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出版者:Springer

作者:B.G. Sidharth

出品人:

页数:184

译者:

出版时间:2005-09-29

价格:USD 119.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9781402037856

丛书系列:

图书标签:

science
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Springer
物理学
宇宙学
涨落理论
量子力学
统计物理
非平衡态
相变
复杂系统
随机过程
热力学

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具体描述

The failure of all attempts to unify gravitation with other fundamental interactions has lead to an abandonment of point particles and differentiable spacetime of General Relativity and Quantum Theory, including Quantum Field Theory. While Quantum Superstrings (or M-Theory) and other Quantum Gravity approaches work with a lattice like structure or extended objects, several unanswered questions remain.

The book describes another approach in which oscillators at the Planck scale from a background Quantum Vacuum are fundamental. We describe how this leads to the formation of the elementary particles, and also a cosmology that correctly predicted an accelerating Universe with a small cosmological constant, apart from other things.

In this context the nature of spacetime and gravitation are reexamined. While it is argued that spacetime has a chaotic underpinning on the one hand, gravitation has a distributional character on the other. It is shown how all these considerations are not only consistent but also explain several, otherwise unanswered features. Finally experimental tests for the near future are also discussed.

好的，这是一本名为《星辰的低语：宇宙的结构与演化》的图书简介，内容力求详实、专业，且不涉及《The Universe of Fluctuations》中的任何具体主题。 --- 星辰的低语：宇宙的结构与演化导言：探寻宏大叙事的基石自古以来，人类仰望夜空，试图在无垠的黑暗中捕捉到秩序的蛛丝马迹。《星辰的低语：宇宙的结构与演化》并非一本简述天文现象的入门读物，而是一部深入探讨宇宙学核心理论框架、观测证据和模型构建的深度专著。本书聚焦于宇宙从诞生初期到当前宏观结构的形成过程，旨在解析支配着时空、物质与能量的根本物理定律，以及这些定律如何在数十亿年的尺度上塑造了我们所见的浩瀚星系图景。本书的叙事线索紧密围绕着现代宇宙学的两大支柱——标准宇宙学模型（Lambda-CDM）的构建与检验，以及对早期宇宙物理学的深入剖析。我们致力于提供一个清晰、严谨的框架，用以理解宇宙的起源、物质的分布、以及未来可能的命运。第一部分：时空几何与动力学基础本部分奠定了理解宇宙演化的数学与物理基础。我们从广义相对论的场方程出发，探讨了时空作为动态实体的本质。第一章：爱因斯坦方程与弗里曼方程组详细阐述了黎曼几何在描述弯曲时空中的应用，重点解析了爱因斯坦场方程在各向同性、均匀性假设（即弗里曼-勒梅特-罗伯逊-沃尔克，FLRW 度规）下的简化形式——弗里曼方程。这些方程是描述宇宙膨胀率、物质密度、辐射密度和暗能量密度的核心工具。我们不仅推导了这些方程，还分析了不同物质组分（完美流体）对宇宙膨胀历史的决定性影响。第二章：宇宙学的观测性参数与背景辐射本章转向对宇宙学关键参数的精确测量。讨论了哈勃常数 ($H_0$) 的测量方法（包括标准烛光法和延迟时间法），以及物质密度参数 ($Omega_m$) 和暗能量状态方程参数 ($w$) 的确定过程。核心内容聚焦于宇宙微波背景辐射 (CMB) 的物理起源，特别是黑体谱的意义，以及CMB的极化信息如何揭示宇宙早期的物理状态。第三章：物质的聚集：从扰动到结构探讨了如何从近乎完美的早期均匀状态中演化出今天所见的复杂结构。本章详细分析了线性扰动理论，如何将物质密度的微小起伏（密度波）转化为星系、星系团乃至超星系团的引力坍缩。深入讨论了引力不稳定性在结构形成中的作用，以及欧几里得空间中的稳定性分析如何预测结构生长的速度。第二部分：早期宇宙的熔炉早期宇宙是物理学最为活跃、理论预测最为精妙的阶段。本部分专注于宇宙大爆炸后极短时间内的物理过程。第四章：暴胀理论的几何与动力学本章系统阐述了暴胀模型，它被视为解决视界问题、平坦性问题和磁单极子问题的关键理论。我们详细考察了暴胀场的动力学，包括其势能景观，以及暴胀结束时对宇宙物质和能量的重新加热过程（再加热）。特别关注了暴胀如何通过量子涨落的拉伸，生成了CMB和结构形成所需的初始密度扰动谱。第五章：夸克-胶子等离子体与核合成进入暴胀之后的冷却阶段，本书深入研究了标准模型粒子物理学在极端高能环境下的行为。详细描述了夸克-胶子等离子体的相变，以及宇宙演化至约一秒时发生的电弱对称性破缺。核心内容在于太初核合成 (BBN)。我们精确计算了轻元素（氢、氦、锂）的丰度，并将其与观测结果进行比对，以此作为对早期宇宙物理学最直接的实验验证。第六章：重子声学振荡与物质-辐射退耦讨论了物质-辐射耦合对早期宇宙演化的影响。在复合（Recombination）发生之前，重子（质子和电子）与光子紧密耦合形成等离子体。本章解释了重子声学振荡 (BAO) 的物理机制——由光子压力驱动的声波在早期宇宙中留下的特征尺度。这些BAO特征作为“标准尺子”，对精确测量宇宙的膨胀历史至关感受。第三部分：暗物质与大尺度结构现代宇宙学中，物质的绝大部分并非由我们熟知的重子构成。本部分致力于解析暗物质的作用及其对宇宙结构的塑形。第七章：冷暗物质的动力学特性本章聚焦于冷暗物质（CDM）模型，阐述了为何该模型在解释大尺度结构形成方面取得了巨大成功。讨论了暗物质的候选粒子（如WIMPs）的理论基础，以及如何在非相对论极限下处理暗物质的动力学。重点分析了暗物质晕 (Dark Matter Halos) 的形成和演化，包括它们的密度剖面和子结构（子晕）。第八章：结构形成模拟与观测检验本书详细介绍了用于研究结构演化的N体模拟 (N-body Simulations) 的方法论和技术挑战。通过模拟，我们将早期密度扰动输入，追踪其在数十亿年中演化为星系和星系团的过程。将这些模拟结果与红移巡天（如Sloan数字天空巡天）得到的大尺度结构分布进行对比，验证CDM模型的预测能力。讨论了星系形成的分层模型，即小结构先形成，然后通过并合过程构建更大的结构。第九章：暗能量的宇宙学影响最后一部分探讨了主导宇宙当前加速膨胀的神秘力量——暗能量。详细分析了观测证据（如Ia型超新星）如何迫使我们引入一个具有负压的能量组分。本章对比了宇宙学常数 ($Lambda$) 模型与更具动态性的暗能量模型（如Quintessence），探讨了如何通过精确测量宇宙膨胀率随时间的变化来区分这些模型，并展望了未来对暗能量性质的探测前沿。结语：未竟的探索《星辰的低语》旨在为读者提供一个坚实、全面的宇宙学知识体系，它基于现有的观测证据和最成功的理论框架。然而，我们必须认识到，暗物质和暗能量的本质仍是悬而未决的重大问题。本书的终极目标，是装备读者以必要的理论工具和批判性思维，以便参与到对宇宙最深层奥秘的未来探索之中。 ---