- عنوان کتاب: An Introduction to Modern Cosmology
- نویسنده: Marina Cortês, Andrew Liddle
- حوزه: کیهانشناسی
- تعداد صفحه: 142
- زبان اصلی: انگلیسی
- نوع فایل: pdf
- حجم فایل: 10.9 مگابایت
بیشک، پیشرفت کیهانشناسی به عنوان یکی از دستاوردهای علمی قرن بیستم شناخته خواهد شد. در آغاز این قرن، کیهانشناسی به سختی به عنوان یک رشته علمی وجود داشت؛ اما در پایان آن، نظریه «مهبانگ داغ» (Hot Big Bang) به عنوان توصیف پذیرفتهشدهی کل کیهان، جایگاه خود را تثبیت کرد. تلسکوپهایی نظیر تلسکوپ فضایی هابل و جیمز وب قادرند نوری را از کهکشانهایی بسیار دور دریافت کنند که بخش عمدهای از عمر کیهان را در حال سفر به سوی ما بودهاند. «تابش زمینه کیهانی» — که بازماندهای فسیلمانند از دورانی است که کیهان چگالتر و داغتر بود — بهطور مرتب رصد شده و ویژگیهای آن مورد بررسی قرار میگیرد. اینکه کیهان ما در حال حاضر در حال انبساط است، امری مسلم و اثباتشده است و ترکیب مادهی تشکیلدهندهی آن نیز با دقت تعیین شده است. ما اکنون در دورانی به سر میبریم که درک کیهانشناسی از رویکردی کیفی به رویکردی کمی تغییر یافته است. در آستانه هزاره جدید، آنچه «مدل استاندارد کیهانشناسی» نامیده میشود، شکل گرفت؛ مدلی که نشاندهنده اجماعی تقریباً همگانی میان کیهانشناسان درباره بهترین توصیف از کیهان ماست. با این حال، این مدل حاوی یک شگفتی بزرگ است: این باور که کیهان ما در حال حاضر دستخوش انبساطی شتابدار است. اگر معماهای حلنشدهای همچون ویژگیهای «ماده تاریک» — که تصور میشود شکل غالب ماده در کیهان باشد — را نیز به این موارد بیفزاییم، آشکار میشود که تا دستیابی به تصویری کامل از فیزیک کیهان، راه درازی در پیش داریم. دهههای نخستین قرن بیست و یکم شاهد جهشهای چشمگیری در دقت کاوشهای کیهانشناختی بوده است، اما این دقت هنوز منجر به پیشرفتهای اساسی در درک کلی ما نشده است. چنین تلاش جسورانهای همچون کیهانشناسی بهآسانی تخیل انسان را به خود مشغول میکند و تقاضا برای تدریس کیهانشناسی در دانشگاهها به شیوهای قابلفهم و در دسترس، رو به افزایش بوده است. بهطور سنتی، کیهانشناسی در انتهای درس نسبیت عام تدریس میشد و تنها شامل استخراج متریک (معادله هندسی فضا-زمان) برای کیهانی در حال انبساط و بررسی چند جواب خاص بود. چنین درسی نمیتواند ماهیت کیهانشناسی مدرن را بهدرستی منتقل کند؛ کیهانشناسی مدرنی که علوم فیزیکی کلاسیک نظیر ترمودینامیک، فیزیک اتمی و گرانش را به کار میگیرد و آنها را در مقیاسی عظیم اعمال میکند. در واقع، میتوان مباحث مقدماتی کیهانشناسی مدرن را به شیوهای متفاوت و با پرهیز کامل از مبحث نسبیت عام، مورد بررسی قرار داد. با خوششانسی و اندکی تقلبِ هوشمندانه، میتوان معادلات صحیح توصیفکننده یک جهان در حال انبساط را از دل گرانش نیوتنی استخراج کرد. بر این اساس، میتوان تمام دستاوردهای کیهانشناسی «مهبانگ داغ» (Hot Big Bang) را بررسی کرد — از جمله انبساط جهان، تخمین سن آن، وجود تابش زمینه کیهانی و فراوانی عناصر سبک مانند هلیم و دوتریوم — و حتی به بحث درباره ایدههایی با ماهیت نظریتر، نظیر کیهانشناسی تورمی، پرداخت. ریشه این کتاب که نخستین بار در سال ۱۹۹۸ منتشر شد، به یک دوره آموزشی کوتاه در دانشگاه ساسکس بازمیگردد؛ دورهای شامل حدود ۲۰ جلسه تدریس توسط اندرو برای دانشجویان سال آخر کارشناسی یا سال ماقبل آخر کارشناسی ارشد. پیشنیازهای این درس، مباحث کاملاً استاندارد فیزیک هستند و تأکید کتاب بیش از آنکه بر دقت و سختگیری ریاضی باشد، بر شهود فیزیکی استوار است. محتوای کتاب در پی تجربیات نویسنده در تدریس کیهانشناسی در «امپریال کالج لندن» و «دانشگاه ادینبورگ»، و همچنین با بهرهگیری از بازخوردهای ارزشمند خوانندگان، توسعه و بهبود یافته است. ساختار کتاب حول یک «ستون فقرات» مرکزی — یعنی فصلهای اصلی ۱ تا ۱۵ — شکل گرفته است که مقدمهای جامع و مستقل درباره کیهانشناسی مدرن ارائه میدهند. علاوه بر این، شش فصل با عنوان «مباحث پیشرفته» نیز گنجانده شده است که هر یک پیشنیازهای خاص خود را دارند و میتوان آنها را برای گسترش دامنه درس، بنا به صلاحدید، به برنامه آموزشی افزود. معمولاً بهترین زمان برای پرداختن به این مباحث پیشرفته، بلافاصله پس از فراگیری پیشنیازهای مربوطه است، هرچند میتوان آنها را در مراحل بعدی نیز در برنامه گنجاند. تدریس کیهانشناسی تجربهای جذاب است، چرا که این درس با بسیاری از دیگر مباحثِ دورههای کارشناسی فیزیک تفاوت دارد. در اینجا خبری از آن دانشِ تثبیتشده و انباشته شده در طول یک قرن یا بیشتر نیست که شالودهای تردیدناپذیر فراهم آورد — آنگونه که در ترمودینامیک، الکترومغناطیس و حتی مکانیک کوانتومی و نسبیت عام شاهد آن هستیم. در هر ویرایش جدید این کتاب، اکتشافات تازه معرفی شدهاند و مدرسان میتوانند انتظار داشته باشند که در طول دوره، فرصتهایی برای بحث درباره نتایج جدیدی پیش آید که دیدگاه کیهانشناسان را نسبت به جهان تحت تأثیر قرار میدهند. شما میتوانید با مراجعه به صفحه اینترنتی (وبسایت) اختصاصی این کتاب، سیر تحول دیدگاههای ما را دنبال کنید. در آنجا میتوانید بهروزرسانیهایی درباره مشاهدات، مجموعه پاسخهای تشریحی برای مدرسان و همچنین فهرستی از خطاهای احتمالی کتاب (که از آنها آگاه هستیم) را بیابید. اگر اطمینان دارید که خودتان موردی پیدا کردهاید که در این فهرست نیست، بسیار خوشحال میشویم که از آن مطلع شویم.
The development of cosmology will no doubt be seen as one of the scientific triumphs of the twentieth century. At its beginning, cosmology hardly existed as a scientific discipline. By its end, the Hot Big Bang cosmology stood secure as the accepted description of the universe as a whole. Telescopes such as the Hubble and James Webb Space Telescopes are capable of seeing light from galaxies so distant that the light has been traveling toward us for most of the lifetime of the universe. The cosmic microwave background, a fossil relic of a time when the universe was both denser and hotter, is routinely detected and its properties examined. That our universe is presently expanding is established without doubt, and its material composition is accurately determined. We are now in an era where understanding of cosmology has shifted from the qualitative to the quantitative. The turn of the millennium saw the establishment of what has come to be known as the Standard Cosmological Model, representing an almost universal consensus among cosmologists as to the best description of our universe. Nevertheless, it is a model with a major surprise – the belief that our universe is presently experiencing accelerated expansion. Add to that ongoing mysteries such as the properties of the so-called dark matter, which is believed to be the dominant form of matter in the universe, and it is clear that we have some way to go before we can say that a full picture of the physics of the universe is in our grasp. The first decades of the twenty-first century have seen dramatic leaps in the precision of cosmological probes, but this accuracy has yet to yield any substantial improvements to our overall understanding. Such a bold endeavor as cosmology easily captures the imagination, and there has been increasing demand for cosmology to be taught at university in an accessible manner. Traditionally, cosmology was taught as the tail end of a general relativity course, with a derivation of the metric for an expanding universe and a few solutions. Such a course fails to capture the flavor of modern cosmology, which takes classic physical sciences like thermodynamics, atomic physics, and gravitation and apply them on a grand scale. In fact, introductory modern cosmology can be tackled in a different way, by avoiding general relativity altogether. By a lucky chance and a subtle bit of cheating, the correct equations describing an expanding universe can be obtained from Newtonian gravity. From this basis, one can study all the triumphs of the Hot Big Bang cosmology – the expansion of the Universe, the prediction of its age, the existence of the cosmic microwave background, and the abundances of light elements such as helium and deuterium – and even go on to discuss more speculative ideas such as the inflationary cosmology. The origin of this book, first published in 1998, was a short lecture course at the University of Sussex, around 20 lectures, taught by Andrew to students in the final year of a bachelor’s degree or the penultimate year of a master’s degree. The prerequisites are all very standard physics, and the emphasis is aimed at physical intuition rather than mathematical rigor. It has been further developed through his experiences of teaching cosmology at Imperial College London and at the University of Edinburgh, plus much useful feedback from readers. The structure of the book is a central “spine,” the main chapters from 1 to 15, which provide a self-contained introduction to modern cosmology. In addition, there are six Advanced Topic chapters, each with prerequisites, which can be added to extend the course as desired. Ordinarily, the best time to tackle those Advanced Topics is immediately after their prerequisites have been attained, though they could also be included at any later stage. Cosmology is an interesting course to teach, as it is not like most of the other subjects taught in undergraduate physics courses. There is no perceived wisdom, built up over a century or more, which provides an unquestionable foundation, as in thermodynamics, electromagnetism, and even quantum mechanics and general relativity. Each successive edition of this book has introduced new discoveries, and lecturers can expect opportunities to crop up during their course to discuss new results which impact on cosmologists’ views of the universe. You can follow our own evolving views by checking out this book’s WWW Home Page. There you may find some updates on observations, a detailed solution set for instructors, and also a list of any errors in the book that we are aware of. If you are confident you’ve found one yourself, and it’s not on the list, we’d be very pleased to hear of it.
این کتاب را میتوانید از لینک زیر بصورت رایگان دانلود کنید:
Download: An Introduction to Modern Cosmology





نظرات کاربران