Eternal Inflation pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:

作者:Sergei Winitzki

出品人:

页数:236

译者:

出版时间:2009-8

价格:$ 112.00

装帧:

isbn号码:9789812832399

丛书系列:

图书标签:

宇宙学
暴胀理论
永恒暴胀
多重宇宙
量子场论
弦理论
早期宇宙
物理学
宇宙起源
高能物理

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具体描述

This volume is the only monograph covering the exciting and dazzling recent developments in quantum cosmology, including the theory of the multiverse and eternal inflation pioneered by A Vilenkin, A Linde, S W Hawking, and others. Written by a leading expert in the field known for his depth and clarity of presentation, the volume presents an overview of 20 years of development of the theory of eternal inflation as well as a comprehensive, research-level introduction into the current methods and problems. This volume is invaluable for researchers as a definitive reference in the rapidly developing field. Written in a self-contained manner with detailed mathematical derivations of the results, graduate students will also find it a readable and useful textbook for self-study.

《宇宙织锦：虚无中的黎明》卷一：创生之风在寂静无垠的虚空中，一切尚未存在。没有星辰闪耀，没有物质凝聚，没有时空流转。然而，在超越我们理解的维度深处，一种前所未有的能量正在积聚，一种无形却又无所不在的力量，正在孕育着存在的种子。本书的第一部分，《创生之风》，将带领读者深入探索这个被称为“永恒暴胀”的宇宙黎明时期。我们将从基本物理学的最前沿出发，审视那些描绘宇宙诞生之初的理论模型。想象一下，在比普朗克尺度还要微小无数倍的起点上，量子涨落如同微小的涟漪，在尚未形成的“画布”上激荡。这些微小的涨落，并非随机的混沌，而是蕴藏着宇宙未来一切结构和物质的蓝图。正是这些量子涨落，在空间以指数级的速度膨胀——也就是“暴胀”——的强大推动下，被拉伸、被放大，最终成为我们今天看到的星系、恒星乃至我们自身的基石。 “永恒暴胀”这个概念，并非指一次性的宇宙膨胀，而是设想了一个持续不断、生生不息的创生过程。在这个模型中，暴胀的某些区域会停止，形成我们所知的“泡泡宇宙”，而暴胀的其余部分则会继续膨胀，不断产生新的泡泡宇宙。这意味着，我们的宇宙可能只是一个浩瀚“多重宇宙”中的一个孤岛，无数个宇宙在永恒的暴胀浪潮中孕育、消亡，又不断新生。我们将探讨驱动这一史诗般膨胀的“暴胀场”（inflaton field）的本质。这个神秘的场，拥有巨大的能量密度，它驱使着空间以惊人的速度扩张，其速度之快，使得在极短的时间内，宇宙的尺度就从微观粒子的尺度膨胀到宏观天体的尺度。我们将追溯科学家们是如何通过对宇宙微波背景辐射（CMB）的观测，寻找暴胀时期的遗迹，例如那些微妙的温度涨落和偏振模式。这些来自宇宙最古老光线的线索，为我们理解暴胀理论提供了至关重要的证据。书中将详细阐述暴胀如何解决早期宇宙存在的几个关键谜团，例如视界问题（horizon problem）和均匀性问题（flatness problem）。在暴胀之前，宇宙的不同区域是无法相互影响的，然而我们观察到的宇宙微波背景辐射却异常地均匀。暴胀理论解释了这一点：在暴胀之前，这些区域曾经靠得很近，但极速的膨胀将它们拉开，使得它们看起来互不相干，但却继承了相同的初始温度。同样，宇宙的几何结构被暴胀“拉平”，使得我们观察到的宇宙非常接近于平坦。本书的这一部分，将通过生动的比喻和严谨的科学推理，带领读者领略宇宙创生之初那令人惊叹的景象。我们将穿越时空，触碰那股孕育万物的“创生之风”，理解我们所处宇宙的起源，以及它可能只是一个更加宏大、更加神秘的存在图景中的一部分。卷二：时空的织就当创生之风逐渐平息，空间不再以指数级的速度膨胀，但宇宙的旅程才刚刚开始。本卷，《时空的织就》，将聚焦于暴胀结束后，宇宙如何在物理定律的支配下，从一个炽热、均匀的奇点，逐渐演变成我们今天所见的，由无数星系、恒星和行星构成的复杂结构。暴胀结束后，驱动暴胀的能量转化为基本粒子和辐射，宇宙进入了一个极度炽热、高密度的高温等离子体状态。我们将深入研究这个“再加热”（reheating）时期，这是暴胀理论预测的一个关键阶段。在这个阶段，暴胀场衰变，释放出大量的能量，这些能量转化为粒子，使得宇宙的温度飙升，并开始一系列至关重要的物理过程。接着，我们将步入宇宙演化的下一个关键时期——暴胀后的混沌时代。在这一时期，宇宙的温度依然极高，粒子之间频繁碰撞，形成一个由夸克、胶子、轻子和光子组成的“夸克-胶子等离子体”。我们将探讨温度下降过程中，夸克和胶子如何“禁闭”形成质子和中子，这是构成物质的基本单元。这一过程，被称为“强子化”（hadronization）。随后，我们进入宇宙的“核合成”时期。当温度进一步下降到一定程度，质子和中子开始融合，形成最轻的原子核，主要是氦核，以及少量的锂核。我们将解析宇宙在最初几分钟内，如何在相对有限的温度和密度条件下，完成了这些关键的核聚变反应，奠定了宇宙中元素的基本构成。这段时期的时间尺度极短，但其意义却无比深远，决定了宇宙中氢和氦的丰度，而这正是后来恒星形成和演化的原料。本书将详细阐述“宇宙微波背景辐射”（CMB）的形成。在温度进一步下降，大约在宇宙年龄38万年左右时，电子和原子核结合形成中性原子，这个过程被称为“复合”（recombination）。在复合之后，光子不再频繁地与带电粒子散射，它们得以自由传播，这些古老的光子，经过数十亿年的膨胀和红移，就形成了我们今天能够探测到的宇宙微波背景辐射。我们将深入分析CMB中的各项异性，即那些细微的温度涨落，它们是早期宇宙密度不均匀性的直接体现，也是后来形成星系等大尺度结构的种子。我们将探讨“暗物质”（dark matter）和“暗能量”（dark energy）这两个宇宙学中最重要的未解之谜。虽然它们在早期宇宙形成中扮演了重要角色，但其本质至今仍然笼罩在神秘之中。我们将审视科学家们提出的各种理论模型，例如弱相互作用大质量粒子（WIMPs）等，以及它们如何通过引力影响可见物质的分布，从而塑造了宇宙的大尺度结构。而暗能量，则被认为是驱动当前宇宙加速膨胀的神秘力量，我们将探讨它与爱因斯坦的宇宙学常数之间的联系，以及它在宇宙未来命运中的决定性作用。《时空的织就》将带领读者，从炽热的等离子体海洋，逐步穿越混沌与秩序的交织，见证原子核的诞生，光子的自由翱翔，以及那些看不见的“织线”——暗物质和暗能量——如何共同编织出我们今天所见的宏伟宇宙图景。我们将理解，从虚无到繁星点点，宇宙的演化是一场精妙绝伦的物理舞蹈，每一个阶段都遵循着严格的物理定律，共同谱写着宇宙壮丽的史诗。卷三：结构的盛宴在时空被织就，基本粒子和元素得以形成的之后，宇宙并没有止步不前。本卷，《结构的盛宴》，将聚焦于宇宙在引力作用下，如何从最初的微小涨落，一步步演化出我们今天所见的，由恒星、星系、星系团乃至超星系团组成的浩瀚而壮丽的宇宙结构。我们将从宇宙微波背景辐射中的微小密度涨落出发，解释引力如何成为塑造宇宙结构的主导力量。在密度稍高的区域，物质会受到更强的引力吸引，从而聚集得更多，密度进一步增加，形成一个正反馈循环。而密度较低的区域，则会相对稀疏，物质被吸引到密度高的区域。书中将详细阐述“第一代恒星”的形成。在暗物质的引力井中，氢和氦气体开始聚集，密度和温度不断升高，最终触发了核聚变反应，第一颗恒星诞生了。这些早期恒星，被称为“第一代恒星”（Population III stars），它们巨大、炽热且寿命短暂，但它们却是宇宙中第一批重元素（比氢和氦更重的元素）的“炼金炉”。随着第一代恒星的死亡，它们通过超新星爆发，将内部合成的重元素散播到宇宙空间中。这些重元素，极大地改变了宇宙物质的成分，为后续的恒星和行星的形成提供了必要的“建筑材料”。我们将解析“第二代恒星”（Population II stars）和“第三代恒星”（Population I stars）的形成过程，以及它们与宇宙中金属丰度（天文学中对重元素的统称）之间的关系。本书将深入探讨星系的形成和演化。在暗物质晕的引力作用下，气体和恒星聚集，形成了最早的矮星系。这些矮星系通过引力相互作用，碰撞、合并，逐渐成长为更大、更复杂的星系，例如螺旋星系和椭圆星系。我们将分析星系的形态、结构以及它们之间发生的各种相互作用，例如潮汐力、合并事件等，这些过程塑造了我们今天所见的丰富多彩的星系世界。我们将目光投向更大的尺度——星系团和超星系团。星系并非孤立存在，它们在引力作用下聚集形成星系群，星系群再聚集形成星系团，而星系团又构成更大的结构——超星系团。我们将探究宇宙大尺度结构的形成机制，例如“宇宙网”（cosmic web）的形成，这是一个由星系、星系团和空洞组成的巨大网络结构，它们以一种网状的方式分布在宇宙空间中。本书还将触及“黑洞”（black holes）的角色。我们知道，大质量恒星在生命终结时会形成恒星级黑洞，而几乎所有大星系的中心都存在着超大质量黑洞。我们将探讨这些黑洞如何影响其周围星系的演化，例如通过吸积盘的能量输出，它们可以调节星系的恒星形成率。最后，《结构的盛宴》将引导读者去思考宇宙结构的终极命运。在暗能量不断加速宇宙膨胀的情况下，远处的星系将越来越难以观测，宇宙最终可能会走向一个“热寂”或“大撕裂”的结局。然而，在可预见的未来，宇宙依然是一个充满活力和惊喜的场所，星系的诞生与消亡，恒星的燃烧与熄灭，仍在不断上演着壮丽的宇宙戏剧。通过这三卷的深入探讨，《宇宙织锦：虚无中的黎明》将带领读者，从最原始的虚无，穿越不可思议的暴胀时期，见证时空的织就，直至理解今日宇宙的壮丽结构。它将展现科学探索的魅力，激发读者对宇宙的无限好奇，并深刻理解我们在浩瀚宇宙中的位置和意义。