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出版者:

作者:Henley, Ernest M./ Garcia, Alejandro

出品人:

頁數:80

译者:

出版時間:2008-2

價格:$ 21.00

裝幀:

isbn號碼:9789812797452

叢書系列:

圖書標籤:

• Subatomic Physics
• Solutions Manual
• Physics
• Nuclear Physics
• Particle Physics
• Quantum Mechanics
• Textbook
• Study Guide
• Solutions
• Higher Education

宇宙的構造：從誇剋到星係的宏偉畫捲 一部探索物質基本構成與宇宙尺度結構的權威著作 本書旨在為讀者描繪一幅橫跨微觀與宏觀的物理學全景圖，深入剖析構成我們宇宙的最基本單元——亞原子粒子——的奇異行為，並追溯這些基本粒子如何共同構築起宏大的星係、星雲乃至整個宇宙的演化曆程。我們不再僅僅滿足於牛頓力學的經典描述，而是潛入量子世界的深海，探究粒子物理學的核心概念，隨後將目光投嚮宇宙學的廣闊領域，理解時空的結構與命運。 第一部分：微觀的基石——粒子物理學的核心 本部分聚焦於物質的最深層秘密，詳盡闡述標準模型（Standard Model）的構建、實驗驗證及其內在的對稱性。 第一章：量子場論的基石與費米子 我們從量子場論（Quantum Field Theory, QFT）的基本框架入手，闡述如何將量子力學與狹義相對論結閤。重點解析瞭狄拉剋方程的物理意義，以及它如何自然地預言瞭反物質的存在。費米子，構成普通物質的粒子——誇剋和輕子——的性質被係統地介紹。 誇剋的味道與色荷： 深入探討上、下、奇、粲、底、頂六種誇剋（Quarks）的特性，及其攜帶的“色荷”（Color Charge）。詳細闡述瞭強相互作用力的媒介——膠子（Gluons）如何通過色荷傳遞力，並解釋瞭為什麼我們從未觀測到孤立的誇剋，即“色禁閉”（Color Confinement）現象的理論基礎。 輕子的世界： 對電子、$mu$子、$ au$子及其對應中微子（Neutrinos）的性質進行對比分析。中微子的質量問題及其“味振蕩”（Flavor Oscillation）現象，作為標準模型之外的第一個確鑿證據，將作為本章的重點討論內容。 第二章：規範對稱性與規範玻色子 物質如何相互作用是理解宇宙動態的關鍵。本章將焦點轉嚮力的傳遞者——規範玻色子（Gauge Bosons）。 電磁相互作用： 以光子（Photon）為代錶，迴顧量子電動力學（QED）的成功，包括電子的異常磁矩的高精度計算。 弱相互作用： 詳細描述 $W^{pm}$ 和 $Z^0$ 玻色子的角色，它們是導緻放射性衰變和元素嬗變（如 $eta$ 衰變）的媒介。探討電弱統一理論（Electroweak Unification），即如何在高溫下將電磁力和弱力統一在一個對稱群 $mathrm{SU}(2)_L imes mathrm{U}(1)_Y$ 之下。 強相互作用： 迴顧量子色動力學（QCD），解釋其漸近自由（Asymptotic Freedom）的特性——在高能下誇剋近似自由，在低能下被禁閉。 第三章：希格斯機製與質量的起源 粒子為何擁有質量是物理學中最引人入勝的問題之一。本章將集中探討希格斯機製（Higgs Mechanism）。 自發對稱性破缺： 通過引入希格斯場（Higgs Field）和它的非零真空期望值（Vacuum Expectation Value, VEV），解釋規範玻色子和費米子如何通過與這個“背景場”的耦閤獲得有效質量，而無需破壞基礎的規範對稱性。 希格斯玻色子： 討論其性質、探測方法以及在大型強子對撞機（LHC）中的發現。 第四部分：超越標準模型的前沿探索 標準模型雖然取得瞭巨大成功，但它無法解釋引力、暗物質、暗能量以及中微子質量等諸多現象。本部分將介紹當前物理學界尋求“萬有理論”的幾種主要途徑。 大統一理論（GUTs）： 探討將強、弱、電磁力在極高能量下統一的理論嘗試，例如基於 $mathrm{SU}(5)$ 或 $mathrm{SO}(10)$ 的模型，以及由此可能導緻的質子衰變預測。 超對稱性（Supersymmetry, SUSY）： 引入超對稱性假設，為每一已知的費米子配對一個玻色子（超伴子），反之亦然。討論SUSY如何解決層子（Hierarchy）問題，並成為暗物質的潛在候選者。 弦理論的初步概念： 簡要介紹將基本粒子視為一維振動弦的理論構想，及其對額外空間維度的要求。 --- 第二部分：宏觀的演化——宇宙學的觀測與理論 本部分將視角從皮米（$10^{-12}$米）級彆的粒子躍升到數十億光年尺度的宇宙結構，探討宇宙的起源、演化曆史以及其最終命運。 第五章：宇宙學原理與廣袤的時空 宇宙學研究建立在兩個核心假設之上：同質性（Homogeneity）和各嚮同性（Isotropy）。 弗裏德曼方程： 闡述基於愛因斯坦廣義相對論推導齣的弗裏德曼（Friedmann）方程組，這些方程描述瞭在一個均勻膨脹的宇宙中，物質密度、輻射密度和宇宙常數如何決定膨脹率。 哈勃定律的觀測： 迴顧埃德溫·哈勃對星係紅移的觀測，以及它如何確立瞭宇宙正在膨脹的事實，並推算齣哈勃常數 $H_0$。 第六章：大爆炸的證據與早期宇宙 大爆炸理論（Big Bang Theory）是現代宇宙學的基石。本章著重於支持該理論的關鍵實驗證據。 宇宙微波背景輻射（CMB）： 詳盡討論CMB的發現、性質（如黑體譜）及其溫度的微小各嚮異性。分析普朗剋（Planck）和WMAP衛星的數據，理解這些溫度波動如何對應於早期宇宙的密度擾動。 輕元素豐度： 計算和觀測大爆炸核閤成（Big Bang Nucleosynthesis, BBN）階段産生的氘、氦-3、氦-4和鋰的比例，這提供瞭早期宇宙物質密度的精確約束。 第七章：暗物質與暗能量之謎 構成我們可觀測物質的普通重子僅占宇宙總質能的約5%。剩餘的絕大部分由神秘的暗分量主宰。 暗物質的證據： 綜閤分析星係鏇轉麯綫、星係團的引力透鏡效應（Gravitational Lensing）以及星係團碰撞（如子彈星係團）的證據，論證暗物質（Dark Matter）的存在。討論主流的候選者，如弱相互作用重粒子（WIMPs）。 暗能量與宇宙加速膨脹： 介紹超新星觀測如何揭示瞭宇宙膨脹正在加速。引入愛因斯坦的宇宙學常數 $Lambda$，作為暗能量（Dark Energy）的最簡單描述，並討論其與真空能密度的理論睏境。 第八章：結構形成與宇宙的未來 從微小的量子漲落到今天的星係網絡，物質是如何聚集起來的？ 物質在引力作用下的演化： 討論CMB中的密度擾動如何通過引力作用增長，形成原初密度峰值，並最終坍縮形成星係、星係團和宇宙大尺度結構（Cosmic Web）。 宇宙的最終命運： 基於當前的 $Lambda ext{CDM}$ 模型參數，探討宇宙未來可能的三種情景：大凍結（Heat Death）、大撕裂（Big Rip）或大擠壓（Big Crunch），重點分析暗能量的性質如何決定這一結局。 本書通過嚴謹的理論推導和對前沿實驗觀測的深入結閤，為讀者提供瞭一個全麵而深刻的視角，去理解支配我們周圍世界的基本粒子，以及支配我們整個時空演化的宏大力量。

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