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出版者:

作者:Henley, Ernest M./ Garcia, Alejandro

出品人:

页数:80

译者:

出版时间:2008-2

价格:$ 21.00

装帧:

isbn号码:9789812797452

丛书系列:

图书标签:

• Subatomic Physics
• Solutions Manual
• Physics
• Nuclear Physics
• Particle Physics
• Quantum Mechanics
• Textbook
• Study Guide
• Solutions
• Higher Education

宇宙的构造：从夸克到星系的宏伟画卷 一部探索物质基本构成与宇宙尺度结构的权威著作 本书旨在为读者描绘一幅横跨微观与宏观的物理学全景图，深入剖析构成我们宇宙的最基本单元——亚原子粒子——的奇异行为，并追溯这些基本粒子如何共同构筑起宏大的星系、星云乃至整个宇宙的演化历程。我们不再仅仅满足于牛顿力学的经典描述，而是潜入量子世界的深海，探究粒子物理学的核心概念，随后将目光投向宇宙学的广阔领域，理解时空的结构与命运。 第一部分：微观的基石——粒子物理学的核心 本部分聚焦于物质的最深层秘密，详尽阐述标准模型（Standard Model）的构建、实验验证及其内在的对称性。 第一章：量子场论的基石与费米子 我们从量子场论（Quantum Field Theory, QFT）的基本框架入手，阐述如何将量子力学与狭义相对论结合。重点解析了狄拉克方程的物理意义，以及它如何自然地预言了反物质的存在。费米子，构成普通物质的粒子——夸克和轻子——的性质被系统地介绍。 夸克的味道与色荷： 深入探讨上、下、奇、粲、底、顶六种夸克（Quarks）的特性，及其携带的“色荷”（Color Charge）。详细阐述了强相互作用力的媒介——胶子（Gluons）如何通过色荷传递力，并解释了为什么我们从未观测到孤立的夸克，即“色禁闭”（Color Confinement）现象的理论基础。 轻子的世界： 对电子、$mu$子、$ au$子及其对应中微子（Neutrinos）的性质进行对比分析。中微子的质量问题及其“味振荡”（Flavor Oscillation）现象，作为标准模型之外的第一个确凿证据，将作为本章的重点讨论内容。 第二章：规范对称性与规范玻色子 物质如何相互作用是理解宇宙动态的关键。本章将焦点转向力的传递者——规范玻色子（Gauge Bosons）。 电磁相互作用： 以光子（Photon）为代表，回顾量子电动力学（QED）的成功，包括电子的异常磁矩的高精度计算。 弱相互作用： 详细描述 $W^{pm}$ 和 $Z^0$ 玻色子的角色，它们是导致放射性衰变和元素嬗变（如 $eta$ 衰变）的媒介。探讨电弱统一理论（Electroweak Unification），即如何在高温下将电磁力和弱力统一在一个对称群 $mathrm{SU}(2)_L imes mathrm{U}(1)_Y$ 之下。 强相互作用： 回顾量子色动力学（QCD），解释其渐近自由（Asymptotic Freedom）的特性——在高能下夸克近似自由，在低能下被禁闭。 第三章：希格斯机制与质量的起源 粒子为何拥有质量是物理学中最引人入胜的问题之一。本章将集中探讨希格斯机制（Higgs Mechanism）。 自发对称性破缺： 通过引入希格斯场（Higgs Field）和它的非零真空期望值（Vacuum Expectation Value, VEV），解释规范玻色子和费米子如何通过与这个“背景场”的耦合获得有效质量，而无需破坏基础的规范对称性。 希格斯玻色子： 讨论其性质、探测方法以及在大型强子对撞机（LHC）中的发现。 第四部分：超越标准模型的前沿探索 标准模型虽然取得了巨大成功，但它无法解释引力、暗物质、暗能量以及中微子质量等诸多现象。本部分将介绍当前物理学界寻求“万有理论”的几种主要途径。 大统一理论（GUTs）： 探讨将强、弱、电磁力在极高能量下统一的理论尝试，例如基于 $mathrm{SU}(5)$ 或 $mathrm{SO}(10)$ 的模型，以及由此可能导致的质子衰变预测。 超对称性（Supersymmetry, SUSY）： 引入超对称性假设，为每一已知的费米子配对一个玻色子（超伴子），反之亦然。讨论SUSY如何解决层子（Hierarchy）问题，并成为暗物质的潜在候选者。 弦理论的初步概念： 简要介绍将基本粒子视为一维振动弦的理论构想，及其对额外空间维度的要求。 --- 第二部分：宏观的演化——宇宙学的观测与理论 本部分将视角从皮米（$10^{-12}$米）级别的粒子跃升到数十亿光年尺度的宇宙结构，探讨宇宙的起源、演化历史以及其最终命运。 第五章：宇宙学原理与广袤的时空 宇宙学研究建立在两个核心假设之上：同质性（Homogeneity）和各向同性（Isotropy）。 弗里德曼方程： 阐述基于爱因斯坦广义相对论推导出的弗里德曼（Friedmann）方程组，这些方程描述了在一个均匀膨胀的宇宙中，物质密度、辐射密度和宇宙常数如何决定膨胀率。 哈勃定律的观测： 回顾埃德温·哈勃对星系红移的观测，以及它如何确立了宇宙正在膨胀的事实，并推算出哈勃常数 $H_0$。 第六章：大爆炸的证据与早期宇宙 大爆炸理论（Big Bang Theory）是现代宇宙学的基石。本章着重于支持该理论的关键实验证据。 宇宙微波背景辐射（CMB）： 详尽讨论CMB的发现、性质（如黑体谱）及其温度的微小各向异性。分析普朗克（Planck）和WMAP卫星的数据，理解这些温度波动如何对应于早期宇宙的密度扰动。 轻元素丰度： 计算和观测大爆炸核合成（Big Bang Nucleosynthesis, BBN）阶段产生的氘、氦-3、氦-4和锂的比例，这提供了早期宇宙物质密度的精确约束。 第七章：暗物质与暗能量之谜 构成我们可观测物质的普通重子仅占宇宙总质能的约5%。剩余的绝大部分由神秘的暗分量主宰。 暗物质的证据： 综合分析星系旋转曲线、星系团的引力透镜效应（Gravitational Lensing）以及星系团碰撞（如子弹星系团）的证据，论证暗物质（Dark Matter）的存在。讨论主流的候选者，如弱相互作用重粒子（WIMPs）。 暗能量与宇宙加速膨胀： 介绍超新星观测如何揭示了宇宙膨胀正在加速。引入爱因斯坦的宇宙学常数 $Lambda$，作为暗能量（Dark Energy）的最简单描述，并讨论其与真空能密度的理论困境。 第八章：结构形成与宇宙的未来 从微小的量子涨落到今天的星系网络，物质是如何聚集起来的？ 物质在引力作用下的演化： 讨论CMB中的密度扰动如何通过引力作用增长，形成原初密度峰值，并最终坍缩形成星系、星系团和宇宙大尺度结构（Cosmic Web）。 宇宙的最终命运： 基于当前的 $Lambda ext{CDM}$ 模型参数，探讨宇宙未来可能的三种情景：大冻结（Heat Death）、大撕裂（Big Rip）或大挤压（Big Crunch），重点分析暗能量的性质如何决定这一结局。 本书通过严谨的理论推导和对前沿实验观测的深入结合，为读者提供了一个全面而深刻的视角，去理解支配我们周围世界的基本粒子，以及支配我们整个时空演化的宏大力量。

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