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    • 作者: 王爽著
    • 出版社: 清华大学出版社
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    • 作者: 王爽著
    • 出版社:清华大学出版社
    • ISBN:9787302670759
    • 版权提供:清华大学出版社

     书名:  宇宙学概论
     出版社:  清华大学出版社
     出版日期  2024-10
     ISBN号:  9787302670759
    《宇宙学概论》以宇宙时间之旅为主线介绍现代宇宙学,从宇宙创生的时刻出发,在时间长河中顺流而下,一直旅行到今天。在此过程中,介绍七个经典又核心的宇宙学话题。比如暴胀、大爆炸、宇宙微波背景辐射以及宇宙大尺度结构、恒星世界、暗物质、暗能量。每一章的第一节都是一篇关于该领域的科普文章,致力于让没有任何数理基础的初学者也能了解该领域的核心问题和历史沿革。此后的各小节则逐渐深入,通过核心数学公式和物理图像的介绍,让那些具备物理学或天文学本科知识层次的读者,能够了解该领域最核心的知识体系。本书由着名科普作家王爽领衔,中山大学物理与天文学院和香港科技大学理学院多位老师集体创作的宇宙学教材,读者对象为高校天文类相关专业本科生、相关老师,以及天文学的研究者和爱好者。
    本教材彩色印刷,图文并茂,语言轻松活泼,大量经典宇宙图片。并配有丰富的教学资源,教学课件和课外扩展阅读,既适合教学,也适合自学。

     

    王爽,中山大学物理与天文学院副教授,博士生导师。多年致力于宇宙学的研究,已发表SCI论文30多篇,总引用2000多次。知名科普作家,代表作《宇宙奥德赛》系列。曾荣获包括“第七届中华优秀出版物奖图书奖”“第六届中国科普作家协会优秀科普作品奖金奖”“中国出版协会2017年度30本好书”“国家新闻出版署2018年度向全国青少年推荐百种优秀出版物”“第三届广东十大科学传播达人”和“2019年广东科普十大好作品”在内的一系列国家级或省部级科普奖项。粉丝数超过300万的新浪微博知名科学科普博主,#宇宙奥德赛#话题阅读量超过12亿。

     

    ★着名科普作家创作的宇宙学教材,特别适合自学的教科书
    ★像科普书一样有趣、易读。比科普书更体系、严谨。
    ★彩色印刷,图文并茂,配套资源丰富。

     

    1 现代宇宙学基础 /1
    1.1 宇宙空间之旅 /1
    1.2 标准烛光 /10
    1.3 宇宙膨胀 /15
    1.4 弗里德曼方程 /19 参考文献 /23
    2 暴胀 /24
    2.1 平坦性问题和视界问题 /24
    2.2 暴胀 /28
    2.3 永恒暴胀 /32
    2.4 慢滚暴胀 /34
    2.4.1 暴胀子的动力学 /35
    2.4.2 近似解:慢滚暴胀 /36
    2.4.3 密度扰动:星系结构起源的种子 /38
    2.5 重加热 /39
    参考文献 /40
    3 宇宙大爆炸 /41
    3.1 热大爆炸宇宙学 /41
    3.2 原初核合成 /47
    3.3 宇宙演化简史 /50
    3.4 正反物质不对称 /53
    3.5 稳恒态宇宙 /56 参考文献 /58
    宇宙学概论

    4 宇宙微波背景 /59
    4.1 CMB的发现 /59
    4.2 CMB的产生 /64
    4.3 CMB的主级效应 /67
    4.3.1 低分辨率 CMB天图和原初扰动的相似性 /70
    4.3.2 CMB温度天图中的声波振荡 /71
    4.4 CMB的次级效应 /74
    参考文献 /77
    5 宇宙大尺度结构 /78
    5.1 大尺度结构 /78
    5.2 星系的形成和演化 /81
    5.2.1 宇宙扰动的增长 /81
    5.2.2 暗物质晕、恒星与星系的形成 /85
    5.2.3 星系的演化和并合 /88
    5.3 星系的数量 /88
    5.3.1 星系数量的天文观测 /88
    5.3.2 星系数量的理论解释 /89
    5.4 星系的空间分布 /92
    5.4.1 宇宙网络 /92
    5.4.2 均匀性、成团性和重子声波振荡 /94
    5.4.3 星系分布与宇宙物质场的关系 /96 参考文献 /96
    6 第一代恒星 /98
    6.1 第一代恒星的特征 /98
    6.2 第一代恒星的形成 /100
    6.2.1 基本物理过程 /100
    6.2.2 只含原初气体的恒星的形成 /101
    6.3 第一代恒星的演化 /102
    6.3.1 太阳的演化 /102
    6.3.2 大质量恒星的演化 /104
    6.4 第一代恒星的死亡 /107


    目录

    6.4.1 化学元素的起源 /107
    6.4.2 第一代恒星的归宿 /108 参考文献 /110
    7 暗物质 /111
    7.1 暗物质的发现 /111
    7.2 暗物质的性质 /116
    7.2.1 暗物质由原子构成的可能性 /117
    7.2.2 暗物质由中微子构成的可能性 /117
    7.3 暗物质的理论 /118
    7.3.1 WIMP /119
    7.3.2 轴子 /120
    7.3.3 惰性中微子 /122
    7.4 暗物质的探测 /123
    7.4.1 WIMP的探测 /123
    7.4.2 轴子的探测 /125
    7.4.3 惰性中微子的探测 /126 参考文献 /127
    8 暗能量 /128
    8.1 暗能量的发现 /128
    8.2 暗能量的理论 /131
    8.3 暗能量的观测 /135
    8.4 宇宙的最终命运 /142 参考文献 /147








     

    2017年,我开始创作“宇宙奥德赛”系列科普丛书。正如下图所示,“宇宙奥德赛”是一场由地球出发、先后从空间和时间上环游整个宇宙的旅程。这场旅程可以分为两段:宇宙空间之旅和宇宙时间之旅。宇宙空间之旅(图中的右半边)从地球出发,按照从近到远的顺序依次漫游以太阳系为代表的行星世界、以银河系为代表的恒星世界,以及拥有众多河外星系的星系世界。宇宙时间之旅(图中的左半边)则从宇宙创生之时出发,按照时间之河流淌的顺序依次探讨宇宙起源、生命诞生和宇宙命运;这恰好对应着名的哲学三问:我们从哪里来?我们是谁?我们将往何处去?宇宙空间之旅和宇宙时间之旅各有三大主题,一共对应六本科普书。
    宇宙空间之旅的三本科普书,即《宇宙奥德赛:漫步太阳系》《宇宙奥德赛:穿越银河系》和《宇宙奥德赛:飞向宇宙尽头》都已经正式出版。截至2024年7月,这三本书的豆瓣评分分别是9.0、9.1和8.5,也帮我拿到了不少全国性的科普奖项。基于这三本书,我在中山大学开设了两门通识课:“太阳系之旅”和“银河系之旅”;其中,“太阳系之旅”在2023年被评为广东省一流线下本科课程。
    不过,对于后半段的宇宙时间之旅而言,先出版的并不是原定的3本科普书,而是你现在看到的这本名为《宇宙学概论》的教科书。你可以把它视为宇宙时间之旅的学术版。
    之所以能够先出版这本教科书,是因为我得到了中山大学物理与天文学院(简称中大物天院)以及香港科技大学(简称港科大)理学院的诸多同事的大力帮助。
    我的师兄、港科大的王一教授,撰写了本书的第二章。他介绍了极早期宇宙为什么一定要有一个暴胀阶段,以及暴胀背后的物理本质。
    中大物天院的黄志琦教授,撰写了本书的第四章。他介绍了宇宙微波背景的物理本质,以及该如何从中提取各种各样的物理信息。
    中大物天院的朱维善副教授,撰写了本书的第五章。他介绍了何为宇宙大尺度结构,以及星系的形成、演化、数量和空间分布。

    王爽,中山大学物理与天文学院副教授,博士生导师。多年致力于宇宙学的研究,已发表SCI论文30多篇,总引用2000多次。知名科普作家,代表作《宇宙奥德赛》系列。曾荣获包括“第七届中华优秀出版物奖图书奖”“第六届中国科普作家协会优秀科普作品奖金奖”“中国出版协会2017年度30本好书”“国家新闻出版署2018年度向全国青少年推荐百种优秀出版物”“第三届广东十大科学传播达人”和“2019年广东科普十大好作品”在内的一系列国家级或省部级科普奖项。粉丝数超过300万的新浪微博知名科学科普博主,#宇宙奥德赛#话题阅读量超过12亿。
    1.2标准烛光
    1.1节介绍了我们置身其中的这个可观测宇宙到底是什么样的。本节将介绍现代宇宙学是如何诞生的。
    现代宇宙学的诞生,距今不过100多年的时间。直到20 世纪初,哥白尼的日心说依然占据天文学界的统治地位。当时人们普遍相信,太阳就位于银河系的中心,而银河系就是宇宙的全部。
    日心说依然占据天文学界的统治地位。当时人们普遍相信,太阳就位于银河系的中心,而银河系就是宇宙的全部。
    支持日心说的代表人物,是英国天文学家威廉·赫歇尔和荷兰天文学家雅各布斯·卡普坦。
    赫歇尔是天王星的发现者,也是最早测绘银河系形状之人。当时人们知道,银河系内所有天体差不多都处于同一个平面上。赫歇尔就在银河系平面的各个方向上随机地选取一些小天区,并测量这些小天区内恒星的数量和距离。1785年,他绘制了第一张银河系地图(图1.14)。图中被三角形围起来的那颗星星就是太阳,它大致位于银河系的中心。
    1906年,卡普坦又用赫歇尔的办法对银河系的形状进行了更细致的研究。他在银河系平面上随机选取了206个小天区,然后动员欧洲各地的40多个天文台来和他一起数星星。基于最后汇总的结果,卡普坦宣布太阳就位于银河系的正中心。
    为什么在今天看来错误明显的日心说,却能统治天文学界长达300 年?答案是,受到了当时人类天文距离测量能力的禁锢。
    在20世纪以前,人类掌握的最强大的天文距离测量手段,是三角视差法。图1.15就是三角视差法的原理图。
    地球以椭圆轨道绕太阳公转。选取椭圆轨道长半轴的两个端点,A 点和B点。可以认为两点间的距离是日地距离的两倍(日地距离1AU=1.496×108 km)。如果在A点和B点分别观察远处的一颗恒星,会发现这颗恒星在遥远天幕上的位置发生了改变。利用这个观察到的位置改变,可以算出此恒星与AB两点构成的等腰三角形的顶角,即周年视差角。用AB两点的间距除以恒星的周年视差角,就可以

     

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