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出版者:清华大学出版社

作者:Dr.Peter Raven

出品人:

页数:1236

译者:谢莉萍

出版时间:2008-12

价格:498.00元

装帧:精装

isbn号码:9787302113379

丛书系列:

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宇宙的低语：暗物质与暗能量的寻踪之旅 书籍简介 本书带领读者深入探索现代物理学最前沿、最引人入胜的谜团——宇宙中占主导地位却又难以捉摸的暗物质和暗能量。我们生活在一个被我们所能观测到的普通物质（原子、恒星、星系）所构建的世界中，但令人震惊的是，这些物质的总量仅占宇宙总质能的不到5%。其余的95%以上，被“黑暗”所笼罩，它们就是暗物质和暗能量。 这本书并非一本枯燥的教科书，而是一部结合了严谨科学推理与宏大宇宙叙事的探索指南。我们将从最基础的宇宙学观测入手，追溯人类对宇宙结构和演化认识的重大转折点，最终聚焦于这两个“幽灵般”的实体。 第一部分：宇宙的失踪之谜——暗物质的诞生与证据 我们将从20世纪初的早期观测切入，重点剖析弗里茨·茨威基（Fritz Zwicky）在观测后发星系团时的困惑，以及维拉·鲁宾（Vera Rubin）对星系旋转曲线的革命性测量。这些观测数据清晰地揭示了一个悖论：星系旋转的速度远超基于可见物质计算的预期，除非存在一种看不见、不发光、不与电磁波发生作用的巨大质量——暗物质。 本书将详尽阐述暗物质的性质推断：它必须是冷（非相对论性速度）、弱相互作用的，并能提供额外的引力，以束缚星系和星系团。我们会详细介绍当前主流的候选者模型，包括： 1. 弱相互作用大质量粒子（WIMPs）： 它们是超对称理论中自然产生的预测，曾在大型地下实验室（如XENONnT、PandaX）中被积极搜寻。我们将回顾这些实验的设计原理，以及它们如何在不断收紧的参数空间中“挤压”WIMP存在的可能性。 2. 轴子（Axions）： 另一种极轻的理论粒子，它们可能在早期宇宙中产生，并通过与光子的微弱耦合来揭示自身的存在。我们将探讨专门为探测轴子而设计的实验，如ADMX。 3. 惰性中微子或其他新物理模型： 探讨超出标准模型的可能性，以及如果暗物质不是粒子，而是某种宏观的、不稳定的实体（如原初黑洞）的可能性及其面临的观测限制。 第二部分：结构形成的粘合剂——暗物质的宇宙学角色 暗物质不仅仅是引力上的“填补物”，它更是宇宙结构形成的骨架。我们将深入讲解“冷暗物质”（CDM）模型如何成功解释宇宙微波背景辐射（CMB）的波动图谱，以及它如何驱动了早期宇宙中物质的聚集，最终形成了我们今天所见的星系、星系团乃至宇宙网。 读者将了解诸如“小尺度问题的挑战”（例如“矮星系悖论”或“空洞问题”）等前沿争议，以及如何通过修正的暗物质模型（如温和自相互作用暗物质，SIDM）来试图解决这些与观测不符的细节。本书将提供清晰的图示，展示暗物质晕如何像无形的模具，塑造了可见物质的分布。 第三部分：宇宙的加速膨胀——暗能量的出现与本质 当我们把目光投向最大的尺度时，我们遇到了另一个更深奥的谜团——暗能量。本书将回顾1998年发现超新星Ia作为“标准烛光”所带来的震撼：宇宙膨胀不仅没有因为引力的作用而减速，反而在加速！ 我们探讨了暗能量的两种主要解释： 1. 宇宙学常数（Lambda, $Lambda$）： 这是爱因斯坦场方程中自然出现的一个项，代表真空本身的能量密度。我们将分析它与量子场论对真空能的预测之间存在的惊人“120个数量级”的差异，这是理论物理学中最大的危机之一。 2. 动态场（Quintessence）： 探索暗能量是否是一种随时间演化的动态标量场。不同的演化轨迹将导致未来宇宙的不同命运——是无限膨胀、撕裂，还是重新收缩？ 第四部分：观测的交叉路口与未来展望 本书的后半部分集中于正在进行和规划中的观测项目，这些项目旨在精确测量暗物质和暗能量的性质： 引力波天文学： 探讨LIGO/Virgo/KAGRA等探测器如何通过合并事件来约束早期宇宙的物理学，甚至可能间接探测到早期宇宙的暗物质信号。 大型巡天项目（如DESI, Euclid, LSST/Vera C. Rubin天文台）： 这些项目将以前所未有的精度测量星系间的关联函数和重力透镜效应。重力透镜——光线经过大质量天体时弯曲的现象——是描绘暗物质分布的终极工具。我们将详细解释如何通过“弱引力透镜”测量来构建宇宙的暗物质地图。 对暗能量状态方程（$w$）的精确定位： 测量$w$值是否严格等于-1（对应于$Lambda$），还是略有偏离，将决定我们对暗能量本质的理解。 结论：超越模型的边界 本书最终将带领读者思考，如果暗物质和暗能量的解释超出了粒子物理的标准模型和广义相对论的框架，会是怎样一番景象？我们是否需要修改万有引力定律本身（如MOND理论）？或者，我们是否正处于一个新物理学的黎明，一个将统一我们对最小尺度和最大尺度的理解的新时代？ 《宇宙的低语》旨在激发每一位对宇宙奥秘心存敬畏的读者，去思考我们脚下坚实的大地之外，那95%的隐形驱动力，以及人类探寻这些基本真相的无限热情与不懈努力。这本书是一次对未知的深刻致敬，也是对未来科学突破的殷切期盼。

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阅读体验上，这本书给我一种非常“现代”的感觉，它没有固守旧有的学科壁垒，而是积极拥抱最新的研究动态和前沿技术。内容的新鲜度让人印象深刻，从CRISPR技术在基因编辑中的应用进展，到新兴的单细胞测序技术如何改变我们对组织异质性的认知，都被纳入了讨论范畴，而且作者的处理方式非常审慎，既展现了技术的潜力，也客观地指出了其局限性和伦理挑战。这本书的行文风格非常坦诚且富有激情，作者的文字中透露着对科学探索的由衷热爱，这种热情极具感染力，让人在面对那些高难度的概念时，也能保持高昂的斗志。它不是那种高高在上的学术权威作品，而更像是资深前辈与后辈之间进行的一场高质量的学术交流。阅读时，我感觉自己像是在与一位博学多识、思维敏捷的伙伴并肩作战，共同面对生命科学前沿那些令人兴奋又头疼的难题。这本书无疑是为那些渴望紧跟时代脉搏的进阶学习者量身定制的。

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坦白说，这本书的文字功底和思想深度远远超出了我阅读同类科普或入门教材的预期。它的语言是如此的精准和富有张力，以至于很多原本晦涩难懂的生物学原理，在作者的笔下，仿佛被镀上了一层清晰可见的逻辑光泽。最打动我的是其对“为什么”的哲学式追问。在技术和机制的讲解之外，作者时不时会抬高视角，探讨生命的起源、意识的本质，或者生命形态的终极命运等宏大命题，这些思考并非是空泛的臆想，而是基于当前最前沿的理论模型，充满了思辨的火花。这种在微观机制与宏观哲学之间自如穿梭的能力，使得整部作品不仅仅是一部科学著作，更像是一部关于“存在”的沉思录。它激发了我对科学的敬畏之心，让我意识到，我们所研究的每一个基因、每一个分子，最终都指向了对我们自身“何以为人”的终极追问。读完之后，那种精神上的充实感，是单纯获取信息所无法比拟的。

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这是一部令人感到震撼的知识“探险地图”。不同于那些传统教科书那种平铺直叙的知识点罗列，这本书更像是一场精心设计的解谜游戏。作者似乎深谙读者的好奇心驱动力，总是在关键时刻设置“悬念”，引导我们去思考“为什么会是这样？”而不是仅仅满足于“它是这样的”。他大胆地将不同学科的边界打通，比如在讨论遗传物质的复制机制时，会巧妙地穿插进信息论的视角，让抽象的生物学过程具备了可计算、可优化的工程学美感。我特别喜欢其中关于进化论的部分，作者没有停留在“适者生存”的简单口号上，而是深入剖析了突变率、选择压力、漂变效应等多个变量如何在漫长的时间尺度上共同雕琢出物种的多样性。那些充满画面感的案例分析，比如对不同生态系统中微生物群落的描述，简直可以作为纪录片的脚本。读它的时候，我常常需要停下来，反复回味那些精巧的比喻和类比，它们就像是打开新视角的钥匙，一下子将原本混沌的知识点理顺。这本书的价值在于，它教会的不仅是知识，更是一种审视和解析复杂系统的思维模式。

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这本书的结构布局极为精妙，像是一座精心设计的迷宫，你既能清晰地看到整体的宏伟蓝图，又能在每一个拐角处发现令人惊喜的细节。作者在章节间的过渡处理得几乎天衣无缝，前一章的结论自然而然地导向下一章的探讨主题，形成了一种强烈的内在逻辑关联，使得知识体系的搭建过程非常稳固。我尤其欣赏它在描述生命调控网络时的那种动态视角。它没有将生命活动视为一系列静态的反应，而是将其描绘成一个不断适应、自我修正的复杂反馈回路系统。例如，在阐述激素信号通路时，作者不仅解释了信号的传递过程，更着重于描述其负反馈和正反馈机制如何确保系统在剧烈波动中仍能维持稳态，这种动态的、系统论的观点，极大地提升了对生命现象的理解深度。阅读过程中，我常常需要翻阅前后章节进行印证，这种互动加深了记忆，也使得知识点之间的联系更加牢固，真正做到了融会贯通。

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这本书的叙事节奏如同夏日午后缓缓流淌的溪水，细腻而富有层次感。作者在描绘那些宏大、复杂的生命现象时，总能找到一个极小的切入点，比如细胞膜上一个微不足道的离子通道的运作，然后如同剥洋葱一般，层层深入，直至触及生命最核心的奥秘。我尤其欣赏它在理论构建上的严谨性，每一个推导、每一个假说都建立在坚实的实验数据之上，绝不故作高深，也不回避那些尚未解决的疑点。阅读的过程中，我仿佛置身于一个顶级的学术研讨会现场，但少了那些令人望而却步的晦涩术语，取而代之的是一种清晰、优雅的逻辑推演。特别是关于分子层面的互动描写，简直像一出精妙的舞台剧，不同的蛋白质、核酸你方唱罢我登场，每一步的碰撞、结合、分离都精确无误，让人在惊叹于自然之鬼斧神工的同时，也深刻理解了生命体运作的精妙平衡。这种深入浅出的能力，使得即便是初涉此领域的读者，也能感受到知识构建的乐趣，而非仅仅是信息的堆砌。这本书成功地将科学的冷峻与生命本身的诗意完美融合，读完后，世界在你眼中似乎都增添了几分透明度和内在的秩序感。

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