深远意义 详细剖析宇宙膨胀的观测证据，并区分“空间自身在膨胀”与“星系在空间中运动”的区别。 1. 红移的物理起源： 解释光波在膨胀宇宙中如何被拉伸，产生向红端移动的现象。 2. 距离的量尺： 介绍宇宙学家如何使用“标准烛光”（如Ia型超新星）来测量遥远星系的距离，从而精确拟合哈勃常数。 3. 宇宙年龄的初步估算： 利用膨胀速率的反演，得出宇宙存在的大致时间尺度。 第四章：宇宙微波背景辐射 (CMB)：大爆炸的“余晖” CMB 是检验大爆炸理论最强有力的证据。本章将深入解析这一“宇宙中最古老的照片”。 1. 复合时期（Recombination Era）： 描述宇宙冷却到足以形成中性原子，光子得以自由传播的时刻（约38万年后）。 2. CMB 的性质与各向同性： 介绍其完美的黑体辐射谱，以及对温度波动的微小测量。 3. 各向异性带来的信息： 分析COBE, WMAP, Planck等卫星探测到的温度涨落（斑点），这些微小的差异正是未来星系和结构形成的“种子”。 第五章：轻元素丰度与核合成（BBN） 本章将从原子核物理的角度，佐证大爆炸理论的有效性。 1. 早期宇宙的核反应炉： 描述大爆炸后最初几分钟内，质子和中子如何结合形成氘、氦-3、氦-4和锂。 2. 丰度预测与观测的吻合： 展示理论预测的氢（约75%）和氦（约25%）的质量比，与今天观测到的最古老恒星和星际介质中的丰度如何完美契合。 --- 第三部分：宇宙的神秘成分与未来命运 (The Dark Universe and Cosmic Destiny) 第六章：黑暗物质：不可见的引力主宰 尽管我们看到了恒星和气体，但它们只占宇宙总质能的不到5%。本章将系统梳理对暗物质存在的观测证据。 1. 星系旋转曲线的悖论： 观测表明，星系外围恒星的运动速度过快，暗示存在大量未被我们察觉的物质。 2. 引力透镜效应： 介绍通过弯曲光线来“称量”不可见质量的强大技术。 3. 暗物质的候选者： 探讨弱相互作用大质量粒子（WIMPs）等主流理论模型，以及直接探测实验的进展。 第七章：暗能量：驱动加速膨胀的神秘力量 自1998年发现宇宙加速膨胀以来，暗能量成为了现代物理学最大的谜团。 1. 加速膨胀的证据： 深入分析遥远Ia型超新星的亮度数据，揭示宇宙膨胀速率正在加快。 2. 宇宙学常数 $Lambda$： 将爱因斯坦“最大的错误”重新引入模型，探讨其作为真空能量的物理意义。 3. 检验暗能量模型的工具： 介绍重子声学振荡（BAO）等辅助观测手段，用于限制暗能量的性质。 第八章：宇宙的宏观结构与演化 本章将视角拉回，审视物质在宇宙尺度上的分布规律。 1. 从涨落到结构： 探讨暗物质如何形成巨大的“宇宙网”（Cosmic Web），并将普通物质聚集，形成星系、星系团和超星系团。 2. 星系演化的时间轴： 描绘宇宙早期星系形成时的“狂野”状态，到如今结构成熟的过程。 3. 未来命运的推演： 基于暗能量的性质（当前被认为是近似常数），推测宇宙在未来数十亿乃至万亿年后的最终归宿（大冻结、大撕裂或大挤压的可能性对比）。 --- 第四部分：超越标准模型的前沿探索 (Frontiers Beyond the Standard Model) 第九章：暴胀理论：解决早期宇宙难题 暴胀模型是解决大爆炸理论中视界问题和磁单极子问题的关键修正。 1. 视界问题（Horizon Problem）： 解释CMB为何在所有方向上温度都如此一致。 2. 平坦性问题（Flatness Problem）： 为什么宇宙的几何结构如此接近平坦。 3. 暴胀的物理机制与遗留的引力波信号（原初引力波）： 探讨暴胀如何产生可被未来实验探测到的时空涟漪。 第十章：弦论、圈量子引力与量子引力（The Quest for Quantum Gravity） 在处理宇宙的开端（普朗克时期）和黑洞奇点时，广义相对论失效。本章将简要介绍物理学家试图统一量子力学和引力的尝试。 1. 普朗克尺度： 确定物理定律可能发生根本性改变的最小尺度。 2. 弦论的基本思想： 粒子被视为一维的“弦”的振动模式。 3. 圈量子引力的基本框架： 探讨时空本身是否也具有离散的、量子的结构。 --- 结语：未尽的探索 宇宙学是一门充满活力的学科，其边界正随着观测技术的飞速发展而不断拓展。本书提供了一个坚实的知识基础，但真正的宇宙探索才刚刚开始。我们对暗物质和暗能量的理解仍然停留在“占位符”的阶段，而关于宇宙起源的最深层秘密——暴胀的驱动力，以及是否存在多重宇宙——仍然是悬而未决的宏伟问题。希望本书能激发读者继续关注这一领域的发展，并以更加开阔的视野，迎接未来的科学发现。

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