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出版者:西北工大

作者:俞卞章 編

出品人:

頁數:330

译者:

出版時間:2002-8

價格:27.00元

裝幀:

isbn號碼:9787561210680

叢書系列:

圖書標籤:

• 數字信號處理
• 信號處理
• DSP
• 通信工程
• 電子工程
• MATLAB
• 算法
• 濾波
• 頻譜分析
• 圖像處理

宇宙的奧秘：從弦論到暗能量的探索之旅 一、引言：在未知的邊緣徘徊 自古以來，人類對頭頂星空的好奇與探索從未停歇。從肉眼觀察的星辰軌跡，到伽利略望遠鏡下的木星衛星，我們對宇宙的認知不斷拓展。然而，隨著科學的深入，我們發現已知的物理定律在解釋宇宙的某些極端現象時顯得力不從心。本捲書旨在帶領讀者深入探索現代物理學最前沿的領域——從微觀的結構基石到宏觀的宇宙演化，追溯那些隱藏在光速、引力與時間背後的終極奧秘。我們將不涉及任何關於信號處理或信息理論的內容，而是將焦點完全集中於宇宙學、粒子物理學和量子場論的交叉地帶。 二、時空結構的新圖景：廣義相對論的極限與突破 愛因斯坦的廣義相對論描繪瞭引力即是時空彎麯的壯麗畫捲。然而，當我們將目光投嚮黑洞的奇點內部，或是宇宙大爆炸的最初瞬間，廣義相對論的方程預示著自身失效——密度和麯率趨於無窮大。這提示我們，需要一個更深層次的理論來統一量子力學和引力。 本書首先迴顧瞭經典相對論的成就，特彆是它對水星近日點的精確解釋以及引力波的預言。隨後，我們將深入探討描述極端時空環境的數學工具，例如黎曼幾何的深化應用。重點分析在強引力場下，物質如何以我們日常經驗無法想象的方式扭麯其周圍的時空結構。我們不會觸及任何關於數字采集、濾波或傅裏葉變換的數學工具，而是專注於微分幾何在描述時空幾何中的核心作用。 三、超越粒子：標準模型的殘缺與新物理的呼喚 粒子物理學將物質分解為基本粒子，並以標準模型（Standard Model, SM）的形式進行瞭極為成功的描述。這個模型精妙地統一瞭電磁力、弱核力和強核力。然而，標準模型並非終極答案。它無法解釋引力的存在、暗物質的本質、中微子的質量，以及宇宙為何存在物質而非反物質主導等一係列核心問題。 本章將詳細梳理標準模型中的三大難題。我們不會討論任何與信號頻率、采樣率或數字編碼相關的內容。相反，我們將聚焦於： 1. 中微子振蕩與馬約拉納/狄拉剋本質： 探討中微子如何跨越不同味態，以及它們是否為自身的反粒子。 2. 強相互作用的低能行為： 深入研究量子色動力學（QCD）中誇剋和膠子被限製在強子內部的“誇剋禁閉”現象，以及描述低能強相互作用的有效場論方法。 3. 電弱對稱性的自發破缺： 希格斯機製如何賦予基本粒子質量，以及理論上存在的更多希格斯玻色子。 四、弦論與M理論：統一萬物的宏大構想 為瞭剋服廣義相對論與量子力學在普朗剋尺度上的衝突，物理學傢提齣瞭諸多“萬有理論”（Theory of Everything, TOE）的候選者，其中最引人注目的是弦論。弦論的基本思想是，構成宇宙的基本單元並非點狀粒子，而是微小的、一維的、振動的“弦”。 本書將詳盡闡述弦論的核心概念： 維度膨脹： 解釋為什麼我們感知到的宇宙隻有三維空間加一維時間，而弦論需要額外的六維或七維被“緊化”（compactified）起來。我們將研究卡拉比-丘流形（Calabi-Yau Manifolds）如何作為這些額外維度的數學描述，及其對低能物理的影響。 D-膜與對偶性： 介紹弦論中的高維對象——狄利剋雷膜（D-branes），以及不同版本的弦論（I型、IIA型、IIB型等）之間的驚人數學等價性（T對偶和S對偶）。 M理論： 探討將所有五種超弦理論統一起來的更高維度的框架——M理論，以及它與布蘭斯（Branes）的關聯，這完全是幾何和拓撲的範疇，與任何形式的信號處理無關。 五、宇宙的暗麵：暗物質與暗能量的謎團 現代宇宙學觀測，特彆是對宇宙微波背景輻射（CMB）的精確測量和對遙遠超新星的紅移分析，揭示瞭一個令人震驚的事實：我們熟悉的普通物質（重子）僅占宇宙總質能的約5%。剩下的95%由不可見的“暗物質”和神秘的“暗能量”構成。 本章是本書的重點之一，它完全聚焦於宇宙學觀測和理論推測： 1. 暗物質的證據與候選者： 詳述鏇轉麯綫、引力透鏡效應、子彈星係團等關鍵證據如何證明暗物質的存在。我們將探討各種暗物質候選者，如弱相互作用大質量粒子（WIMPs）、軸子（Axions），以及理論上尋找它們的實驗方法（直接/間接探測），但不會涉及任何數據采集或信號降噪的細節。 2. 暗能量與宇宙加速膨脹： 解釋1998年發現的宇宙加速膨脹現象，以及目前主導的解釋——宇宙學常數（即真空能量）。我們將深入探討“宇宙學常數問題”，即理論預測的真空能量比觀測值高齣120個數量級這一巨大的不一緻。 六、量子引力：通往終極理論的橋梁 解決引力在量子尺度上的數學不一緻性，是理論物理學的聖杯。除瞭弦論，另一大主流候選理論是“圈量子引力”（Loop Quantum Gravity, LQG）。 LQG不依賴於額外維度或超對稱性，而是直接嘗試對時空本身進行量子化。我們將探討： 時空的基本結構： 圈量子引力認為時空在普朗剋尺度上是離散的、由“自鏇網絡”（Spin Networks）構成的，時間和空間不再是連續的背景，而是由基本的量子單元編織而成。 史瓦西半徑內的量子效應： 探討LQG如何可能解決黑洞奇點問題，例如通過“量子反彈”機製來描述黑洞閤並的終局。 結語：未竟的徵途 宇宙的探索仍在繼續。從最微小的弦的振動模式，到宇宙尺度的膨脹命運，我們正處於一場認知革命的邊緣。本書旨在描繪一幅關於現代物理學最深刻、最令人著迷的圖景，激發讀者對探索宇宙根本法則的無限熱情。我們所揭示的，是物質、時空與能量在最深層次上的宏偉交響樂。

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