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出版者:

作者:锐艺视觉

出品人:

页数:384

译者:

出版时间:2010-7

价格:49.90元

装帧:

isbn号码:9787500693765

丛书系列:

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探索《宇宙的低语：暗物质与暗能量的未解之谜》 一本带领您深入当代物理学最前沿、揭示宇宙终极奥秘的权威指南。 --- 前言：我们所知的宇宙，仅仅是冰山一角 自伽利略将望远镜指向夜空，人类对宇宙的认知便从未停止拓宽。我们描绘了星系图谱，解析了恒星的生灭，并最终构建了描述引力、电磁力、强核力和弱核力的标准模型。然而，当我们试图用这些已知的物理定律去解释我们观测到的宇宙的运行方式时，一个令人不安的事实浮现出来：我们所能直接观测到的物质——恒星、行星、气体云——仅占宇宙总质能的不到5%。剩下的约95%是什么？它们隐藏在“暗”的幕布之后，即暗物质与暗能量。 《宇宙的低语：暗物质与暗能量的未解之谜》并非一本关于如何快速掌握某个技巧的速成手册，而是一部深邃、严谨且充满思辨性的科学著作。它旨在为所有对宇宙学、粒子物理学怀有浓厚兴趣的读者，搭建一座通往现代物理学核心挑战的桥梁。本书将带领您穿越数百万光年的尺度，从宇宙大爆炸的余晖中寻找线索，深入探究那些塑造了我们今日所见宇宙的无形力量。 第一部分：证据的链条——暗物质的“幽灵”轨迹 本书的第一部分聚焦于暗物质——这种不发光、不吸收光，却通过引力效应揭示自身存在的神秘物质。我们不会讨论任何关于图像处理或数字优化的内容，而是将精力完全倾注于天体物理学的观测证据链。 第一章：星系旋转曲线的悖论 我们将从20世纪30年代，弗里茨·兹维基对后发座星系团的早期观测开始。随后，重点剖析薇拉·鲁宾及其团队对螺旋星系旋转曲线的精确测量。读者将了解到，为何星系外缘恒星的运动速度，远超基于可见物质计算出的预期速度。我们将详细阐述“引力不足”的困境，以及暗物质晕（Dark Matter Halo）的概念是如何被引入，以平滑这些速度曲线的。 第二章：引力透镜：弯曲时空的几何学 引力透镜效应是暗物质存在的关键视觉证据之一。本书将用清晰的图解和严谨的数学框架，解释爱因斯坦的广义相对论如何预言光线在经过大质量物体附近时会发生弯曲。我们将深入探讨强引力透镜、弱引力透镜以及微透镜现象，特别是对“子弹星系团”（Bullet Cluster）的案例分析。读者将看到，通过分离气体（X射线可见）和引力中心（透镜效应测得）的明显分离，暗物质必须以一种与普通物质不发生碰撞的方式存在。 第三章：宇宙学的宏大叙事：大尺度结构的形成 本书随后将视角拉升至宇宙尺度。我们将回顾宇宙微波背景辐射（CMB）的性质，特别是其温度的微小涨落。这些涨落是早期宇宙物质密度的“种子”。通过计算机模拟，我们将展示如果没有大量冷暗物质（Cold Dark Matter, CDM）的早期引力作用，宇宙结构——星系、星系团乃至超星系团——根本无法在138亿年的时间尺度内坍缩成形。CDM模型的成功预测，是其作为暗物质主要候选者的最强有力论据。 第二部分：深入粒子层面——谁是暗物质的候选者？ 阐明暗物质的引力证据后，本书的重点转向其粒子物理学的本质。我们将系统梳理当前最热门的几种理论模型，摒弃任何与图像处理相关的误导性信息，专注于前沿物理实验的进展。 第四章：弱相互作用大质量粒子（WIMPs）的黄金时代 WIMPs曾是暗物质的主流猜想。我们将详细解释WIMPs如何自然地从超对称性理论（Supersymmetry, SUSY）中涌现，并探讨其为何具有“恰到好处”的湮灭截面，以解释宇宙中残存的丰度。本章会介绍三大类探测实验： 1. 直接探测实验： 如中国的PandaX、美国的LUX-ZEPLIN（LZ），它们试图捕捉WIMP与探测器原子核发生弹性碰撞时产生的微弱后坐能。 2. 间接探测实验： 如费米伽马射线空间望远镜（Fermi-LAT），它们搜寻暗物质在星系中心湮灭或衰变后产生的特征性高能粒子信号（如伽马射线或反物质）。 3. 对撞机实验： 如大型强子对撞机（LHC），尝试在极高能量下人工产生WIMP，并通过“缺失能量”来推断其存在。 第五章：轻量级挑战者与新兴理论 随着WIMP的直接搜索结果持续“无果”，本书将介绍其他引人注目的候选者： 轴子（Axions）： 作为解决强CP问题理论的副产品，轴子理论及其相关的实验（如ADMX）将被详尽介绍。 惰性中微子（Sterile Neutrinos）： 探讨它们如何通过与标准模型中微子的混合，成为潜在的热暗物质或温暗物质的来源。 原初黑洞（Primordial Black Holes）： 讨论在宇宙极早期形成的黑洞，如何能占据一部分暗物质的份额，及其对引力波探测带来的影响。 第三部分：宇宙的加速膨胀——暗能量的终极挑战 本书的最后部分将主题转向宇宙中更为神秘的力量——暗能量，这种驱动宇宙加速膨胀的负压能量。 第六章：哈勃的遗嘱：加速膨胀的发现 我们将回顾1998年两位独立团队（超新星探测队和高红移超新星搜索团队）如何通过观测Ia型超新星的亮度，发现了遥远星系比预期更暗的事实。这一发现意味着宇宙的膨胀正在加速，而非减速。我们将深入解释Ia型超新星作为“标准烛光”的原理，以及如何利用红移与距离的关系来量化这种加速。 第七章：宇宙学常数与真空能量的鸿沟 暗能量最简单的模型是爱因斯坦的宇宙学常数（Lambda, $Lambda$）。然而，当理论物理学家试图从量子场论中计算真空能量的理论值时，其结果与观测值之间存在着惊人的120个数量级的差异，这是物理学史上最大的理论预测与实验结果的不一致。本书将深入探讨这一“宇宙学常数问题”，以及对现有理论框架的挑战。 第八章：动态的暗能量：五种引力子（Quintessence） 为了避免宇宙学常数的困境，理论家提出了动态暗能量模型，即“第五种场”（Quintessence）。这些模型假设暗能量密度是随时间变化的标量场。我们将讨论如何通过未来更精确的观测（如大规模星系巡天和詹姆斯·韦伯空间望远镜的数据），来区分“静态的”真空能与“动态的”五维力场，从而最终确定宇宙的命运——是永恒膨胀，还是最终的热寂。 --- 结语：未完待续的史诗 《宇宙的低语》不是对现有知识的总结，而是对未来探索的呼唤。它清晰地界定了我们知识的边界，并展示了人类如何运用最精密的科学工具，去探寻那95%尚未被完全理解的宇宙结构。本书为那些渴望理解真实宇宙本质的读者，提供了一个坚实而富有启发性的视角，去迎接下一场物理学革命的到来。 本书的目标读者群： 物理学、天文学、宇宙学专业的学生与研究人员。 对前沿科学探索充满热情的普通读者。 寻求严肃、深入且不带任何偏见的宇宙学入门读物的求知者。 （注：本书内容完全聚焦于宇宙学、天体物理学和粒子物理学的理论与观测，不涉及任何关于数码图像处理、软件操作或摄影技术的知识。）

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