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出版者:Wiley-Interscience

作者:Earl W. McDaniel

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1993-04-21

价格:USD 590.00

装帧:Paperback

isbn号码:9780471304418

丛书系列:

图书标签:

• 原子碰撞
• 物理学
• 量子力学
• 原子物理
• 等离子体物理
• 碰撞理论
• 交叉截面
• 能谱
• 电子散射
• 离子束

星尘的低语：宇宙尘埃与生命起源的史诗 内容简介： 本书带领读者踏上一场跨越数十亿年的宏伟旅程，深入探索宇宙中最微小、却又最关键的构成要素——星际尘埃。它并非寂静的背景，而是宇宙演化的剧本中不可或缺的演员，是恒星诞生、行星形成乃至生命萌芽的物质基石。 第一部：虚空中的微粒——尘埃的诞生与演化 在广袤的星际介质（ISM）中，弥漫着由硅酸盐、碳质材料、金属氧化物以及冰冻水、甲烷、氨等挥发性物质构成的复杂混合体——星际尘埃。它们的大小跨越几个数量级，从纳米级的烟尘颗粒到微米级的“大块头”，每一个颗粒都承载着它诞生之地的独特信息。 本书首先追溯了尘埃的起源。大部分尘埃是在恒星生命的终结阶段被抛洒而出。在红巨星的晚期阶段，碳核合成达到高潮，丰富的碳基分子在恒星外层缓慢冷却、凝结成微小的石墨或碳化硅颗粒。随后，太阳质量的恒星以行星状星云的形式将这些“烟灰”推向宇宙。然而，更剧烈的“烟火”——超新星爆发，才是制造重元素尘埃的主要熔炉。在极端的高温和高压下，剧烈的核反应产生了铁、镍、硅、镁等元素，这些元素在爆炸后的膨胀和冷却过程中迅速凝结成硅酸盐和金属氧化物晶体。本书详尽描述了不同类型超新星（Ia型、II型、Ib/c型）对尘埃化学成分和质量分布的影响，揭示了宇宙中不同世代恒星对尘埃场的“贡献谱系”。 随着尘埃在星际介质中漂流，它们经历了持续的“空间风化”。高能宇宙射线不断轰击尘埃表面，导致晶体结构受损，表面化学键断裂，形成非晶态的“辐射改性”物质。此外，尘埃颗粒之间通过范德华力或其他化学粘附力发生碰撞、团聚，形成更大、更复杂的团块。这些过程极大地改变了尘埃的光学特性和红化曲线，成为天文学家远程探测星际介质结构的重要线索。 第二部：光影的记录者——尘埃在宇宙学中的作用 尘埃在天体物理学中扮演着双重角色：既是遮蔽者，也是探针。 在可见光波段，尘埃云是宇宙中最强大的“黑幕”。它们吸收并散射恒星发出的光线，导致遥远天体在我们观测时表现出红移——这不仅仅是多普勒效应造成的，更是尘埃对短波长光（蓝光）更强烈散射的结果。本书详细分析了分子云内部的消光曲线和德雷克公式（Draine Formula）在计算实际星际消光时的应用，帮助读者区分真实的红移与尘埃引起的“视在红移”。通过观测尘埃对星光的影响，科学家得以绘制出银河系乃至邻近星系中气体和尘埃的分布图，揭示了星际介质的精细结构和湍流状态。 更重要的是，尘埃是宇宙中最有效的“红外辐射源”。它们将吸收的恒星光能重新以更长波长的红外辐射形式释放出来。通过对尘埃发射的红外光谱进行分析（特别是在20微米和60微米附近的特征谱线），天文学家能够推断出尘埃的温度、密度以及其中所含特定化学成分的丰度。钱德拉X射线天文台和斯皮策红外望远镜（及其继任者詹姆斯·韦伯太空望远镜）的数据被用来构建宇宙中尘埃质量的演化模型，揭示了在宇宙早期，星系形成过程中，尘埃是如何被快速“重金属化”的。 第三部：尘埃炼金术——星系、恒星与行星的胚胎 本书的核心部分聚焦于尘埃在结构形成中的关键作用。分子云，这些寒冷、致密的区域，是恒星诞生的摇篮。引力坍缩的起点，往往源于尘埃团聚引发的密度涨落。当尘埃密度达到临界值，气体开始自由落体，最终点燃核心的核聚变，一颗新恒星诞生。 在这个过程中，尘埃粒子的轨道动力学至关重要。在原行星盘（Protoplanetary Disk）中，气体和尘埃最初是紧密耦合的。随着气体受恒星引力或辐射压力影响向内或向外迁移，尘埃颗粒开始由于“气体拖曳”效应而漂移。体积较大的尘埃粒子会逐渐沉降到盘面的中心平面，形成一个越来越薄、越来越致密的“尘埃薄层”。正是这个薄层，通过颗粒间的粘性碰撞和静电引力，实现了从微米级到公里级天体的“尺度升级”——这是行星形成的第一个关键障碍——“毫米波阻力问题”的解答之一。 本书深入探讨了彗星、小行星和系外行星形成过程中对原始尘埃的继承。通过对陨石中包含的“星际残留物”（Presolar Grains）的同位素分析，科学家能够直接回溯到遥远恒星的生命周期，将物质的起源与我们太阳系的演化直接联系起来。这些微小的晶体成为了连接宇宙历史与本地物质构成的“时间胶囊”。 第四部：生命的回响——复杂有机物的载体 星际尘埃不仅仅是无机物。在极度低温的星际冰层中，当高能光子或宇宙射线轰击水冰、一氧化碳、甲醛等简单分子时，会引发复杂的非生物化学反应，产生诸如甲醇、乙醇，乃至更复杂的氨基酸前体分子。 本书阐述了尘埃颗粒表面的“非均相催化”作用：尘埃作为惰性表面，为那些在气相中难以发生的化学反应提供了必要的接触点和能量活化。这些复杂的有机分子被包裹在冰壳中，随着尘埃落入新的恒星系统，最终沉积到年轻行星的表面或彗星内部。 《星尘的低语》旨在提供一个全面而深入的视角，展现这些宇宙中最不起眼的“灰尘”如何驱动了宇宙中最宏大的叙事——从恒星的死亡到新世界的诞生，再到复杂化学的可能性。它揭示了我们自身构成物质的每一个原子，都曾是星际尘埃的一部分，是这场宏大宇宙演化史诗中的重要角色。

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这本书的深度和广度都超出了我的预期，它不仅仅是在讨论原子层面的事件，更是在探讨信息如何在物质世界中传递和转化。我最感兴趣的是关于同步辐射光源的章节，书中对光束线的设计和电子束的控制进行了详尽的描述，那种对工程细节的极致追求，令人叹为观止。作者提到，每一个微小的偏差都可能导致实验结果的巨大差异，这种对精度的执着，正是现代科学的魅力所在。书中引用的历史案例也十分有趣，它穿插了早期物理学家们在简陋设备下进行实验的艰辛历程，与现代超级实验室形成鲜明对比，让人对科学的进步充满了敬畏。此外，关于“慢电子捕获”的讨论，作者用了一种近乎哲学的笔调，探讨了能量耗散的必然性与随机性，这使得整本书的阅读体验不再仅仅是知识的输入，更是一种思维的拓展。读完这一部分，我开始重新审视生活中遇到的所有材料，思考它们内部微观结构是如何通过无数次碰撞塑造成的。

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阅读《原子碰撞》的过程，感觉就像是进行了一场酣畅淋漓的智力马拉松。这本书的语言风格非常多变，时而严谨得像一篇经过同行评审的论文，时而又幽默风趣，比如作者在解释范德华力时，将其比喻成“两个害羞的邻居，虽然保持距离，但彼此感受到了对方的存在”。这种风格的切换，有效地缓解了长时间阅读专业内容的疲劳感。特别是关于等离子体物理在核聚变研究中的应用，书中清晰地阐述了如何在极高温高压下控制氘核和氚核的碰撞概率，这是一个极其复杂的问题，但作者通过引入“有效截面”这一核心概念，并辅以详尽的图表分析，使得整个过程变得逻辑清晰、易于理解。更难能可贵的是，作者似乎预知了读者可能产生的疑惑，在关键的转折点总会设置一个“思考题”或“小测验”，让你不得不停下来，消化刚刚吸收的信息，确保理解的扎实性。这本书的排版也值得称赞，字体选择恰到好处，行距舒适，长时间阅读下来眼睛也不容易疲劳。

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这本《原子碰撞》的封面设计简直是视觉的盛宴，那种深邃的蓝与电光火石般的橙红交织在一起，仿佛能直接感受到粒子间剧烈撞击的能量。拿到书的那一刻，我原本以为会是一本晦涩难懂的理论专著，毕竟“原子碰撞”这四个字听起来就充满了高深的物理术语。然而，翻开扉页后，我的顾虑便烟消云散了。作者在引言部分就展现了非凡的叙事能力，他没有急于抛出复杂的数学模型，而是从宇宙大爆炸的余晖谈起，引出了物质世界最基本的相互作用——碰撞。我尤其欣赏其中一个章节，它详细描绘了在地球大气层中，高能宇宙射线如何与氮原子发生“第一次亲密接触”，产生的级联效应，那种宏大叙事与微观细节的完美结合，让人仿佛置身于一个巨大的粒子加速器之中。书中对电子激发态的描述尤为生动，作者仿佛是一位技艺高超的艺术家，用文字勾勒出电子跃迁时那稍纵即逝的光芒，这种文学性的描绘，极大地拉近了普通读者与前沿物理学的距离。读完第一部分，我已经被牢牢地抓住了，迫不及待想知道这些碰撞如何在更复杂的化学反应中扮演幕后推手。

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这本书的收尾部分尤其令人回味无穷，它没有停留在已知的物理学成就上，而是大胆地展望了未来——例如，利用精确控制的原子碰撞技术来实现分子级别的纳米制造，甚至探索更深层次的暗物质探测的可能性。这种前瞻性，让这本书的价值远远超出了现阶段的学术参考书的范畴，更像是一份关于未来科技蓝图的预演。我尤其欣赏作者在最后对“不确定性原理”的重新解读，他没有将其视为一种限制，反而强调了它在催生新现象、新材料方面蕴含的巨大潜力，这种积极乐观的态度非常鼓舞人心。整本书的论述，从最基础的库仑散射到复杂的分子动力学模拟，形成了一个完整且自洽的知识体系。它不仅是一本关于物理过程的书，更是一本关于科学探索精神的书，它教导我们如何以严谨的逻辑去解构世界，又以大胆的想象力去构建未来。合上书本时，我感到头脑里充盈着知识的能量，对微观世界的运作方式有了全新的、更加深刻的认识。

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我对这本书的结构安排感到非常惊艳，它不像许多教科书那样刻板僵硬，反而更像是一部精心编排的交响乐。第一乐章是基础理论的铺陈，但作者的处理方式非常巧妙，他通过大量生动的类比，将量子力学的概率云概念具象化。例如，他将一个电子的波函数比作一个在风中飘摇的巨大蜘蛛网，而原子核则是网中央一个坚实的锚点，碰撞的过程就是如何“抖动”这张网，使其释放出能量。进入第二乐章，叙事节奏陡然加快，重点转向了实际应用，特别是对材料科学的深刻影响。我特别关注了关于离子注入技术的那一节，书中详细解释了如何通过精确控制碰撞的能量和角度，来“植入”特定的杂质原子，从而改变半导体的导电特性。书中配有的插图虽然不多，但每一张都经过深思熟虑，简单明了地揭示了一个复杂的物理过程，没有丝毫多余的笔墨。这本书的论证逻辑性极强，层层递进，让你在不知不觉中，已经掌握了许多原本以为遥不可及的知识点。它成功地证明了，即便是最硬核的科学，也可以通过卓越的表达能力，变得引人入胜。

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