具体描述
This comprehensive introduction to controlling and shaping optical fields at a subwavelength scale is written by distinguished scientists in nanophotonics and covers everything from the basics to the most advanced technologies. Topics discussed include photonic crystals and microcavities (including nonlinear optical effects), local-probe techniques (used to characterize plasmonic devices), and the emerging fields of semiconductor nanocrystals and nanobiophotonics.
探索宇宙的奥秘：天体物理学前沿进展 一部聚焦宇宙演化、恒星诞生与消亡、星系形成与演化，以及暗物质和暗能量本质的综合性著作。 本书旨在为天文爱好者、物理学学生以及专业研究人员提供一个深入了解当代天体物理学核心议题和最新观测成果的平台。我们摒弃过于基础的物理学回顾，直接切入当前最活跃的研究领域，用清晰的逻辑和严谨的论述，勾勒出我们对宏大宇宙图景的理解。 第一部分：引力、时空与宇宙学基石 本部分首先回顾爱因斯坦广义相对论在理解宇宙学尺度现象中的核心地位，但重点将放在超越经典模型的现代探索上。 1.1 广义相对论的最新检验与修正理论 我们不会重述狭义相对论或牛顿引力，而是聚焦于如何通过对极端引力场（如黑洞附近的强引力场）的精确测量来寻找偏离爱因斯坦场方程的迹象。内容涵盖： 引力波天文学的爆发： 详细分析 LIGO/Virgo/KAGRA 等探测器捕获的并合双中子星（BNS）和黑洞-中子星（NSBH）事件所揭示的极端物质状态方程（EoS）约束。讨论了引力波信号如何成为检验洛伦兹不变性、低能有效场论（EFT）的探针。 后牛顿近似与后爱因斯坦（Post-Post-Newtonian）参数： 讨论高精度数值相对论模拟（NR）如何帮助我们区分各种替代引力理论，例如张量-矢量-标量引力（TeVeS）或修正重力理论（MOG）的迹象。 宇宙学中的时空曲率： 利用普朗克卫星数据对宇宙微波背景（CMB）的精确各向异性测量，确定宇宙的几何形态（平面、闭合或开放），并探讨这种几何结构对未来宇宙演化的决定性影响。 1.2 暗能量的本质探索：从标准模型到扩展猜想 暗能量占据了宇宙能量密度的约 68%，其性质是现代宇宙学的最大谜团。本章深入探讨： ΛCDM 模型的局限性与“哈勃张力”： 详细分析基于早期宇宙（CMB/BBN）推导出的哈勃常数 ($H_0$) 值与基于晚期宇宙（Ia 型超新星、重子声学振荡 [BAO]）观测值之间的系统性不一致（即“哈勃张力”）。探讨这是否指向新物理或测量偏差。 动态暗能量模型： 考察超越标准宇宙学常数 ($Lambda$) 的模型，如： 标量场驱动的（Quintessence）： 讨论具有时变状态方程 $w(z)$ 的标量场模型，以及如何通过 BAO 观测来限制 $w$ 的演化历史。 修改引力（f(R) 理论）： 阐述在宇宙学尺度上修改爱因斯坦-希尔伯特作用量如何模拟暗能量的斥力效应。 观测策略： 介绍下一代大型巡天项目（如 DESI, Euclid, Roman Space Telescope）如何通过更精确地测量星系红移分布和弱引力透镜效应来对 $w$ 进行高精度约束。 第二部分：恒星的生命周期与极端天体物理 本部分聚焦于恒星系统内部的物理过程，特别是那些涉及极端密度和能量释放的现象。 2.1 恒星演化与核合成的边界 超越主序星的简单模型，深入探讨演化末期的复杂阶段： 白矮星的极限与 Ia 型超新星： 分析钱德拉塞卡极限（Chandrasekhar Limit）的精确值，以及不同类型的 Ia 型超新星（如 3D 模拟中的亚临界坍缩和超临界爆炸）对宇宙距离尺度的校准作用。 大质量恒星的核心坍缩： 详细描述超新星爆炸的“启动”机制，包括中微子驱动的爆炸与快速旋转的核心。讨论最新对核物质方程状态的理解如何影响爆炸的成功率和喷射物的化学丰度。 2.2 中子星的内部结构与磁场动力学 中子星是检验强核物理的终极实验室。 方程状态的极限约束： 结合重力波信号（如 BNS 并合的“潮汐形变”参数）和脉冲星观测（质量-半径关系），探讨中子星内部可能存在的奇异物质，如超流体、超导或夸克物质。 磁星（Magnetars）与软伽马射线重复暴（FRBs）： 分析极端磁场（> $10^{14}$ G）对中子星物质和周围时空的影响。重点讨论快速射电暴（FRBs）的起源，特别是磁星的磁场重联模型如何解释其强大的、短暂的射电脉冲。 2.3 黑洞物理学的新视野 从事件视界望远镜（EHT）的图像到引力波的背景： EHT 图像的精细结构： 分析 M87 和 Sgr A 图像中的光子环和阴影边缘，如何验证黑洞附近的强引力场，并搜索偏离标准克尔（Kerr）度规的迹象。 超大质量黑洞（SMBHs）的形成与增长： 探讨宇宙早期如何快速形成十亿倍太阳质量的黑洞（种子黑洞问题）。分析活动星系核（AGN）喷流的能量输出，以及它们如何通过“黑洞-星系反馈”机制调节宿主星系的恒星形成历史。 引力波背景： 预测和搜寻来自早期宇宙（宇宙弦、相变）或大量远距离双黑洞并合形成的超低频引力波背景，这是下一代探测器（如 PTA 阵列）的主要目标。 第三部分：星系形成与大规模结构演化 本部分将视野拓展到宇宙学的时间尺度，研究物质如何从早期均匀状态演化为今日我们所见的复杂网络。 3.1 暗物质晕与星系组装 暗物质是结构形成的主导因素。 $Lambda$CDM 模拟的成功与挑战： 详细介绍 IllustrisTNG、EAGLE 等大型 N 体模拟如何成功再现星系的大小频率分布和星系团的性质。同时，探讨模拟与观测之间依然存在的冲突，例如“缺失的卫星星系问题”和“反弹照中心问题”。 弱引力透镜技术在暗物质映射中的应用： 阐述如何利用背景星系图像的微小扭曲来重建介于我们和目标星系之间的暗物质密度分布图，从而绘制出宇宙网的骨架。 3.2 星系群与星系团的物理过程 星系团是宇宙中最大的引力束缚结构，是研究宇宙学参数和极端物理环境的理想场所。 星系团中星系的“宇宙学生存”： 讨论星系在星系团环境中所经历的快速变化机制，包括： 射频剥离（Ram Pressure Stripping）： 热星系际介质（ICM）对星系气体的侵蚀作用，导致其恒星形成活动迅速熄灭。 潮汐侵蚀和并购： 较小的星系在星系团中心被拉伸和瓦解。 热星系际介质（ICM）的诊断： 利用钱德拉 X 射线天文台等观测数据，分析 ICM 的温度、密度和磁场结构，探讨超新星和 AGN 反馈如何加热和塑造这个高能等离子体。 3.3 宇宙大尺度结构的统计学描述 从统计角度量化结构的形成。 功率谱与二点关联函数： 介绍如何使用这些工具来量化宇宙中物质分布的聚集程度，并将其与不同暗物质模型（如热暗物质或温和自相互作用暗物质 [WDM/SIDM]）的预测进行比较。 重子声学振荡（BAO）的几何学意义： 解释 BAO 信号作为“宇宙尺规”在不同红移下的精确测量，如何独立地约束暗能量的状态方程和宇宙的几何结构。 本书以严谨的物理图像为指导，结合最新的多信使天文学证据，力求在读者心中构建一个动态、复杂且不断被挑战的宇宙模型。它不是对已知事实的简单回顾，而是对前沿未解之谜的深入剖析。
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