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出版者:陕西师范大学出版社

作者:崔雅萍

出品人:

页数:588

译者:

出版时间:2001-10-1

价格:25.00

装帧:平装(无盘)

isbn号码:9787561322789

丛书系列:

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《星辰轨迹：宇宙演化的史诗》 一、 引言：仰望星空，叩问起源 自人类诞生之日起，对头顶那片浩瀚夜空的探索与好奇从未停歇。从古代文明对星象的崇拜与记录，到伽利略首次将望远镜指向深空，再到哈勃望远镜捕捉到遥远星系的光芒，我们对宇宙的认知经历了一次又一次的飞跃。《星辰轨迹：宇宙演化的史诗》一书，旨在以严谨的科学态度和生动的叙事手法，带领读者穿越时空，亲历宇宙从无到有、从微观到宏观的全部演化历程。本书聚焦于宇宙学、天体物理学和粒子物理学的交叉前沿，力求构建一幅完整且富有层次感的宇宙图景，探究那些终极问题：宇宙是如何开始的？它将走向何方？暗物质和暗能量究竟为何物？ 二、 创世之初：奇点与暴胀 本书的起点，是那个无法想象的“奇点”——一个密度无限大、温度无限高的初始状态。我们将详细阐述当前宇宙学中最主流的“大爆炸模型”（Big Bang Model），并深入解析模型的核心证据，如宇宙微波背景辐射（CMB）的发现及其温度的极度均匀性。 然而，标准的大爆炸模型在解释早期宇宙的平坦性、视界问题和磁单极子问题时存在局限。为此，本书花了大量篇幅介绍“暴胀理论”（Inflationary Theory）。暴胀理论提出，在宇宙诞生后的极短瞬间（约$10^{-36}$秒到$10^{-32}$秒之间），宇宙经历了一次指数级的、超光速的膨胀。我们将用清晰的数学框架（不失趣味性）解释暴胀是如何“熨平”了早期的宇宙，并如何通过量子涨落的机制，为后来的星系形成播下了引力不均匀的“种子”。通过分析CMB中的微小温度波动，我们可以回溯到暴胀时代的物理条件，揭示普朗克尺度下的物理规律。 三、 物质的诞生：粒子物理学的炼金术 随着宇宙的快速膨胀和冷却，能量开始转化为物质。本书的第三部分将带领读者进入高能物理的微观世界，追踪夸克、轻子和规范玻色子的形成过程。 夸克时代与强子化： 描述了早期宇宙中夸克-胶子等离子体的状态，以及当温度降至约$10^{12}$开尔文时，夸克如何结合形成质子和中子（强子化）。 轻子时代与物质-反物质的不对称性： 探讨了为什么今天的宇宙几乎完全由物质构成，而非物质与反物质湮灭后的纯能量。我们将深入讨论CP破坏现象，例如萨哈罗夫条件（Sakharov Conditions），解释在早期宇宙的微小不对称性如何被放大，最终留下了构成我们世界的物质基石。 核合成的窗口： 在宇宙诞生后的前三分钟内，温度降至可以发生核聚变的临界点。本书详述了原初核合成（Big Bang Nucleosynthesis, BBN）的过程，精确计算了宇宙中氢、氦、锂等轻元素的丰度。BBN的预测结果与现代观测的吻合程度，是支持大爆炸理论最强有力的证据之一。 四、 黑暗时代的终结：第一批恒星的黎明 在核合成之后，宇宙进入了一个漫长而宁静的“黑暗时代”。直到大约38万年后，电子和原子核终于结合形成稳定的中性原子（主要是氢和氦）。此时，光子得以自由传播，形成了我们今天观测到的宇宙微波背景辐射。 本书随后聚焦于从黑暗时代到宇宙再电离的过渡时期： 1. 引力坍缩与第一代恒星（Population III Stars）： 由于缺乏重元素，第一批恒星的形成机制与现在不同。它们主要由原始氢和氦构成，质量极其庞大（可能达到太阳质量的数百倍），温度极高，寿命极短。我们将模拟这些“初代恒星”的诞生、其内部的超新星爆发（II型或更剧烈的核心坍缩），以及它们如何将第一批重元素（如碳、氧、铁）播撒到太空中，为后续恒星和行星的形成奠定基础。 2. 再电离的烽火： 随后，第一批星系、类星体（Quasars）发出的高能辐射开始逐步剥离周围的中性氢原子中的电子，使宇宙重新回到电离状态。这个“再电离时代”的结束，标志着我们今天所见宇宙结构的真正开端。 五、 结构形成与宇宙网 本书的第五部分深入探讨了宏观尺度的结构演化——从微小的量子涨落如何通过引力放大，最终形成我们今天观测到的星系、星系团和星系超星系团。 暗物质的主导作用： 阐明了暗物质在结构形成中的核心作用。由于暗物质不参与电磁相互作用，它能够在早期宇宙中形成引力势阱，充当“骨架”，气体物质随后落入这些势阱中，形成我们看到的可见结构。我们将介绍当前主流的“冷暗物质”（CDM）模型。 数值模拟的威力： 介绍诸如Millennium Simulation、Illustris TNG等大型N体模拟项目，展示科学家如何利用超级计算机精确复现宇宙中物质在数十亿年间的演化轨迹，并与观测数据进行对比验证。 宇宙网（Cosmic Web）： 描述了宇宙物质分布的宏大结构——星系集中在长城状、丝状结构中，而大部分空间则由巨大的空洞（Voids）占据，形成了宇宙特有的“网状”拓扑结构。 六、 宇宙的隐秘力量：暗物质与暗能量 本书的基石部分聚焦于构成我们宇宙的绝大部分“非理性”成分：暗物质和暗能量。 暗物质的证据链： 详细回顾证明暗物质存在的关键观测证据，包括星系旋转曲线、星系团的引力透镜效应（Weak and Strong Lensing）以及子弹星系团（Bullet Cluster）的直接分离证据。同时，探讨了候选粒子（如WIMPs、轴子）的理论模型，以及地基和空间探测实验（如LZ、AMS-02）的最新进展。 暗能量的谜团： 介绍1998年发现的宇宙加速膨胀现象，由此推导出暗能量的存在。我们将对比解释两种主要的暗能量模型：爱因斯坦的宇宙学常数（Lambda）与随时间变化的五次因子（Quintessence）模型，并讨论未来的观测项目（如DESI、Euclid、Roman Space Telescope）将如何限制其状态方程参数$w$。 七、 宇宙的终局：终极命运的推测 宇宙的演化尚未结束，其未来取决于暗能量的性质。本书的最后一部分将探讨几种可能的宇宙终局： 1. 大冻结（Big Freeze / Heat Death）： 如果暗能量是恒定的宇宙学常数，宇宙将持续加速膨胀，星系最终将彼此远离，恒星燃尽，宇宙将陷入一片极度稀疏、低温的永恒黑暗。 2. 大撕裂（Big Rip）： 如果暗能量的负压强随着时间增加，膨胀的加速度可能最终克服所有基本力，导致星系、恒星、行星乃至原子结构都被撕裂。 3. 大挤压（Big Crunch）： 虽然目前观测不支持，但若未来暗能量衰减或被另一种引力吸引力取代，宇宙可能最终停止膨胀并开始收缩，回归一个炙热的奇点。 八、 结语：人类在无限时空中的位置 《星辰轨迹》不仅是一部科学史书，更是一部哲学思考的载体。我们回顾了人类文明在理解宇宙尺度上的心路历程，从地心说到日心说，从牛顿力学到广义相对论，再到量子场论。最终，我们邀请读者思考：在这样一个广袤无垠、由我们尚不完全理解的物质和能量主宰的宇宙中，生命与智慧的出现是何等的偶然与珍贵？本书旨在激发新一代的探索者，继续追问那张悬挂在无尽黑夜中的“星辰轨迹”。

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