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出版者:

作者:Raum, Elizabeth

出品人:

页数:32

译者:

出版时间:

价格:$ 36.89

装帧:

isbn号码:9781432915667

丛书系列:

图书标签:

• 风能
• 可再生能源
• 能源工程
• 电力系统
• 风力发电
• 可持续发展
• 环境工程
• 能源技术
• 绿色能源
• 工程技术

星辰的低语：宇宙演化与深空探索 内容简介 本书带领读者踏上一场横跨数十亿年的宇宙史诗之旅，深入探讨我们所栖居的宇宙的起源、结构、演化及其无尽的未来。它摒弃了对单一科学分支的局限性聚焦，而是以一种宏大而包容的视角，将天体物理学、粒子物理学、相对论、量子力学以及尖端观测技术融为一体，构建出一个完整、动态且令人敬畏的宇宙图景。 第一部分：太初之光——宇宙的黎明 开篇追溯至奇点，详尽阐述了现代宇宙学中关于大爆炸的理论框架，但着重于大爆炸后瞬间的物理状态及其带来的深远影响。 1.1 暴胀时代的幽灵： 我们将深入研究宇宙暴胀理论，解释它如何解决了视界问题和磁单极子问题，并探讨暴胀的动力学机制。重点讨论暴胀结束后，能量如何转化为构成我们今天所见物质的等离子体。 1.2 轻元素的炼金术： 详细解析太初核合成（BBN）的过程。书中不仅计算了氢、氦、锂等轻元素在早期宇宙中的丰度，还探讨了轻元素比例如何成为检验宇宙学标准模型（Lambda-CDM）的关键证据。我们考察了中微子对核合成的影响，以及这些早期核合成的残余如何在星系形成之初被重新利用。 1.3 黑暗时代的帷幕： 描述了宇宙“黑暗时代”的景象——一个没有恒星发光的时期。本书细致描绘了早期物质的密度涨落如何通过引力作用逐渐聚集，以及第一批恒星（Population III Stars）诞生的严苛条件。这些宇宙的“第一代”恒星，以其巨大的质量和短暂的生命周期，扮演了宇宙化学演化的关键角色。 第二部分：结构的编织——星系与物质的交响 本部分聚焦于宇宙中大尺度结构的形成与演化，揭示了物质在引力主导下如何组织成我们今天观测到的星系、星系团和超星系团。 2.1 暗物质的引力之手： 重点阐述了暗物质在结构形成中的核心作用。我们不满足于仅仅陈述暗物质存在的证据（如旋转曲线、引力透镜），而是深入探讨了不同暗物质候选者（如WIMPs、轴子）的理论模型，以及通过直接和间接探测实验寻找它们的最新进展。书中详细分析了冷暗物质（CDM）模型如何成功模拟出宇宙网的层级结构。 2.2 星系的诞生与蜕变： 探讨了星系形成的主流模型，包括自下而上的合并过程。详细区分了椭圆星系和螺旋星系的形成路径，分析了星系合并对恒星形成率、恒星形成历史以及星系核超大质量黑洞（SMBH）演化的反馈作用。特别关注了星系际介质（IGM）在星系演化中的重要性，以及星系团中的“来瑟效应”（Ram Pressure Stripping）。 2.3 宇宙网的拓扑学： 运用拓扑数据分析（TDA）的概念，审视宇宙网的纤维、空洞和结点。探讨了拓扑学如何帮助我们理解物质在不同尺度上的分布规律，以及引力如何将宇宙塑造成一个巨大的、相互连接的网络结构。 第三部分：能量的边界——极端天体物理学 这一部分将目光投向宇宙中最具活力和最极端的现象，探索了黑洞、中子星、伽马射线暴等高能物理过程。 3.1 黑洞的几何学与信息悖论： 从广义相对论的框架出发，详尽解析了史瓦西和克尔黑洞的结构。本书深入探讨了事件视界内部的物理特性，并对霍金辐射的理论基础进行了严谨的推导。同时，本书对黑洞信息悖论进行了全面的梳理，分析了防火墙理论、火球模型等前沿尝试。 3.2 引力波的宇宙信使： 探讨了引力波天文学的兴起。通过对LIGO/Virgo探测数据的分析，我们重构了双黑洞和双中子星并合的波形，解释了这些事件如何提供了检验强场引力的独特实验室。书中特别分析了电磁波与引力波同步观测（Multi-messenger Astronomy）对千新星（Kilonovae）的物理机制（如重元素r-过程核合成）的阐明。 3.3 脉冲星：旋转的宇宙灯塔： 详细介绍了脉冲星的内部结构——从致密的中子星核心到外层的坚硬地壳。分析了脉冲星作为精确计时器的应用，以及它们如何被用于间接探测低频引力波背景。 第四部分：量子的低语——暗能量与宇宙的终局 最后一部分将目光转向支配宇宙当前加速膨胀的神秘力量——暗能量，并预测宇宙的终极命运。 4.1 暗能量的本体： 探讨了暗能量的几种主要解释：宇宙学常数（真空能）、第五种力（Quintessence）以及修正引力理论。书中比较了早期宇宙测量（如CMB）和晚期宇宙测量（如Ia型超新星和重子声学振荡BAO）对暗能量状态方程$w$的约束，分析了当前数据对$w=-1$的偏离程度。 4.2 膨胀的加速与时空的命运： 基于当前暗能量模型的预测，细致推演了宇宙的未来场景。详细描述了“大撕裂”（Big Rip）、“大冻结”（Big Freeze/Heat Death）和“大挤压”（Big Crunch）这三种主要命运的物理条件和观测特征。重点分析了“大冻结”如何导致恒星燃尽、黑洞蒸发，最终宇宙回归极度稀疏和低温的状态。 4.3 永恒的探索： 结论部分展望了下一代观测设施，如詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）、欧几里得任务（Euclid）以及未来的超大口径望远镜，它们将如何精确测量宇宙的膨胀历史，并可能揭示暗能量性质的根本性变化。 读者对象： 本书适合具有扎实高中物理基础，对天文学和宇宙学抱有浓厚兴趣的读者。它同时也是大学本科生和研究生进行跨学科学习的优秀参考资料。书中力求在保持科学严谨性的同时，采用清晰、富有启发性的叙事方式，让复杂的概念变得触手可及。

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