Particles and the Universe pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:World Scientific Pub Co Inc

作者:Astbury A. (EDT)/ Campbell, B. A. (EDT)/ Khanna, F. C. (EDT)/ Vincter, M. G. (EDT)

出品人:

页数:500

译者:

出版时间:

价格:112

装帧:HRD

isbn号码:9789812388100

丛书系列:

图书标签:

• 粒子物理
• 宇宙学
• 标准模型
• 量子场论
• 高能物理
• 基本粒子
• 宇宙起源
• 暗物质
• 暗能量
• 物理学

恒星的交响曲：宇宙尺度下的结构与演化 一、引言：宏大叙事与微观基石 本书旨在为读者构建一幅横跨宇宙尺度的壮丽画卷，深入探讨宇宙的起源、结构、演化及其内在的物理规律。我们不拘泥于单一学科的界限，而是将天体物理学、宇宙学、粒子物理学的最新发现和理论框架融为一体，试图描摹出一个既包含星系团、黑洞等宏观奇观，又立足于基本相互作用和物质构成的统一图景。 本书的核心理念是，我们今天所观测到的一切——从最遥远的类星体到我们身处的太阳系——都是在特定物理定律和初始条件下，经历数十亿年演化而形成的复杂系统。因此，理解宇宙的整体行为，必须回溯到其最基本的构成要素及其早期状态。 二、创世之初：宇宙学的基石 宇宙的开端是理解一切的起点。我们将详细阐述标准宇宙学模型——Lambda-CDM模型（$Lambda$CDM）的理论基础与观测证据。 2.1 大爆炸的证据链 本书将详尽分析支持大爆炸理论的三大支柱： 1. 宇宙膨胀（哈勃定律）： 观测证据的梳理，从哈勃早期的星系红移测量到现代高精度宇宙学 सर्वेक्षण（如SDSS、DESI）。我们将探讨不同距离尺度下尺度因子演化的复杂性。 2. 宇宙微波背景辐射（CMB）： CMB不仅仅是遗迹，它是一扇直视宇宙婴儿期的窗口。我们将深入讨论COBE, WMAP, Planck等任务提供的精确数据，解析其温度和极化各向异性谱。如何利用CMB的功率谱来确定宇宙的几何形状（平坦性）、物质密度、暗能量密度以及暴胀时代的参数。 3. 轻元素丰度： 核合成的理论模型与实际观测（氢、氦、锂）的精确匹配，揭示了宇宙在诞生后最初几分钟内的物理条件。 2.2 暴胀理论与初始条件 为了解决视界问题、平坦性问题以及磁单极子问题，暴胀理论应运而生。本书将探讨几种主流的暴胀模型（如混沌暴胀、单场暴胀），并分析其如何将微观量子涨落放大为宏观结构形成的“种子”。重点讨论原初引力波的可能信号，及其在未来实验中被探测的意义。 三、无形的塑造者：暗物质与暗能量 现代宇宙学面临两大核心挑战：暗物质（Dark Matter）和暗能量（Dark Energy），它们共同构成了宇宙约95%的能量密度。 3.1 暗物质的引力证据与候选者 我们将系统梳理暗物质存在的强有力证据，包括但不限于：星系旋转曲线、星系团的引力透镜效应（弱引力和强引力透镜）、星系团的动力学以及CMB的功率谱特征。在候选粒子方面，本书将探讨WIMPs（弱相互作用重粒子）的理论动机与直接/间接探测的实验进展（如LUX-ZEPLIN, XENONnT），以及轴子（Axions）等轻量级替代方案的实验验证。 3.2 暗能量的本质与宇宙加速 宇宙加速膨胀的发现是20世纪末最重要的突破之一。我们将聚焦于宇宙学常数（Vacuum Energy）模型，并探讨其与量子场论预测的巨大差异（真空灾难）。此外，我们也将考察替代暗能量的理论，如修正引力理论（Modified Gravity，如f(R)引力），它们试图在不引入新物质的情况下解释加速膨胀。 四、结构的形成：从量子涨落到星系 宇宙演化的关键在于，如何从早期微小的密度扰动，演化出如今遍布宇宙的复杂层次结构。 4.1 线性与非线性引力坍缩 本书将运用线性微扰理论来描述早期结构的增长，特别是“物质主导时代”内密度对比随时间的变化。随后，我们将引入晕结构形成理论（Halo Formation Theory），使用蒙特卡洛模拟和半解析模型来追踪暗物质晕的合并与演化历史。 4.2 星系的诞生与演化 星系不仅仅是暗物质晕的附属物，它们是恒星形成、反馈过程与环境相互作用的复杂产物。我们将讨论： 恒星形成的物理过程： 从分子云的引力不稳定性到恒星团的形成。 恒星的生命周期与化学演化： 超新星对星际介质的再循环与重元素的播撒，形成“化学丰度梯度”。 星系并合与形态转变： 解释螺旋星系如何演化为椭圆星系，以及星系团环境对恒星形成率（SFR）的抑制作用（“星系失色”）。 4.3 超大质量黑洞与星系共演化 活动星系核（AGN）通过强烈的辐射和喷流反馈，被认为是调控宿主星系中心超大质量黑洞成长的关键机制。我们将分析M-sigma关系等经验关系，探讨黑洞与宿主星系质量之间的协同增长。 五、极端宇宙：高能现象与时空弯曲 宇宙中存在着能量密度极高、时空结构被极端扭曲的区域，它们为检验广义相对论提供了天然实验室。 5.1 引力波天文学的兴起 从理论预测到LIGO/Virgo/KAGRA的实际探测，引力波已成为研究宇宙的新窗口。本书将重点分析双中子星并合（GW170817）事件，它同时提供了引力波和电磁波信号，极大地限制了引力波速度和中子星的物理解释。我们将探讨黑洞并合的参数估计与后牛顿近似的有效性。 5.2 致密天体物理 中子星： 内部物质状态的极端挑战，核状态方程的限制，以及脉冲星作为高精度时钟的应用。 黑洞： 事件视界的性质、霍金辐射的理论推导（概念性介绍），以及如何通过观测吸积盘和喷流来研究极端引力场。 六、未来的展望：未解之谜与新前沿 本书以对前沿研究的展望收尾，强调当前物理学对更深层次理解的渴望。 新一代观测： 詹姆斯·韦伯空间望远镜（JWST）对早期星系和系外行星大气的观测，如何挑战或修正我们的结构形成模型。 暗物质的终极身份： 寻找“第五种力”的证据，以及对WIMP/Axion模型的最终检验。 宇宙学的未来： 下一代CMB实验（如CMB-S4）对原初引力波张量/标量比（r）的测量能力，以及对暴胀模型的约束。 本书致力于提供一个全面、连贯且基于当前最前沿观测的宇宙图像，引导读者思考，在宇宙的宏大尺度下，我们是如何从极简的初始条件走到如今复杂多样的存在。

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