Gases, Liquids and Solids pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Matthews, Philip S.C.

出品人:

页数:80

译者:

出版时间:2002-2

价格:$ 16.39

装帧:

isbn号码:9780521797504

丛书系列:

图书标签:

• 物理化学
• 物质状态
• 气体
• 液体
• 固体
• 相变
• 热力学
• 分子结构
• 凝聚态物理
• 材料科学

《跨越星辰的航迹：宇宙尺度下的物质演化与生命起源》 导言：时空的低语与物质的宏大叙事 本书并非聚焦于宏观尺度下常见物质的三相态转变，而是将目光投向宇宙深处，探讨在极端条件、巨大时空尺度以及高能物理作用下，物质如何被塑造、重组乃至诞生新的结构。我们旨在构建一个宏大的叙事框架，从宇宙大爆炸的初始奇点，追溯至星系团的形成与生命文明的萌芽，探究能量、物质与信息如何在引力、强弱核力、电磁力以及量子效应的共同作用下，编织出我们所观测到的宇宙图景。 第一部分：混沌初开——宇宙早期的物质形态与基本粒子 第一章：奇点之后：量子涨落与夸克-胶子等离子体 在宇宙诞生后的极短时间内，物理定律的适用性达到了前所未有的检验点。本章将深入分析普朗克时期之后，宇宙在极高温度和密度下所呈现的物质状态。重点不在于描述常温下的气体、液体和固体，而是探讨夸克-胶子等离子体（QGP）的特性。QGP并非我们传统意义上的“相”，而是一种由自由夸克和胶子构成的、具有流体动力学特性的物质态。我们将详细阐述量子色动力学（QCD）如何预测这种物质的形成，并模拟其在冷却过程中“冻结”为质子和中子的过程，即强子化（Hadronization）。这涉及对早期宇宙中重子数宇称（Baryon Asymmetry）起源的探索，即物质如何相对于反物质占据主导地位。 第二章：核合成的熔炉：轻元素的诞生与宇宙网的骨架 当宇宙冷却到足以让核反应发生时，第一批稳定的原子核——主要是氢（$^{1} ext{H}$）和氦（$^{4} ext{He}$），以及痕量的锂（$^{7} ext{Li}$）——得以形成。本章将精确重建太初核合成（Big Bang Nucleosynthesis, BBN）的速率方程和反应链。我们关注的重点是，这些轻元素丰度的精确比例如何成为检验现代宇宙学模型的关键“化石”。此外，我们将讨论暗物质（尽管其本质尚未确定）如何在早期宇宙中提供引力势阱，使普通物质能够聚集，从而形成宇宙宏观结构的早期“种子”。 第二部分：恒星的生命周期——极端压力下的物质构造 第三章：恒星内部的物质：简并态与等离子体物理 恒星内部的物质状态与地球上的三相态截然不同。本章将细致剖析电子简并物质和离子流体。在太阳核心，压力足以使电子的量子力学性质占据主导，形成简并态电子气。我们将运用费米-狄拉克统计来描述这种物质的抗引力塌缩能力，这与经典理想气体模型形成了鲜明对比。同时，我们将研究不同质量恒星在主序期、红巨星和白矮星阶段，其核心的等离子体组分如何依赖于温度梯度和有效离子电荷数。 第四章：超新星的终结：中子星的极限密度与奇特物质 恒星的暴力终结——超新星爆发，是宇宙中创造重元素和极端物质态的终极实验室。重点聚焦于中子星的内部结构。中子星的密度可达$10^{18} ext{kg/m}^3$，其内部物质不再是简单的中子“液体”，而是可能包含超流体中子、超导质子，甚至在核心可能存在由夸克物质构成的夸克星（Strange Quark Matter）。本章将援引最新的洛林厄姆方程（Equation of State, EoS）模型，推导在超过核饱和密度后物质的组态变化，探讨这些极端物质的力学稳定性及其对引力波信号的贡献。 第三部分：星际介质与致密天体的互动 第五章：星际云的化学：分子、尘埃与冷凝现象的类比 星际空间并非完全真空，而是充斥着稀薄的星际介质（ISM）。本章探讨在极低温度（约10K）下，气体分子如何吸附在微米级的宇宙尘埃颗粒表面，形成“固态”的冰层（如水冰、CO冰）。这可以被视为一种宇宙尺度的“凝结”现象，但其机理完全依赖于表面的化学反应和量子隧道效应，而非经典的热力学相变。我们将分析关键的星际分子（如$ ext{H}_2$, $ ext{H}_2 ext{O}$, 氨基酸前体）的形成路径，理解它们如何为后续的恒星形成和行星吸积盘提供初始材料。 第六章：吸积盘与行星形成：物质的盘状结构与层流 在年轻恒星周围的原行星盘中，物质以二维盘状结构存在。本章分析盘内从气体（等离子体或分子云）到微小固态颗粒的演化过程。我们关注米氏不稳定机制（Streaming Instability）如何导致微小尘埃团聚成厘米级甚至更大的块体。探讨在吸积过程中，盘内的粘滞力和磁场如何驱动角动量转移，以及在雪线（Ice Line）附近，水分子如何从气态转化为冰晶，这一过程是判断类地行星与气态巨行星形成的关键物理边界。 第四部分：系外行星与生命的基石 第七章：系外行星的大气：高压气体、超临界流体与“奇异”冰型 随着系外行星的发现，我们面对着远超太阳系经验的物质形态。本章将研究“超级地球”或“迷你海王星”内部可能存在的物质状态。例如，在极高压力下，水可能不再形成我们熟悉的冰I或冰VII，而是形成具有奇特晶体结构的高压冰（如Ice X或Ice XV），或者在极端温度梯度下形成超临界流体，充当行星内部热量和物质传输的介质。我们探讨这些非常规的物质态如何影响行星的内部动力学和磁场生成。 第八章：生命的化学：分子自组装与非平衡态物质 本书的最终落脚点是生命起源的物理化学基础。我们不讨论生物学的复杂性，而是聚焦于生命体诞生之初，无机分子如何通过非平衡态热力学过程，实现自我组织和信息存储。探讨“粘土催化理论”和“热液喷口理论”中，矿物表面（类固体结构）如何提供模板，促使氨基酸和核苷酸等有机单体进行聚合反应，形成更复杂的生物大分子。这本质上是物质在特定能量梯度下，从无序向有序跃迁的极端案例，是宇宙演化中的一个关键转折点。 结语：从夸克到生命——物质形态的连续性与边界 《跨越星辰的航迹》旨在提供一个连贯的视角，审视物质在宇宙不同能标和压力下的表现。它强调了在理解宇宙的演化时，必须超越日常经验中的三相（气、液、固），拥抱简并态、等离子体、超流体以及高压晶体等复杂形态。本书致力于揭示，宇宙万物——从早期宇宙的汤到生命的分子——都是在基本物理定律的约束下，不断尝试和实现新的物质组织形式的壮阔史诗。

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