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Focused on the undergraduate audience, Chemical Reaction Engineering provides students with complete coverage of the fundamentals, including in-depth coverage of chemical kinetics. By introducing heterogeneous chemistry early in the book, the text gives students the knowledge they need to solve real chemistry and industrial problems. An emphasis on problem-solving and numerical techniques ensures students learn and practice the skills they will need later on, whether for industry or graduate work.
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化学反应与化学反应器
深入探索宇宙的宏大叙事：一本关于天体物理学与宇宙学前沿进展的专著 书名：星辰的低语与时空的褶皱：当代天体物理学与宇宙学新视野 引言：追问起源与终结的永恒渴望 自人类仰望星空，对宇宙的好奇心便从未停歇。从古老的星盘到现代的射电望远镜，我们对浩瀚宇宙的理解经历了翻天覆地的变化。本书并非关注实验室中的物质转化，而是将目光投向宇宙尺度——从微小的量子涨落如何孕育出最初的结构，到超大质量黑洞如何塑造星系演化，再到暗能量如何驱动宇宙加速膨胀的宏大图景。 本书旨在为具有坚实物理学和高等数学基础的读者，提供一个全面、深入且紧跟科研前沿的视角，探索当代天体物理学和宇宙学领域中那些最引人入胜、最具挑战性的课题。我们不涉及化学反应动力学或反应器设计，而是聚焦于时空本身的结构、物质在极端条件下的行为，以及宇宙演化的历史与未来。 --- 第一部分：极端环境下的物质与辐射（The Fabric of Extremes） 第一章：高能天体物理学的窗口：伽马射线暴与活动星系核 本章深入剖析宇宙中最剧烈、能量释放最集中的现象。我们将详细探讨伽马射线暴（GRBs）的物理机制，包括短暴与长暴的起源，以及它们如何与超新星爆发和中子星并合联系起来。内容涵盖伯斯特-琼斯模型、喷流的形成与辐射过程，以及对这些事件的电磁波谱（从射电到X射线和伽马射线）的精确观测分析。 随后，我们将转向活动星系核（AGN）。重点讨论位于星系中心的超大质量黑洞（SMBH）吸积盘的物理状态、辐射机制（如布莱克-邦迪极限）、相对论性喷流的产生与准粒子加速过程。读者将学习如何利用不同波段的观测数据来重建AGN的能量输出谱，并理解这些“宇宙灯塔”对宿主星系演化的反馈效应。 第二章：引力波天文学：时空涟漪的解码 引力波的直接探测开启了天文学的新纪元。本章系统阐述了广义相对论在强引力场中的应用，特别是双黑洞并合、黑洞与中子星并合的波形建模（波形模板的数值计算，如拟牛顿近似和数值相对论）。我们将详细分析LIGO/Virgo/KAGRA探测到的事件，例如GW150914、GW170817，并探讨如何利用这些事件来检验广义相对论的有效性、测量哈勃常数，以及对致密星体（如中子星的状态方程）进行约束。 第三章：宇宙射线与中微子：高能粒子流的起源 宇宙射线（CRs）是来自外太空的高能带电粒子流。本章区分了银河系内源（如超新星遗迹）和可能的银河系外源（如活跃星系团中心）。我们探讨了CRs在大气中产生的级联过程（Air Showers），以及如何利用地面和太空望远镜阵列来确定它们的能谱和化学成分。同时，我们将聚焦于高能中微子天文学，探讨IceCube等探测器如何追踪到极端天体如Blazars所产生的天体物理中微子，揭示宇宙高能粒子加速的秘密。 --- 第二部分：宇宙的结构、起源与演化（Cosmos: Structure, Origin, and Destiny） 第四章：早期宇宙的烙印：宇宙微波背景辐射（CMB）的精细结构 CMB是宇宙大爆炸遗留的“余晖”。本章从理论上推导了解耦面（Last Scattering Surface）的物理过程，详细解释了黑体辐射谱的形成。重点在于CMB的各项异性：分析各向异性功率谱（Angular Power Spectrum）中的峰值位置，这些峰值（声子振荡模式）直接编码了早期宇宙的物质密度、重子与暗物质的比例、以及几何形状（平坦性）。我们将讨论观测项目如Planck和WMAP的数据分析技术，以及如何从这些微小波动中反演宇宙学参数。 第五章：暗物质与暗能量：宇宙的隐形骨架与驱动力 本书的核心挑战之一是理解构成宇宙约95%的未知物质和能量。在暗物质部分，我们评估了多种候选理论，包括冷暗物质（CDM）的主导地位，以及对弱相互作用重粒子（WIMPs）和轴子的搜寻进展（直接探测、间接探测和对星系尺度结构的观测约束）。 暗能量部分，我们侧重于其在驱动宇宙加速膨胀中的作用。详细阐述了弗里德曼方程在引入宇宙学常数 $Lambda$ 后的形式，并探讨了检验暗能量性质的方法，如通过测量星系红移巡天（如SDSS, DESI）来确定演化历史，以及利用重子声学振荡（BAO）作为“标准尺”来测量尺度因子与时间的依赖关系。 第六章：星系与大尺度结构的形成 本章将现代宇宙学模型（Lambda-CDM）与观测天文学相结合，解释星系如何从最初的密度涨落中诞生和演化。内容包括： 1. 暗物质晕的形成： 基于密度扰动的线性增长理论，到非线性坍缩的半解析模型（如Halo理论）。 2. 星系合并与形态演化： 模拟与观测数据对比，研究小星系并合如何形成大质量椭圆星系，以及星系团的形成过程。 3. 星系形成中的反馈机制： 讨论恒星形成过程中的能量输出（如超新星吹出）和AGN反馈如何调节星系的恒星形成率，避免星系“冷却失控”。 --- 第三部分：超越标准模型：理论前沿与未来展望 第七章：量子引力和圈量子引力简介 虽然天体物理学主要依赖广义相对论，但在黑洞奇点或大爆炸的普朗克尺度，量子效应必须被纳入考量。本章概述了当前探索量子引力的主要理论框架，特别是弦理论（String Theory）和圈量子引力（Loop Quantum Gravity, LQG）的基本概念。对于LQG，我们将探讨其如何通过“离散化”时空来避免引力奇点，并讨论圈量子宇宙学（LQC）对大爆炸模型的修正，如“大反弹”（Big Bounce）假说。 第八章：宇宙学中的信息悖论与时空本质 本章探讨了理论物理学中最具哲学深度的交叉领域。我们将重温霍金辐射的理论推导，并深入分析黑洞信息悖论的各个方面——从半经典物理学的预测到防火墙（Firewall）争议。此外，我们还将审视关于时空起源的新兴概念，例如全息原理（Holographic Principle）及其在AdS/CFT对应中的体现，这暗示了引力与量子场论之间深刻的对偶性。 结论：未竟的探索 本书的结尾部分总结了当前天体物理学和宇宙学面临的未解之谜，包括暗物质的粒子身份、暗能量的驱动力、以及广义相对论在极端条件下的有效性。展望未来，我们将介绍下一代观测设施（如詹姆斯·韦伯空间望远镜的后续项目、下一代引力波探测器）将如何帮助我们回答这些根本性的问题，指引读者对宇宙深层次规律的持续探索。 --- 目标读者： 高年级本科生、研究生，以及从事相关领域研究的科研人员。本书要求读者对经典力学、电动力学、狭义相对论和初步的广义相对论有扎实的理解。
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