具体描述
过去几十年来,基本粒子物理和天体物理两个领域之间的交叉研究日益紧密。《粒子天体物理》阐述了这一课题的背景及最新进展,适合高年级本科生和低年级研究生阅读,该书开始几章介绍了基本粒子的性质与相互作用,接着讨论了早期宇宙,包括暴胀、暗物质与暗能量、星系结构演化等.最后两章分别讨论宇宙线和恒星内部的粒子物理,粒子相互作用和宇宙大尺度演化之间的密切关联是贯穿于《粒子天体物理》的主题,《粒子天体物理》同时强调实验与理论的相互促进。
《粒子天体物理》是在几年前第1版的基础上扩展、更新而成的。在这个快速发展的研究领域,侧重点当然是放在最新进展方面.然而,也借这个机会重新组织了材料,并更详尽且大幅度地进行了阐述。
作者简介
来小禹,女,1983年生,2010年获北京大学理学博士学位,现任教于新疆大学通过研究极致密物质的天体物理表现来探索强相互作用物质的基本性质认为脉冲星可能为夸克集团(如H双重子等)构成的凝聚态物质并计算其物态,所得结果跟大质量脉冲星的发现吻合,探讨早期宇宙QCD相变的可能后果。
陈国英,男,1982年生,2011年获北京大学理学博士学位,现任教于新疆大学目前从事粒子物理方面的理论研究工作,尤其是有效场论在粒子物理唯象学上的应用。
徐仁新,男,1967年生,1997年获北京大学理学博士学位,现任北京大学物理学院教授关注脉冲星、夸克星、中子星以及宇宙早期QCD相变、高能宇宙线等科学问题.推测致密物质的三味夸克集团桐,并试图通过天文观测检验之。
目录信息
第2版序
第1部分粒子和相互作用
第1章夸克与轻子及其相互作用
1.1概述
1.2夸克和轻子
1.3费米子和玻色子:自旋—统计关系,超对称
1.4反粒子
1.5基本的相互作用:玻色子的交换
1.6玻色子和费米子的耦合
1.7夸克—胶子等离子体
1.8相互作用截面
1.9基本粒子散射截面的例子
1.10衰变和共振态
1.11共振态的例子
1.12新粒子
1.13总结
习题
第2章相对论变换和等效原理
2.1狭义相对论中的坐标变换
2.2不变间隔和四矢量
2.3等效原理:引力场中的钟
2.4广义相对论
2.5史瓦西线元、史瓦西半径及黑洞
2.6质点引起的光的引力偏折(爱因斯坦星移)
2.7夏皮罗延迟
2.8轨道进动
2.9Robertson—Walker线元
2.10牛顿引力的修正?
2.11相对论运动学:四动量,多普勒效应
2.12有固定靶和碰撞束的加速器
习题
第3章守恒律、对称性以及粒子物理标准模型
3.1变换以及欧拉—拉格朗日方程
3.2转动
3.3宇称算符
3.4宇称守恒及内秉宇称
3.5弱相互作用中的宇称破坏
3.6螺旋度和螺旋度守恒
3.7电荷共轭不变性
3.8规范变换和规范不变性
3.9超弦
3.10电弱理论中的规范不变
3.11对称性自发破缺的希格斯机制
3.12跑动的耦合常数:弱电理论和量子色动力学与实验的比较
3.13规范理论中的真空结构
3.14CPT定理与CP和T对称
3.15中性K介子衰变中的CP破坏
3.16标准模型中的CP破坏:CKM矩阵
3.17总结
习题
第4章标准模型的拓展
4.1无中微子的双贝塔衰变
4.2中微子质量与味道振荡
4.3大统一理论:质子衰变
4.4大统一和中微子跷跷板机制
4.5等级与超对称
4.6总结
习题
第2部分早期宇宙
第5章膨胀宇宙
5.1哈勃膨胀
5.2奥伯斯佯谬
5.3弗里德曼方程
5.4能量密度源
5.5观测的能量密度
5.6宇宙的年龄和尺度
5.7减速参数:真空能/宇宙学常数的效应
5.8CMB辐射
5.9微波辐射的各向异性
5.10早期宇宙中的粒子和辐射
5.11光子和中微子密度
5.12辐射和物质时期:物质和辐射的退耦
5.13物质—辐射相等的时期
5.14总结
习题
第6章核合成和重子产生
6.1原初核合成
6.2大爆炸中的重子产生以及物质—反物质不对称
6.3大爆炸中的重子—光子之比
6.4Sakharov判据
6.5重子—反重子不对称:可能的情形
6.6总结
习题
第7章暗物质和暗能量组分
7.1概述
7.2星系和星系团中的暗物质
7.3引力透镜
7.4从引力透镜得到的暗物质证据
7.5引力透镜产生的放大效应:微引力透镜和MACHOs
7.6透镜概率:光深
7.7重子暗物质
7.8中微子
7.9轴子
7.10类轴子粒子
7.11弱相互作用大质量粒子
7.12期待的WIMP反应截面和事件率
7.13WIMP的实验搜寻
7.14暗能量:高红移超新星和大z值处的哈勃图
7.15真空能:卡西米尔效应
7.16宇宙学常数和暗能量中存在的问题
7.17总结
习题
第8章早期宇宙的结构形成
8.1概述
8.2星系和星系际的磁场
8.3视界和平坦性疑难
8.4暴胀
8.5混沌暴胀
8.6量子涨落和暴胀
8.7原初涨落谱
8.8大尺度结构:引力塌缩和金斯质量
8.9膨胀宇宙中的结构增长
8.10辐射时期涨落的演化
8.11从涨落谱得出的中微子质量的宇宙学极限
8.12物质主导时期涨落的增长
8.13CMB的温度涨落和各向异性
8.14各向异性的角谱:分布中的“声学峰”
8.15CMB各向异性的实验观测和解释
8.16宇宙微波辐射的偏振
8.17总结
习题
……
第3部分宇宙中的粒子和辐射
· · · · · · (收起)
读后感
用户评价
这本书的书名是《粒子天体物理》,但我在阅读过程中,感觉它更多地是在讲述一些我在日常生活中从未接触过的宏大概念。比如,它提到了宇宙的起源,不是简单的“砰”一声,而是牵扯出了一系列复杂到我需要反复阅读才能勉强理解的物理模型。其中关于早期宇宙的一些猜想,例如暴胀理论,书中花了相当大的篇幅去解释,但那些数学公式和理论推导,对我这个非专业人士来说,简直是一座难以逾越的高山。我努力去跟上作者的思路,试图想象一个比原子还要小的点,瞬间膨胀成我们今天所见的浩瀚宇宙,那种尺度和速度的对比,让我觉得自己的渺小,同时也对宇宙的神秘充满了敬畏。书中还涉及了暗物质和暗能量的讨论,这部分内容尤其让我感到困惑。我一直以为宇宙是由我们看得见的星星、行星组成的,但书中却告诉我们,我们所能观测到的物质,仅仅是宇宙的一小部分,而绝大部分的宇宙,是由我们看不见、摸不着的暗物质和暗能量构成的。这完全颠覆了我的认知,也让我开始思考,我们所理解的“真实”,是不是只是一个非常有限的视角?书中对这些神秘物质的探测方法和理论解释,虽然竭力用通俗的语言来阐述,但有时还是会让我觉得云里雾里,仿佛置身于一个充满未知的迷宫。我特别佩服作者能够将如此抽象的概念,通过文字呈现出来,尽管我不能完全领会其中的精髓,但我能感受到作者对这个领域的深厚热情和专业知识。这本书让我对宇宙有了更深的思考,也让我认识到,人类对于宇宙的探索,还有很长的路要走。
《粒子天体物理》这本书,给我留下最深刻印象的,是它对宇宙“变化”的细腻描绘。从宇宙大爆炸那一刻的剧烈膨胀,到恒星的诞生、演化和死亡,再到星系的碰撞和融合,宇宙始终处于一种动态的变化之中。书中对于不同尺度上变化的阐释,让我得以窥见宇宙的生命周期。我尤其对书中关于恒星演化的描述感到着迷,那些恒星从诞生到燃烧,再到最终变成白矮星、中子星或者黑洞,每一个阶段都充满了物理上的变化。而这些变化,都与粒子内部的核反应以及粒子之间的相互作用息息相关。书中还探讨了宇宙的膨胀,以及这种膨胀带来的宇宙整体的变化。我开始意识到,我们所看到的宇宙,并非是静止不变的,而是在不断地运动和发展。这本书让我对“时间”有了更深的理解,它不仅仅是流逝,更是一种带来变化的动力。作者用严谨的科学语言,将这些宏大的变化过程呈现在我眼前,让我对宇宙的生命力充满了敬畏。
拿到《粒子天体物理》这本书,我最初是抱着学习“宇宙的构成”的想法。但读下去之后,我发现它更多的是在探讨宇宙的“规律”。书中对基本粒子之间相互作用力的描述,以及这些作用力如何决定了物质的形态和运动,让我看到了宇宙背后隐藏的深刻逻辑。例如,引力是如何将星系凝聚在一起,电磁力是如何驱动恒星发光,强核力又是如何将原子核牢牢束缚。这些规律,似乎是宇宙运行的基石。书中对宇宙学原理的阐述,也让我认识到,这些规律在宇宙尺度上同样适用,展现了宇宙的普适性。我尤其对书中关于暗物质和暗能量的讨论感到好奇,它们虽然看不见摸不着,但它们的行为却受到了引力规律的约束。这本书让我觉得,宇宙并非是随机的混沌,而是遵循着一套精密而优雅的规则。作者通过对粒子物理理论的讲解,以及它们在天体物理现象中的体现,向我们展示了宇宙的内在秩序。
这本书的书名是《粒子天体物理》,但给我最深刻的印象,反而是书中对宇宙“无”的探索。不是指虚无,而是指那些我们无法直接观测到的、占据宇宙绝大部分的成分。书中详细阐述了暗物质的性质推测,以及它为何会对宇宙结构形成产生如此重要的影响。我努力去理解,为什么科学家们能够从引力效应反推出暗物质的存在,而又为何至今无法直接探测到它们。这种“不见其形,但知其踪”的推理过程,让我觉得科学家们就像是在解一个巨大的宇宙谜题。书中还谈到了宇宙的演化,从大爆炸的奇点,到星系的形成,再到恒星的生死循环,每一个阶段都充满了令人惊叹的细节。但这些细节,很多都与粒子物理的理论紧密相连,例如恒星内部的核聚变过程,涉及到的各种粒子反应,对我来说,就像在阅读一本关于宇宙“内部运作”的精密说明书。我尤其对书中关于黑洞的讨论感到着迷,虽然黑洞本身是天体物理的范畴,但书中也牵涉到了其极端引力环境下粒子的行为,以及一些关于信息悖论的讨论,这些都让我觉得,粒子物理和天体物理,在最极端的情况下,是紧密不可分的。这本书让我开始从一个全新的视角看待宇宙,不再仅仅是点缀着星星的夜空,而是一个充满了我们尚未理解的物质和规律的宏大系统。
初拿到《粒子天体物理》这本书时,我满怀期待地以为会读到一些关于宇宙中粒子运动的生动描述,类似于科幻小说中粒子加速器和宇宙飞船穿梭的场景。然而,这本书的内容,与其说是在“物理”,不如说是在“哲学”的边缘徘徊。它大量地探讨了宇宙的构成,从夸克、轻子到更基础的粒子,以及它们如何相互作用,如何组合成恒星、星系,最终形成了我们所知的宇宙。书中对于标准模型的介绍,让我花了很长时间去消化,那些量子力学的概念,比如叠加态、纠缠态,对我而言,比任何玄学都要难以理解。我试着去想象一个粒子同时处于多种状态,或者两个粒子即使相隔遥远也能瞬间产生关联,这种反直觉的特性,让我觉得宇宙的运行逻辑,可能与我们日常的经验完全不同。书的后半部分,则更多地转向了宇宙学,关于宇宙膨胀、宇宙微波背景辐射的解释,虽然作者努力用类比来辅助理解,但那些涉及爱因斯坦相对论的公式和概念,依然让我头疼。我感觉作者在试图描绘一幅宏大的宇宙图景,但在这幅图景中,我所熟悉的一些“粒子”元素,似乎被更抽象、更宏观的理论所取代。这本书让我有一种“所见非所得”的感觉,它确实在探讨“粒子”和“天体物理”,但更多的是从理论和模型的角度,而非我最初设想的那种具象化的描写。尽管如此,它依然激发了我对宇宙更深层次的好奇心,让我开始思考,我们对宇宙的认识,究竟有多么局限。
当我翻开《粒子天体物理》这本书时,我脑海中勾勒的是一个充满活力的宇宙,各种粒子在其中穿梭碰撞,构成宏大的天体。然而,书中描绘的宇宙,却更像是一个充满了“秩序”和“规律”的宏大机器。它详细阐述了物理定律如何在宇宙的各个角落运行,从基本粒子的相互作用,到星系的形成和演化,都遵循着一套精密的规则。书中对于宇宙学原理的讲解,让我看到了宇宙的普适性,即使在最遥远的星系,物理定律似乎也与我们在地球上观察到的基本一致。我特别被书中关于宇宙大尺度结构的讨论所吸引,那些网状的星系分布,以及其中的空洞,仿佛是宇宙演化过程中留下的一幅幅“规律性”的画作。书中对暗物质和暗能量的讨论,也并非是随意猜测,而是基于对引力规律的严格推导。我开始认识到,我们之所以能够理解宇宙,很大程度上是因为宇宙本身就存在着深刻的内在规律。这本书让我对“秩序”有了更深的理解,它不是僵化的,而是充满动态和演化的。作者用严谨的逻辑,将复杂的粒子物理理论与宏观的天体物理现象联系起来,展现了宇宙作为整体的内在和谐。
《粒子天体物理》这本书,让我真正体会到了“渺小”与“宏大”的奇妙结合。一方面,书中对基本粒子的研究,让我看到了构成一切物质的微观世界的精细和复杂,每一个粒子都似乎拥有着自己独特的“性格”和“行为模式”。但另一方面,这些微观粒子又构成了我们所见的浩瀚宇宙,从一颗尘埃到一颗恒星,再到整个星系,无不体现着宏大的尺度和能量。书中对于粒子在宇宙中的分布和演化的描述,让我看到了微观与宏观之间的紧密联系。我尤其对书中关于宇宙射线和高能粒子的讨论感到着迷,这些来自宇宙深处的粒子,携带着关于遥远天体的宝贵信息,它们是连接我们与宇宙最遥远角落的桥梁。我试着去想象,这些微小的粒子,经历了怎样的旅程,又携带了怎样的故事。这本书让我觉得,我们人类,既是构成宇宙的微观粒子的一部分,又是能够仰望和探索这宏大宇宙的智慧生命。这种感觉,既让我感到自身的渺小,又让我对人类探索未知的好奇心和能力感到无比自豪。
《粒子天体物理》这本书,带给我的最大冲击,是它对宇宙“极限”的探索。书中关于黑洞的描述,让我看到了引力的极致,物质被压缩到无限密度,时空扭曲到不可思议的程度。而宇宙的诞生,又让我看到了能量的极致,在一个无限小的奇点中,蕴含着整个宇宙的能量。书中还涉及了对粒子加速器实验的讨论,试图在实验室中模拟宇宙早期的极端条件,这让我觉得,人类正在试图挑战和理解宇宙的极限。我尤其被书中关于宇宙的膨胀速度以及它的终极命运的讨论所吸引。是无限膨胀,还是最终坍缩?这些关于宇宙“终结”的猜想,都与粒子物理中的一些基本常数和能量密度息息相关。我开始思考,我们所熟悉的物理定律,在这些极端条件下是否仍然适用?书中对这些问题的探讨,让我觉得人类的认知边界,正在不断被拓展。尽管有些内容超出了我的理解能力,但我能感受到作者在努力将那些人类智慧的极限成果,呈现在读者面前。这本书让我觉得,宇宙本身就是一个巨大的、不断突破自身极限的实验场。
我拿到《粒子天体物理》这本书的时候,内心其实是带着一点点“哲学”的思考的。书中关于宇宙的起源和构成,让我不断联想到“存在”的本质。为什么会有粒子?为什么粒子会相互作用?为什么这些相互作用会形成我们所看到的天体?书中对量子场论的介绍,试图解释物质的根本来源,那些无处不在的场,以及粒子只是场的激发态,这种观念让我觉得,我们所认为的“实体”,可能比我们想象的要更加“虚幻”。我尤其对书中关于宇宙和现实的思考感到着迷,那些关于观测者效应的讨论,以及量子力学对我们理解世界的影响,都让我开始质疑我们对“真实”的认知。书中的一些宇宙学模型,比如关于宇宙可能存在的多个宇宙的猜想,更是将“存在”的概念推向了一个更加广阔的维度。我试着去理解,如果存在着无数个宇宙,那么我们所处的这个宇宙,又有什么特别之处?这本书让我开始思考“我”与宇宙的关系,以及我们所能认识到的宇宙,是否就是全部的“存在”。
《粒子天体物理》这本书,与其说是一本关于“粒子”的教科书,不如说是一场关于宇宙“时间”的深度对话。书中几乎所有关于宇宙的叙述,都离不开时间这个维度。从宇宙诞生之初的几分之一秒,到恒星燃烧数十亿年,再到宇宙的最终命运,时间贯穿始终。书中对于宇宙年龄的测算,以及不同时期宇宙的演化状态,让我深刻体会到了时间的尺度在宇宙中的意义。我试着去想象,我们所经历的短暂人生,在宇宙的时间长河中,不过是匆匆一瞬。书中对于一些物理现象的解释,也常常需要引入时间的概念,例如粒子衰变、宇宙膨胀的速率变化等等。我发现,很多天体物理的现象,都是由微观粒子的相互作用在不同时间尺度上累积而成的。书中的一些理论模型,例如宇宙暴胀模型,就对宇宙最初时刻的时间演化做出了精确的预测。而对于宇宙未来的预测,也同样基于对时间流逝的理解。我特别被书中关于宇宙年龄的讨论所吸引,它让我意识到,我们对宇宙的认识,其实是在不断修正和完善的,随着我们对时间更深入的理解,我们对宇宙的认知也在不断深化。这本书让我对“现在”这个概念有了新的理解,它不仅仅是我们所处的瞬间,更是宇宙漫长历史中的一个节点。