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出版者:高等教育出版社

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页数:0

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出版时间:1900-01-01

价格:32.50元

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isbn号码:9787040069303

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现代天体物理学导论：宇宙的尺度与演化 本书简介 《现代天体物理学导论：宇宙的尺度与演化》是一部面向高年级本科生和初级研究生的综合性教材，旨在系统地介绍21世纪天体物理学的前沿领域和核心理论框架。本书聚焦于从恒星形成到宇宙大尺度结构演化的全景图景，并深入探讨支撑现代观测和理论工作的关键物理原理。全书共分为六大部分，力求在概念的清晰性与内容的深度之间取得完美的平衡。 第一部分：基础与工具 本部分奠定了理解更复杂天体物理现象所需的物理基础。我们首先回顾了经典电磁学在星际介质辐射场中的应用，特别是辐射传输方程的推导与求解，这对于理解恒星、星云乃至整个宇宙背景辐射至关重要。随后，本书详细介绍了相对论性效应在极端天体物理环境中的体现，包括黑洞视界附近的弯曲时空效应，以及利用洛伦兹变换处理高能粒子辐射（如同步辐射和康普顿散射）。 一个重要的章节专门探讨了等离子体物理在天体环境中的应用。我们不仅讨论了磁流体力学（MHD）的基本方程组，还着重分析了磁场在恒星内部、星风加速以及星系际介质中的关键作用，特别是磁场重联（Magnetic Reconnection）在能量释放中的机制。此外，本书还引入了现代天体物理学不可或缺的工具——统计物理学。通过玻尔兹曼方程和分布函数的概念，我们为后续讨论恒星大气、恒星演化和星系动力学奠定了统计力学基础。 第二部分：恒星的诞生与生命 恒星是宇宙中最基本、最活跃的结构单元。本部分从分子云的引力塌缩开始，系统地阐述了恒星形成的物理过程。我们深入分析了金斯（Jeans）不稳定性判据，并讨论了湍流在云核冷却与致密化过程中的复杂作用。 随后，本书详细剖析了恒星内部的能量产生机制。核聚变的反应网络（如质子-质子链和CNO循环）的反应速率计算被置于核心地位，并结合流体静力平衡方程，推导出了描述恒星结构（温度、密度、压力随半径的变化）的标准微分方程组。我们详细分析了主序星、红巨星和白矮星的演化路径，并利用赫罗图（H-R Diagram）这一核心工具，解释了不同质量恒星的寿命与终点。 第三部分：恒星的死亡与遗迹 恒星的终结是宇宙物质循环的关键环节。本部分聚焦于超新星爆发和致密天体的形成。我们详细描述了不同类型的超新星（Ia型和II型）的物理起源，特别是核心坍缩超新星中，中微子输运和激波传播的复杂相互作用。 对于质量超过钱德拉塞卡极限的恒星残骸，本书深入探讨了中子星的物理性质。通过托尔曼-奥本海默-沃尔科夫（TOV）方程，我们研究了极端密度下物质的状态方程（Equation of State, EoS），并结合脉冲星观测数据，探讨了中子星的磁场和自转特性。 在黑洞物理方面，本书超越了基本的史瓦西解。我们详细介绍了克尔（Kerr）黑洞的结构，包括能层（Ergosphere）和奇点。通过彭罗斯过程，我们解释了旋转黑洞如何高效地提取能量，这对于理解活动星系核（AGN）的能量来源至关重要。 第四部分：星系与星系团 从恒星的尺度跃升至星系的尺度，动力学和暗物质成为主导因素。本部分首先从牛顿动力学基础出发，推导了星系质量分布的经验模型，如晕模型（Halo Models）。我们重点分析了旋转曲线的观测事实，并详细阐述了暗物质存在的强有力证据——引力透镜效应（微透镜与强透镜）。 本书用大量篇幅讨论了星系演化模型。从星系并合的动力学摩擦到气体冷却与恒星形成的反馈过程，我们探讨了星系形态（螺旋星系与椭圆星系）的形成机制。此外，活动星系核（AGN）作为星系活动性的重要体现，其辐射机制（如相对论性喷流）和活动对宿主星系演化的影响，也被置于详细的分析之下。 第五部分：高能过程与宇宙信使 现代天体物理学已不再局限于电磁波段。本部分关注宇宙中产生的高能粒子和波。我们系统地介绍了宇宙射线（Cosmic Rays）的加速机制，重点探讨了费米加速（Fermi Acceleration）在超新星遗迹和活动星系核中的应用。 引力波天文学是本世纪的革命性进展。本书详细解释了爱因斯坦场方程在双星系统（双黑洞、双中子星）并合过程中的应用，并介绍了LIGO/Virgo探测器的工作原理及其首次探测结果的物理意义。 中微子天文学作为“幽灵信使”，为我们提供了穿透星际尘埃和气体云的独特窗口。本书讨论了太阳中微子振荡问题，以及超高能中微子探测（如IceCube）对极端天体源的定位作用。 第六部分：宇宙学基础 本书的收尾部分将视角推向了宇宙的整体结构与演化。我们从弗里德曼方程出发，探讨了标准ΛCDM宇宙模型的构建基础。红移、宇宙膨胀速率以及哈勃常数的精确测量方法被详尽介绍。 我们详细回顾了宇宙微波背景辐射（CMB）的物理起源——复合时期，并分析了CMB温度涨落的各项异性，这些涨落是早期宇宙密度不均匀性的直接反映，也是星系形成的“种子”。最后，本书探讨了暗能量（Dark Energy）的物理性质及其在当前宇宙加速膨胀中所扮演的角色，并简要展望了未来宇宙学观测的前沿方向。 读者定位 本书要求读者具备扎实的经典力学、电磁学和热力学基础，并熟悉基础微积分和线性代数。它不仅适用于物理学、天文学专业的学生，也是希望了解现代物理学前沿研究的工程师和数学专业学生的理想参考书。本书力求通过严谨的数学推导和丰富的物理图像，为读者构建一个完整、连贯的宇宙图景。

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坦白说，这本书的印刷质量和装帧设计属于中规中矩，纸张的厚度也偏薄，使得在翻阅时需要格外小心，生怕不小心撕坏了。但抛开这些外在的因素，它的数学严谨性达到了一个令人信服的高度。特别是在量子力学的基础部分——尽管它更偏向于经典物理的全面覆盖——作者处理薛定谔方程的应用时，没有回避那些涉及复数和矩阵运算的复杂推导。相反，它将这些数学工具视为描述物理实在的必要语言，毫不含糊地进行了阐释。我特别欣赏它对“守恒定律”处理的深度。不同于其他教材只是简单罗列能量守恒、动量守恒，这本书通过诺特定理（虽然没有直接点出定理的名称，但思想是贯穿的）的思路，将对称性与守恒量紧密联系起来，这对于提升读者的理论认知层次至关重要。它让你明白，我们之所以相信能量守恒，是因为时空结构具有某种不变性，这种深层次的哲学和数学联系，在入门级读物中是极其罕见的。

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我发现这本书在内容的组织和章节的衔接上，有一种近乎完美的节奏感。它没有像某些百科全书式的著作那样，将力学、电磁学、光学、热学等割裂开来，而是努力在各个分支之间建立起清晰的逻辑桥梁。比如，当它讲到简谐振动的解法时，后面立即巧妙地引入了交流电路中的RLC振荡电路，通过类比，让复杂的阻尼和相位差问题变得可以直观理解。这种编排的好处是，它能有效地打破学科壁垒，让读者意识到物理学是一个统一的整体。更让我印象深刻的是，作者对实验背景的描述。在介绍光学的波动性时，文中穿插了对菲涅耳和迈克尔逊实验的简短却精准的描述，这些描述不仅仅是历史脚注，更是理解为什么某些理论必须被采纳的驱动力。这种将理论发现的历史脉络和实验证据融入教学主体结构的做法，让抽象的定律鲜活了起来，不再是空中楼阁般的公式，而是人类智慧克服困难的产物。

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说实话，我最初拿到这本教材时，内心是抱着一丝怀疑的。毕竟，在这个信息爆炸的时代，一本看似传统教材的厚度，往往意味着内容的冗余和对新教学方法的抗拒。但很快，我的看法就发生了转变，这主要归功于它在“难题解析”部分所展现出的非凡功力。很多物理教材的习题集，无非是公式的直接套用，解题步骤也往往一笔带过，让人看了等于没看。但这本书不同，它仿佛是一位经验丰富的老教授在给你亲自示范解题思路。例如，在热力学与统计物理的章节中，有一道关于玻尔兹曼分布函数的推导题，步骤复杂，涉及多重积分和近似处理。这本书的解答不仅给出了精确的数学步骤，更重要的是，它在每一步转换时都附带了简洁的物理学解释——“此处应用拉普拉斯近似是因为我们关注的是温度远低于特征温度的情况”，这种注释极大地增强了学习的效率和深度。它教会我的不是解出这道题，而是如何像一个物理学家那样去审视和拆解一个复杂的物理问题。这种注重思维训练而非死记硬背的编写风格，着实令人赞赏，也让我对物理学的热爱又加深了一层。

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这本书的封面设计乍一看有些朴实，甚至可以说有些过时了，那种略带陈旧的字体和配色，让人不禁联想到大学图书馆里那些泛黄的经典教材。然而，一旦翻开内页，那种朴素的外表立刻就被其内在的逻辑性和严谨性所取代。作者在讲解基础概念时，那种循序渐进的铺陈方式，简直就像是为初学者量身定做的一条清晰路径。特别是对于那些第一次接触微积分在物理学中应用的同学来说，书中对矢量分析和场论的引入处理得异常细腻，没有那种故作高深的术语堆砌，而是通过大量的、贴近实际的几何图像来辅助理解。我记得有一章专门讲电磁场的边界条件，我过去在其他参考书上总是觉得云里雾里，但这本书里，作者花了整整三页篇幅，通过一个非常简单的理想导体模型，把高斯定律和安培定律在界面上的应用讲得透彻明白，甚至连那些容易被忽略的“为什么”都给补足了。这使得我在做习题时，不再是简单地套公式，而是真正理解了背后的物理图像和数学推导的必然性。可以说，这本书的价值不在于它拥有多少新颖的理论，而在于它如何忠实、高效地搭建起我们理解经典物理世界的坚实阶梯。

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这本书最让我感到惊喜的地方，在于它对“不确定性”和“局限性”的坦诚讨论。很多教材在介绍完一套完善的理论体系后就戛然而止，留给读者一种物理学已经完美无缺的错觉。然而，在讲述经典力学收尾阶段时，本书并没有止步于牛顿体系的辉煌成就，而是用相当的篇幅，以一种近乎预告片的方式，探讨了经典理论在解释黑体辐射和光电效应时遇到的“危机”。这种适时的引入，如同一扇窗，让读者得以窥见物理学发展下一阶段的轮廓——相对论和量子论的必要性。这种“知其然，更知其所以然”的教学策略，极大地激发了我继续深究下去的渴望。它没有直接把答案抛出来，而是清晰地指出了旧理论的边界，迫使读者主动去探索新理论的构建，这才是真正启发性的教育方式，远比仅仅罗列公式要高明得多。

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深入浅出~

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深入浅出~

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深入浅出~

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卢德馨这个名字绝对忘不了

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深入浅出~