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出版者:Cambridge Univ Pr

作者:Esposito, Larry

出品人:

页数:214

译者:

出版时间:2006-7

价格:$ 204.53

装帧:HRD

isbn号码:9780521362221

丛书系列:

图书标签:

• 行星环
• 天体物理学
• 行星科学
• 太阳系
• 空间探索
• 天文学
• 环系统
• 行星地质
• 观测天文学
• 科学普及

浩瀚星际：宇宙的结构与演化 一本关于宇宙大尺度结构、星系形成与演化、以及暗物质与暗能量作用的深度探索 作者： [此处填写一个虚构的、听起来严谨的作者名，例如：艾伦·范德比尔特 或 莉莉安·陈] 出版社： [此处填写一个虚构的、具有学术氛围的出版社名，例如：星辰视野出版社 或 伽马射线文献局] --- 导言：在时空的织锦中定位自我 自人类仰望星空，对“我们身处何处”的追问便从未停止。从古代文明对星座的划分，到伽利略的望远镜突破，再到现代天体物理学的宏大叙事，我们对宇宙的理解正以前所未有的速度拓展。本书《浩瀚星际：宇宙的结构与演化》并非仅仅罗列天文现象，而是旨在构建一幅连贯的、基于现有观测数据和理论模型的宇宙图景。我们试图回答的核心问题是：宇宙是如何从一个极度致密、炙热的奇点，演化出我们今天所见的宏伟、精细的结构网络的？ 本书将带领读者穿越时空，从宇宙大爆炸的余晖（宇宙微波背景辐射）出发，追踪物质如何在引力的作用下聚集、冷却，最终形成恒星、星系，并汇聚成横跨数亿光年的超星系团和宇宙纤维结构。我们将深入探讨支配宇宙命运的两种神秘力量——暗物质与暗能量——它们构成了宇宙物质和能量预算的绝大部分，却依然是科学界最大的谜团之一。 第一部分：宇宙学的基石——从奇点到暴胀 第一章：宇宙的开端与测度 本章回顾了现代宇宙学的两大支柱：广义相对论和量子场论。我们详细阐述了弗里德曼-勒梅特-罗伯逊-沃尔克（FLRW）度规，这是描述均匀、各向同性宇宙膨胀的基础数学工具。重点探讨了宇宙微波背景辐射（CMB）的发现及其作为“宇宙婴儿照片”的意义。我们分析了CMU的主要特征，如偶极各向异性，以及其在确定哈勃常数和宇宙曲率中的决定性作用。 第二章：暴胀时代的遗迹与初始扰动 宇宙诞生后极短时间内发生的“暴胀”时期，解决了早期宇宙学的视界问题和磁单极子问题。本章聚焦于暴胀理论的核心概念，解释了量子涨落如何被拉伸至宇宙学尺度，形成了后来星系形成的“种子”——原始密度扰动。通过对CMB中温度起伏的功率谱分析，我们可以推导出这些扰动遵循近乎尺度不变的谱系，这是检验不同暴胀模型是否成立的关键判据。 第三章：早期宇宙的核合成与物质的诞生 大爆炸核合成（BBN）是检验早期宇宙物理学的重要实验场。本章详细计算了宇宙冷却至数十亿开尔文时，质子和中子如何形成轻元素（氢、氦、锂）的比例。观测到的氦丰度与理论预测的惊人一致性，为宇宙暴胀理论和物质-能量密度参数提供了强有力的独立验证。我们还将探讨电子和光子退耦的“最后散射面”，这是我们今天能观测到的CMB的物理起源。 第二部分：结构的形成——引力如何雕刻宇宙 第四章：暗物质：不可见的骨架 在标准模型引力理论下，我们发现仅凭可见物质（重子）无法解释星系的旋转曲线、星系团的运动速度以及引力透镜效应的强度。暗物质的引入是现代天体物理学的必然。本章深入分析了支持冷暗物质（CDM）模型的观测证据，包括大尺度结构的形成模拟（例如：N-体模拟）。我们讨论了主流的候选粒子，如弱相互作用大质量粒子（WIMP）和轴子，以及当前最前沿的直接和间接探测实验。 第五章：星系的孕育与演化 星系并非随机分布，而是形成于暗物质晕（Dark Matter Halos）的引力势阱中。本章从“自下而上”的结构形成理论出发，描述了微小的密度波动如何坍缩成原星系。我们跟踪了恒星形成的物理过程，从分子云的引力不稳定到第一代（Population III）恒星的诞生及其对早期宇宙再电离的影响。随后，我们研究了星系合并、星系形态的转变（从不规则星系到旋涡星系和椭圆星系）及其与中心超大质量黑洞（SMBH）的共生关系。 第六章：星系团与宇宙网 星系聚集形成星系团、超星系团，并最终构成了我们所说的“宇宙网”——一个由空洞（Voids）、纤维（Filaments）和节点（Nodes）组成的巨大三维结构。本章探讨了衡量这种结构复杂性的关键参数，如功率谱和团簇丰度。我们详细考察了星系团内的物理过程，如星系际介质的加热、反馈机制（来自活动星系核和超新星）对后续恒星形成的抑制作用，以及暗物质晕的结构演化对星系群落分布的影响。 第三部分：支配命运的力量——暗能量与宇宙的未来 第七章：宇宙加速膨胀的发现 本书最重要的转折点之一是1998年对Ia型超新星的观测，它揭示了宇宙的膨胀正在加速，而非如预期般减速。本章详细回顾了这项革命性发现的观测方法，包括标准烛光和红移测量。我们引入了描述这种加速膨胀的能量——暗能量的概念，并探讨了其本质的可能性。 第八章：暗能量的理论模型与宇宙学常数 暗能量的主流解释是爱因斯坦场方程中的宇宙学常数（Λ），它代表了真空本身的能量密度。本章深入分析了“宇宙学常数问题”——理论预测值与观测值之间高达$10^{120}$数量级的巨大差异，这被认为是理论物理学中最严重的危机之一。我们同时介绍了替代模型，如五元场（Quintessence）等动态暗能量模型，并讨论了如何利用未来的观测（如重子声学振荡BAO和弱引力透镜）来区分这些模型。 第九章：宇宙的终极命运 宇宙的未来完全取决于暗能量的性质。如果暗能量是恒定的（如Λ），宇宙将最终进入一个冰冷的、加速膨胀的“热寂”状态。本章探讨了其他可能性：如果暗能量的负压持续增强（“大撕裂”），结构最终将被撕裂；如果它衰减，宇宙可能重新开始收缩（“大挤压”——尽管当前观测强烈反对）。本章以对未来几百亿年宇宙演化的预测结束，引导读者思考我们所处时代在宇宙历史中的独特地位。 --- 结语：未解之谜与探索的前沿 《浩瀚星际》构建了一个从暴胀到热寂的完整叙事。然而，我们也必须承认，我们的知识依然有限。本书的最后一部分将简要概述当前天体物理学的前沿挑战：暗物质的直接探测、早期宇宙原初引力波的搜寻、以及对引力理论在极端条件下的修正。宇宙的宏伟结构是对我们智慧的永恒挑战，这本书仅仅是通往理解其深层奥秘的第一步。 --- 本书特色： 深度融合理论与观测： 平衡了FLRW几何、N-体模拟与来自斯隆数字巡天（SDSS）、普朗克卫星和詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）的最新数据。 严谨而清晰的数学描述： 确保了专业读者对核心公式的理解，同时为跨学科读者提供了直观的物理图像。 对未解之谜的坦诚讨论： 诚实地面对暗物质和暗能量的本质性难题，而非提供过于简化的答案。

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