天体物理学和宇宙演变

世界是物质的,宇宙是物质的,宇宙中物质颗粒是客观存在的,物质颗粒的运动出现扩散、溶合、碰撞三种结果,使得在宇宙空间物质颗粒产生各种分布.其中溶合在一起的颗粒渐渐溶合增长,依次形成星子、行星、恒星、星团、类星体、星系.当星系形成时,使杂乱无章的宇宙中星体的无规则运动变化成有规则运动,星体结束了碰撞期,星系又以自身的运动特点运动下去,它们同样会出现碰撞、溶合和扩散.这便是宇宙的演变.

天体物理学属于应用物理学的范畴,是研究天体的形态、结构、化学组成、物理状态和演化规律的天文学分支学科.由于天体物理学是一门很广泛的学问,天文物理学家通常应用很多不同学术领域的知识,包括力学、电磁学、统计力学、量子力学、相对论、粒子物理学等.

本书作者LeonardSKisslinger是美国卡内基梅隆大学教授,他意在使任何学科的学生对于近几十年天体物理学取得的那些令人兴奋和感到神秘的发展有一些了解.本书解释了宇宙从早期到现在的演化过程,运用通俗易懂的讲述方式使任何一个拥有高等数学基础的大学生都能够理解.

全书由10章组成：1.天体物理学的物理概念：速度、加速度、动量和能量的基本概念,温度（作为一种能量形式）,力和牛顿运动学定律；2.力和粒子：基本粒子的标准模型,原子、原子核、重子等；3.哈勃定律―宇宙膨胀：首先定义和讨论了光的多普勒频移和红移,然后从星系中光的多普勒频移的测量回顾了哈勃定律,最后讨论了宇宙的膨胀；4.恒星、星系等：地球怎样绕着太阳旋转,太阳（作为一个熔炉）的特性,大质量恒星由于引力坍塌导致脉冲星和黑洞形成的过程；5.中微子振荡、对称性和脉冲星冲击：称为中微子振荡的中微子相互转化的三种标准模型的重要属性,怎样利用中微子振荡来测量宇称性、电荷共轭和时间演化对称性,通过中微子发射来解释脉冲星冲击的可能原因；6.爱因斯坦狭义和广义相对论：狭义相对论中的重要检测设,以及由此产生的长度收缩和时间膨胀,由洛伦兹变换得到的附加速度的爱因斯坦方程与检测设的相一致性,利用相对动量和张量简单讨论了广义相对论；7.从广义相对论得到的宇宙的半径和温度：宇宙的弗里德曼方程、宇宙膨胀的引力辐射和重力波,以及引力量子场理论；8.宇宙微波背景辐射：宇宙微波背景辐射相关的一些概念,重点是温度和时间的相关性；9.电弱相变（ElectroweakphaseTransition）：定义了量子力学的相变和潜伏热,重点讨论了电弱理论和电弱相变,电弱相变和其产生的重力波间磁场的建立过程；10.量子色动力学相变：量子色动力学相变和银河系和星系团之间磁场的关系,由于相对论性的重离子碰撞量子色动力的产生.

本书的目的是使大学生理解描述宇宙演化的基本物理概念,并基于此讲述早期到现在宇宙演化背后的天文物理学理论.本书不要求学生有太深的数学基础,适用于所有对科学尤其是天文科学感兴趣的大学生,同时也适合于对这些话题感兴趣的读者.

郑耀昕,硕士研究生

（中国科学院空间科学与应用研究中心）