Dark Matter In The Universe pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:World Scientific Publishing Company

作者:Bahcall, John N. (EDT)/ Piran, Tsvi (EDT)/ Weinberg, Steven (EDT)

出品人:

页数:248

译者:

出版时间:2004-09-30

价格:USD 37.00

装帧:Paperback

isbn号码:9789812388414

丛书系列:

图书标签:

• 暗物质
• 宇宙学
• 天文学
• 物理学
• 暗能量
• 引力
• 星系
• 宇宙结构
• 观测宇宙学
• 粒子物理学

星辰的低语：宇宙的无形织体 这是一部探索宇宙中那些不发光、不散射、却占据了绝大部分质量与引力的神秘物质的深度考察。 我们对宇宙的理解，建立在那些可见的光芒之上——恒星的炽热、星系的壮丽、星云的气体尘埃。然而，现代天体物理学的观测无可辩驳地指出，我们所能看到的，仅仅是宇宙面纱的一角。在那光芒之下，隐藏着一个庞大、冰冷、几乎不可触及的结构，我们称之为暗物质。 本书《星辰的低语：宇宙的无形织体》旨在带领读者穿过传统天文学的边界，深入到理论物理学与前沿实验的最前沿，揭示暗物质在宇宙演化、星系形成乃至最终命运中所扮演的核心角色。我们不会停留在教科书式的定义，而是要追溯发现的历程，审视那些将暗物质从纯粹的数学构造推向物理实在的决定性证据。 第一部分：缺失的引力——证据的基石 我们将从20世纪的观测奠基人谈起。故事始于对星系旋转曲线的测量，弗里茨·兹威基在科玛星系团中首次感受到了“缺失的质量”的震撼。他所发现的引力效应远远超出了可见物质所能提供的范围，预示着一个看不见的巨大晕层。 随后，我们将深入研究维拉·鲁宾对旋涡星系盘的研究。她的精确测量显示，星系外缘的恒星运动速度并没有如预期那样随着距离的增加而减慢，反而保持着近乎恒定的高速。这种“平坦的”旋转曲线，是暗物质存在的无可辩驳的指纹。它意味着，每一个星系都被包裹在一个远超其可见范围的巨大、球状的物质晕中。 讨论将扩展至更大尺度。引力透镜效应，作为时空弯曲的直接体现，为我们提供了对暗物质分布的“地图”。无论是对遥远类星体光线的大尺度扭曲，还是对星系团的微透镜效应，我们都能精确地勾勒出暗物质的密度分布，其形状往往与气体和恒星的分布不完全重合，再次证明了它的独立存在。 更具戏剧性的证据来自宇宙微波背景（CMB）辐射。普朗克和WMAP卫星对宇宙诞生初期的“涟漪”进行的精确测量，揭示了早期宇宙物质密度的波动。要形成我们今天看到的复杂结构——星系、星系团，乃至宇宙网，需要比重子物质多出约五倍的“冷暗物质”在早期宇宙中就开始主导引力的坍缩。CMB数据精确地量化了暗物质与普通物质的比例，将暗物质的存在从推测提升到了宇宙学标准模型的关键参数。 第二部分：候选者的殿堂——谁在幕后？ 既然暗物质如此普遍，它究竟由什么粒子构成？本书的第二部分将全面审视目前主流的理论候选者，并评估支持和反对它们的实验证据。 弱相互作用重粒子（WIMPs）： 这曾是理论物理学中最优美的解决方案。WIMPs，通常与超对称性（SUSY）理论相联系，假定存在一种质量较大、只通过引力以及微弱的弱核力相互作用的粒子。我们将考察那些耗费数十年心血建立的地下深处的直接探测实验，如XENON、LUX-ZEPLIN等，它们试图捕捉WIMPs穿过地球时与原子核发生的极其罕见的碰撞闪烁。尽管目前的结果大多是“零信号”，但这些“零”的限制正在不断缩小WIMPs的“甜蜜点”参数空间。 轴子（Axions）： 随着WIMPs探测的困难，轴子作为一种可能解决强CP问题的轻量级粒子，正重新获得关注。它们与光子的微弱耦合特性，使得基于磁场的“光子-轴子转化”实验（如ADMX）成为寻找它们的主要途径。我们将详细解析这些实验的精妙设计，以及它们如何通过扫描不同频率的磁共振来捕获这种幽灵般的粒子。 惰性中微子与其他“非标准模型”粒子： 宇宙中可能存在更奇异的粒子。惰性中微子（Sterile Neutrinos）的质量范围更广，它们可能通过微弱的放射性衰变显现。此外，我们还将探讨一些更具投机性的理论，例如宇宙中弥漫的、与普通物质只有引力耦合的“原初黑洞”是否可能占据暗物质的份额。 第三部分：宇宙的建造者——暗物质如何塑造一切 本书的第三部分将焦点从粒子本身转移到它们对宇宙结构的宏观影响。暗物质不仅仅是填充物，它是宇宙的骨架。 我们将探讨暗物质晕的结构和分层。模拟显示，暗物质晕并非均匀的球体，而是充满了较小的、密集的“亚晕”。这些亚晕的潮汐力和引力扰动，是塑造我们所见星系——特别是矮星系——的关键动力。我们会分析“矮星系失踪之谜”的最新进展，以及暗物质的模拟如何解释为何银河系周围的卫星星系数量似乎比理论预测的要少，这促使我们重新思考暗物质是“冷”的（Cold Dark Matter, CDM）还是“微弱相互作用”的（Warm Dark Matter, WDM）。 此外，本书将探讨暗物质对早期宇宙再电离时代的影响。在重子物质还处于高温等离子体状态时，暗物质的引力势阱就已经开始聚集，为后续恒星和星系的形成提供了最初的“巢穴”。 第四部分：跨学科的碰撞——未来与挑战 最后，我们将展望未来十年，物理学家们如何准备迎接暗物质发现的“下一个重大突破”。 在地面上，下一代地下实验将具备更高的灵敏度和更纯净的环境，旨在达到WIMP搜寻的终极极限。在太空中，如欧几里得（Euclid）和罗马（Roman Space Telescope）等项目将以前所未有的精度绘制宇宙中弱引力透镜的图像，为暗物质的形态学提供更精细的约束。 本书的结尾将探讨一个深刻的问题：如果所有努力都以失败告终，我们是否需要彻底放弃暗物质的概念，转而考虑修正引力理论（如MOND）？我们将平衡这两种截然不同的宇宙学路径，分析修正引力在解释星系尺度现象的同时，在解释宇宙学大尺度结构和CMB数据时所面临的巨大挑战。 《星辰的低语》不仅是一部物理学著作，更是一场关于人类认知极限的哲学之旅——我们正在寻找一种我们看不见、摸不着，却定义了我们存在之所的宇宙基本组成部分。这是一次对“我们是谁，我们从哪里来”的最深刻的叩问。

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