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出版者:

作者:郭清

出品人:

页数:310

译者:

出版时间:2009-3

价格:48.00元

装帧:

isbn号码:9787030239792

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寻迹星河：一部关于宇宙大尺度结构与演化的前沿探索 作者： [此处留空，或填写一位虚构的知名天体物理学家姓名] 出版社： [此处留空，或填写一家权威学术出版社名称] ISBN： [此处留空，或填写一串虚构的ISBN] 页码： 880页 装帧： 精装，附带高清宇宙背景图谱 --- 内容提要： 《寻迹星河》并非一部关于日常生活或社会科学的著作，而是一部深入探索宇宙结构、演化历史及其基本物理法则的鸿篇巨著。本书聚焦于宇宙学前沿的几个核心议题：从暴胀理论的精确检验，到暗物质与暗能量的本质探究；从星系团的形成动力学，到宇宙网的拓扑结构分析。作者以严谨的数学推导、详尽的观测数据分析以及尖端的数值模拟结果为基础，构建了一个宏大且精密的宇宙模型，旨在揭示我们所处时空背后的深层奥秘。 本书特别强调了现代宇宙学观测手段的革命性进步，如引力波天文学、大尺度结构巡天（如斯隆数字巡天SDSS、暗能量巡天DESI的最新成果），以及詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）对早期宇宙星系形成的观测证据。它系统梳理了从普朗克卫星对宇宙微波背景（CMB）辐射的最新测量，到地基高精度望远镜对星系红移分布的精确绘制，如何共同指向一个由“$Lambda$CDM”模型主导的宇宙图景。 章节结构与核心内容详解： 本书共分为六大部分，二十四个章节，层层递进，由浅入深地构建起现代宇宙学的知识体系。 第一部分：宇宙学的基石与理论框架（第1-4章） 本部分奠定了全书的理论基础。它从爱因斯坦的广义相对论出发，详细阐述了弗里德曼-勒梅特-罗伯逊-沃尔克（FLRW）度规在描述均匀、各向同性宇宙中的核心作用。 第1章：时空几何与宇宙学原理： 讨论“观测者悖论”在宇宙学中的解决，引入了宇宙学原理（Cosmological Principle）的精确数学表述及其在宏观尺度上的适用性。 第2章：暴胀理论的物理机制： 深入剖析暴胀场（Inflaton Field）的动力学，探讨其如何解决视界问题、平坦性问题，并阐述了暴胀期间量子涨落如何转化为后来的结构形成的种子。重点分析了原初引力波张量-标量比（r/nS）的约束。 第3章：暗物质的证据链： 梳理了从旋转曲线、星系团引力透镜效应，到重子声学振荡（BAO）对暗物质密度的限制。详细介绍了冷暗物质（CDM）模型的成功之处及其面临的“小尺度危机”（如矮星系失踪问题）。 第4章：暗能量与加速膨胀： 详尽分析了Ia型超新星观测如何揭示宇宙加速膨胀的事实，并对比了宇宙学常数（$Lambda$）模型与其他修正引力理论（如Quintessence模型）的差异。 第二部分：结构形成的微观起源（第5-8章） 本部分将焦点从均匀的早期宇宙转向了物质密度的微小扰动如何演化成星系和星系团。 第5章：线性扰动理论： 阐述了物质密度对比的线性演化方程，引入了功率谱$P(k)$的概念，这是连接微观量子涨落与宏观结构的关键桥梁。 第6章：宋-哈里斯（Sunyaev-Zel'dovich, SZ）效应： 详细探讨了热等离子体如何通过康普顿散射调制CMB，并利用SZ效应测量星系团的质量和电子温度，这是研究中等质量结构的重要工具。 第7章：暗物质晕的形成： 基于N体模拟（N-body Simulations），描绘了暗物质晕的阶层式（Hierarchical）形成过程，讨论了晕的质量函数和密度剖面（如NFW轮廓）。 第8章：星系形成与恒星反馈： 结合“星系演化”的视角，讨论了气体冷却、恒星形成率、以及超新星和黑洞反馈过程如何塑造了星系（如旋涡星系与椭圆星系）的形态和化学丰度，并将其置于大尺度结构环境中考察。 第三部分：宇宙网的拓扑与动力学（第9-12章） 这部分是全书最具几何洞察力的章节，专注于宇宙中物质分布的“网状”结构。 第9章：宇宙网的几何描述： 引入拓扑学概念，如连通数（genus）、贝蒂数（Betti numbers），用以量化宇宙网的纤维、空洞、墙壁和丝状结构。 第10章：重子声学振荡（BAO）： 详细分析了早期声学峰值在物质功率谱上的残留效应，BAO如何充当了宇宙的“标准尺规”，用于精确测量哈勃常数和物质密度参数。 第11章：引力透镜： 探讨了弱引力透镜技术如何映射沿视线方向的暗物质分布。通过对数百万个背景星系形状的微小扭曲测量，重建出宇宙网的骨架。 第12章：星系团的形成与热力学： 聚焦于宇宙网的结点，分析星系团如何通过无摩擦的碰撞和吸积过程增长，并讨论星系团内部的热等离子体（Intracluster Medium, ICM）的物理状态和冷却流问题。 第四部分：宇宙演化的探针与精确测量（第13-17章） 本部分侧重于观测工具和数据分析方法，是连接理论与现实世界的桥梁。 第13章：宇宙微波背景（CMB）的精细结构： 深入讲解了CMB的各项异性，重点分析温度、偏振（E模式和B模式）的功率谱，以及如何利用这些信息提取宇宙学参数的误差椭圆。 第14章：星系红移巡天： 详细介绍了大型巡天项目（如DESI、Euclid）的设计原理，如何通过高维度的星系分布数据来约束暗能量的状态方程$w(z)$。 第15章：引力波天文学的新窗口： 探讨了LIGO/Virgo/KAGRA探测器对双中子星并合事件的观测，以及未来LISA对超大质量黑洞并合的潜力，它们如何作为“标准警报器”来测量宇宙膨胀率。 第16章：高红移宇宙的黎明： 聚焦于JWST对再电离时期（Epoch of Reionization, EoR）星系的观测，分析早期恒星形成（Population III恒星）的迹象及其对CMB的二次影响（如K-P克尔效应）。 第17章：宇宙学参数的贝叶斯推断： 介绍了先进的马尔科夫链蒙特卡洛（MCMC）方法，用于整合来自不同观测源的证据，得出当前最精确的$Lambda$CDM模型参数集。 第五部分：超越$Lambda$CDM：未解之谜（第18-21章） 在成功描绘标准模型的同时，本部分勇敢地触及了当前科学面临的重大挑战和可能的突破方向。 第18章：暗物质的直接探测与间接证据： 综述了WIMP、轴子等暗物质候选粒子的实验进展，以及大型地下探测器（如XENONnT）的灵敏度限制。 第19章：哈勃张力： 详细分析了早期宇宙（CMB）和晚期宇宙（超新星、BAO）对哈勃常数$H_0$测量的系统性分歧，讨论其是否暗示新物理学的存在。 第20章：早期宇宙的拓扑缺陷： 探讨了宇宙弦、磁单极子等理论上可能遗留下的拓扑结构，及其在CMB或引力波背景中可能留下的微弱印记。 第21章：修正引力与宇宙学检验： 对f(R)引力、张量-矢量-标量（TeVeS）理论等进行了概述，并阐述了强引力场区域（如黑洞并合）如何成为区分广义相对论与修正引力的关键实验场。 第六部分：未来展望与终极问题（第22-24章） 第22章：下一代巡天项目： 展望SKA（平方公里阵列射电望远镜）对中性氢（21cm线）信号的测量能力，及其对暗物质分布和早期宇宙演化的革命性影响。 第23章：多重宇宙的理论推测： 探讨了弦理论、永恒暴胀等框架下可能出现的多重宇宙情景，以及如何从可观测的宇宙学数据中寻找“宇宙碰撞”的理论痕迹。 第24章：时间的箭头与信息： 从信息论和黑洞热力学的角度，重新审视宇宙的最终命运——热寂、大撕裂或大坍缩——并探讨熵增定律在宇宙尺度上的终极含义。 适读对象： 本书要求读者具备扎实的微积分、线性代数基础，并对基础的电动力学和经典力学有清晰的理解。它是高校高年级本科生、研究生以及致力于天体物理学、粒子物理学和理论物理学研究的专业人士的理想参考书。阅读本书，将能获得对宇宙学前沿研究的全面、深入且极具挑战性的认知。

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