Gravitational Collapse and Spacetime Singularities pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:

作者:Joshi, Pankaj S.

出品人:

页数:284

译者:

出版时间:2007-10

价格:$ 161.59

装帧:

isbn号码:9780521871044

丛书系列:

图书标签:

引力坍缩
时空奇点
广义相对论
黑洞
宇宙学
奇点定理
事件视界
量子引力
相对论
天体物理学

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具体描述

Physical phenomena in astrophysics and cosmology involve gravitational collapse in a fundamental way. The final fate of a massive star when it collapses under its own gravity at the end of its life cycle is one of the most important questions in gravitation theory and relativistic astrophysics, and is the foundation of black hole physics. General relativity predicts that continual gravitational collapse gives rise to a space-time singularity. Quantum gravity may take over in such regimes to resolve the classical space-time singularity. This book, first published in 2007, investigates these issues, and shows how the visible ultra-dense regions arise naturally and generically as an outcome of dynamical gravitational collapse. It will be of interest to graduate students and academic researchers in gravitation physics, fundamental physics, astrophysics, and cosmology. It includes a detailed review of research into gravitational collapse, and several examples of collapse models are investigated in detail.

宇宙的织锦：从量子泡沫到宏大结构的演化一部深入探索宇宙起源、结构形成与基本物理定律的综合性著作。本书带领读者踏上一场跨越时间与尺度的史诗般旅程，从宇宙诞生之初最微小、最狂暴的量子领域，一直延伸到我们今天所观测到的、由星系团构成的巨大宇宙网。我们不再局限于某一特定物理现象的深入剖析，而是着眼于描绘一幅宏大且相互关联的宇宙图景，探讨驱动这一切演化的基本力量及其留下的印记。第一部分：万物之源——早期宇宙的动力学本部分致力于重构宇宙在普朗克时期之后、暴胀及其后的冷却与物质形成阶段的动态过程。我们着重分析早期宇宙的能量密度、相变以及基本粒子如何从炙热的等离子体中凝结出来。 1. 暴胀的边界与量子涨落的播种：探讨驱动宇宙极速膨胀的标量场动力学（如混沌暴胀模型），及其在空间中留下的密度扰动（量子涨落）是如何成为后来星系形成的“种子”。我们详细分析了观测宇宙学中对原初引力波背景的搜寻，以及这些背景信号可能揭示的暴胀能标信息。 2. 基本力的统一与破缺：追溯电磁力、弱核力、强核力以及引力在高温下可能的统一状态，并精确描述这些力如何随着宇宙的冷却而依次分离。重点讨论对称性破缺机制（如希格斯机制）在赋予粒子质量方面的作用，以及早期宇宙中物质-反物质不对称性（重子生成）的可能解释路径。 3. 核合成的精确计算：详细解析了宇宙大爆炸核合成（BBN）的物理条件和时间线。通过对轻元素（氢、氦、锂）丰度的精确计算，我们检验了标准宇宙学模型（$Lambda$CDM）的有效性，并讨论了超出标准模型预测可能暗示的新物理学，例如中微子自由度的增加或暗物质粒子的早期相互作用。第二部分：暗物质的肖像——不可见的骨架本部分聚焦于构成宇宙物质约27%的“暗物质”——这种不与光发生作用的神秘成分——的性质、分布及其对结构形成的核心作用。 1. 宇宙学中的证据链：梳理了支持暗物质存在的多个独立观测证据，包括星系旋转曲线、星系团尺度的动力学、引力透镜效应的精确测量，以及宇宙微波背景（CMB）功率谱中的峰值高度分析。 2. 结构形成的驱动力：阐述了冷暗物质（CDM）模型如何通过引力势阱的快速坍缩，主导了宇宙尺度上物质的聚集。详细模拟了从微小的初始密度波动，如何演化成宇宙网、星系晕和矮星系等不同尺度的结构。我们深入探讨了“冷却流”（Cold Flows）和“再电离”（Reionization）过程中暗物质晕的性质如何影响恒星形成的效率。 3. 候选粒子的实验探寻：概述了对WIMPs（弱相互作用重粒子）、轴子（Axions）以及更轻的“温热暗物质”模型的理论框架。同时，对当前地下深层探测实验、高能加速器对撞实验以及空间间接探测实验的最新进展进行了全面回顾和评估，旨在构建一幅正在被逐步描绘的暗物质粒子图谱。第三部分：恒星的诞生与生命的循环本书将目光聚焦于普通物质（重子）如何利用暗物质提供的框架，在引力作用下凝聚成恒星和星系，并经历生灭循环，最终富集了宇宙中的重元素。 1. 气体云的引力不稳定性：分析了星际介质（ISM）的冷却机制和湍流状态，解释了分子云如何克服热压力和磁场约束，达到引力坍缩的临界点。引入Jeans不稳定性判据，精确计算了恒星形成的首要质量。 2. 恒星的内部结构与演化路径：详细剖析了不同质量恒星在主序阶段的能量产生机制（如质子-质子链和CNO循环），以及它们在生命终结时不同的命运——从红巨星、白矮星到壮观的超新星爆发。我们侧重于对关键演化阶段的热力学和流体动力学描述。 3. 超新星的宇宙化学工厂：重点探讨了II型超新星和Ia型超新星在宇宙元素富集中的关键作用。精确计算了不同元素（如氧、铁、硅）在核合成过程中的产率（Yields），并解释了这些重元素如何被抛射回星际空间，为下一代恒星和行星系统的形成奠定物质基础。第四部分：宇宙的加速膨胀与最终命运本部分转向最引人注目的现代宇宙学挑战——暗能量的本质，以及它对宇宙未来演化的决定性影响。 1. 宇宙学常数与暗能量的主导：回顾了Type Ia超新星观测如何揭示了宇宙膨胀正在加速的历史性发现。深入分析了暗能量（通常用宇宙学常数 $Lambda$ 表示）对弗里德曼方程的影响，并讨论了暗能量的本质作为“真空能”所面临的理论难题（如真空灾难）。 2. 替代性的暗能量模型：探讨了超越标准 $Lambda$CDM 模型的可能性，包括动态的标量场模型，如“精质”（Quintessence）以及修改引力理论（Modified Gravity，如f(R)引力），它们试图在不引入真空能的情况下解释加速膨胀。 3. 结构演化的上限：分析了暗能量密度如何限制了最大的可形成结构规模，并探讨了在未来时间尺度上，如果暗能量性质发生变化（例如“大撕裂”情景），宇宙结构将如何瓦解的长期预测。本书最后总结了当前观测数据对宇宙最终命运的限制，描绘出宇宙在遥远未来可能陷入的“热寂”或“大撕裂”场景的物理基础。通过对早期量子涨落、暗物质骨架、重子物质循环以及暗能量驱动的加速膨胀的系统性考察，本书为读者提供了一个关于我们所处宇宙的完整、多层次的物理学理解框架。