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出版者:

作者:周曼

出品人:

页数:224

译者:

出版时间:2005-8

价格:18.00元

装帧:

isbn号码:9787503840357

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• 四川大学出版
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《探索宇宙的奥秘：宇宙学导论》 本书旨在为初学者提供一个全面而深入的宇宙学概览，带领读者踏上一场穿越时空、探寻宇宙起源、演化与终极命运的奇妙旅程。我们从最基本的问题出发：宇宙是什么？它是如何形成的？未来又将走向何方？通过严谨的科学理论、前沿的观测证据以及引人入胜的叙述，本书将逐步揭示隐藏在浩瀚星辰背后的深刻奥秘。 第一章：宇宙的宏伟画卷——尺度与结构 在本书的开篇，我们将首先描绘宇宙宏伟的尺度和令人惊叹的结构。从我们熟悉的太阳系，到横跨光年的星系，再到由无数星系组成的宇宙网，我们将学习如何理解和量化这些巨大的尺度。我们将介绍 astronomer 们如何利用各种工具和方法来测量距离，例如视差法、标准烛光（如造父变星和Ia型超新星）以及红移。通过理解这些测量技术，读者将能更直观地体会到宇宙的浩瀚无垠。 随后，我们将深入探讨宇宙的大尺度结构。从星系在宇宙中的分布，到星系团、超星系团以及宇宙网的形成，我们将了解引力在塑造这些结构中的关键作用。我们将介绍暗物质和暗能量的概念，它们虽然看不见摸不着，却是驱动宇宙结构演化的主要力量。通过可视化宇宙网的模拟图像和观测数据，读者将能清晰地认识到宇宙并非均匀分布，而是呈现出一种复杂而有规律的“泡沫”状结构。 第二章：从大爆炸的余晖看宇宙的黎明 宇宙是如何开始的？这个古老而深刻的问题，在本书的第二章中将得到科学的解答。我们将详细阐述“大爆炸”理论，这是目前被广泛接受的宇宙起源模型。我们将追溯宇宙从一个极度高温、高密度的奇点开始，经历了一系列惊人的演化过程。 核心内容将聚焦于宇宙微波背景辐射（CMB）的发现及其重要意义。CMB被认为是宇宙大爆炸的“余晖”，它携带着早期宇宙的信息，为我们提供了关于宇宙成分、温度以及各向异性的宝贵线索。我们将介绍CMB的观测结果，包括其近乎完美的黑体谱以及微小的温度涨落。这些涨落正是后来形成星系和星系团的“种子”。 本书还将深入探讨大爆炸后的关键时期，例如暴胀时期（inflationary epoch），解释它如何解决视界问题和磁单极子问题，并为CMB的均匀性提供解释。我们还将讨论轻元素合成（Big Bang nucleosynthesis），解释氢、氦以及少量锂等轻元素的丰度如何被大爆炸模型精确预测。 第三章：宇宙的膨胀与加速——哈勃定律与暗能量的崛起 宇宙并非静止不动，而是在不断膨胀。在本章中，我们将深入探讨宇宙膨胀的证据和其背后的驱动力。我们将详细介绍哈勃定律，它揭示了星系退行的速度与其距离成正比的关系，这无疑是大爆炸理论最重要的观测证据之一。 然而，在20世纪末，天文学家们通过对Ia型超新星的观测，发现了令人震惊的事实：宇宙的膨胀不仅没有减速，反而在加速！这一发现推翻了原有的宇宙模型，并催生了“暗能量”这一神秘的概念。我们将详细解释暗能量是什么，它的性质是什么，以及它为何能够主导宇宙的膨胀。 本书将探讨目前主流的暗能量模型，例如宇宙学常数（cosmological constant）以及其他一些动态暗能量模型。我们将介绍相关的观测证据，例如宇宙距离测量、大尺度结构以及CMB数据的联合分析，这些证据都指向暗能量的存在。同时，我们也承认暗能量的本质仍然是当前宇宙学研究中最具挑战性的谜团之一。 第四章：星系的形成与演化——宇宙的“建筑工地” 宇宙并非只有巨大的空隙，无数的星系如同璀璨的明珠点缀其中。本章将聚焦于星系的形成和演化，它们是宇宙中最基本、最显著的结构单元。 我们将从暗物质晕（dark matter halo）的形成开始，解释它们如何作为引力势阱，吸引普通物质（主要是气体）聚集。随后，我们将描述气体冷却、塌缩以及形成第一代恒星的过程。接着，本书将探讨不同类型星系的形成机制，包括矮星系的形成、螺旋星系的盘状结构的形成以及椭圆星系的形成。 星系并非孤立存在，它们之间会相互作用、碰撞和合并。我们将讨论星系碰撞和合并对星系形态、恒星形成以及黑洞活动的影响。本书还将介绍星系演化的不同阶段，例如星系的“成熟”过程，以及它们如何随着时间的推移而改变其恒星组成和结构。最后，我们将探讨活动星系核（AGN）和类星体，它们是星系中心超大质量黑洞活跃吞噬物质时产生的强烈辐射现象。 第五章：恒星的生命周期——宇宙的“熔炉” 恒星是宇宙中最普遍、最重要的发光天体，它们不仅照亮了黑暗的宇宙，更是我们认识宇宙化学演化的关键。本章将带领读者穿越恒星的整个生命周期，从它们诞生到最终的死亡。 我们将介绍恒星形成的摇篮——星云，以及引力如何在这种巨大的气体和尘埃云中引发塌缩，形成原恒星。接着，我们将深入探讨恒星内部的核聚变过程，解释质子-质子链和CNO循环如何将氢转化为氦，释放出巨大的能量。本书还将介绍恒星的主序阶段，以及恒星质量如何决定其寿命和演化路径。 随着核心燃料的耗尽，恒星将进入晚期演化阶段。我们将分别介绍低质量恒星（如太阳）如何演化成红巨星、行星状星云和白矮星，以及高质量恒星如何演化成红超巨星，最终经历超新星爆发，形成中子星或黑洞。本书还将介绍两种主要的超新星类型（Ia型和II型），以及它们在宇宙化学元素合成中的重要作用。 第六章：黑洞与引力波——时空的扭曲与宇宙的低语 宇宙中最神秘、最强大的天体之一莫过于黑洞。本章将深入探索黑洞的形成、性质以及它们对周围时空的影响。我们将从爱因斯坦的广义相对论出发，理解黑洞引力强大到连光都无法逃脱的本质。 我们将介绍不同类型的黑洞，包括恒星级黑洞（由大质量恒星死亡形成）和超大质量黑洞（位于星系中心）。本书将探讨黑洞的观测证据，例如吸积盘发出的X射线辐射以及恒星围绕黑洞的轨道运动。 近年来，引力波的探测为我们打开了观测宇宙的新窗口。我们将详细介绍引力波的产生机制，例如黑洞合并或中子星碰撞。本书将解释引力波探测器的原理，以及LIGO和Virgo等探测器带来的革命性发现，包括探测到第一个黑洞合并事件和中子星合并事件。这些发现不仅验证了广义相对论的预言，还为我们提供了研究宇宙极端事件的新手段。 第七章：生命的化学元素与宇宙的组成——我们从何而来？ 本书的第七章将回归到我们自身，以及构成我们身体和整个宇宙的化学元素。我们将探讨这些元素是如何在宇宙中形成的，以及它们是如何被输送到地球，最终形成生命。 我们将重温恒星内部的核聚变过程，解释为什么恒星只能合成比铁轻的元素。然后，我们将重点讨论比铁重的元素是如何在超新星爆发的剧烈环境中合成的。本书还将介绍中子星合并事件在r-过程元素（例如金和铂）合成中的重要作用。 我们将介绍宇宙的元素丰度，并解释为什么氢和氦在宇宙中占据主导地位，而其他元素则相对稀少。通过对宇宙中各种元素的观测和分析，我们可以追溯整个宇宙的化学演化历史。 最后，本书将引导读者思考，构成我们的碳、氧、铁等元素，都曾经是宇宙中恒星的一部分。我们正是“星尘”，这种认识不仅令人惊叹，也深刻地连接了我们与浩瀚的宇宙。 第八章：宇宙的终极命运——热寂、大撕裂还是大挤压？ 宇宙最终将走向何方？这是一个令人着迷的终极问题。本章将探讨目前关于宇宙终极命运的几种主要推测。 我们将首先介绍“热寂”（heat death）模型，它认为宇宙将无限膨胀下去，最终所有恒星都会熄灭，物质会变得稀疏而寒冷，能量分布均匀，没有任何可用的能量驱动任何过程。 随后，我们将讨论“大撕裂”（Big Rip）模型，该模型假设暗能量的密度会随着时间的推移而增加，最终其排斥力将强大到能够撕裂星系、恒星、行星，甚至原子本身。 最后，我们将回顾“大挤压”（Big Crunch）模型，尽管目前观测证据不支持，但它仍然是可能的宇宙终极命运之一。该模型认为，如果宇宙中的物质和能量密度足够大，引力最终会战胜膨胀，导致宇宙收缩，最终回到一个奇点。 本书将结合当前的观测数据和理论模型，分析哪种命运的可能性更大，并承认宇宙的终极命运仍然是一个悬而未决的科学问题。 结语 《探索宇宙的奥秘：宇宙学导论》是一次引人入胜的宇宙探索之旅。我们从宏观的宇宙结构到微观的粒子物理，从古老的宇宙起源到可能的未来命运，力求为读者构建一个全面而深刻的宇宙学图景。我们希望本书能激发读者对宇宙的好奇心，培养科学探索的精神，并理解我们在浩瀚宇宙中所处的独特位置。宇宙的奥秘无穷无尽，而我们对它的探索，才刚刚开始。

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我必须承认，我过去对实验指导书的印象一直停留在枯燥、晦涩的阶段，总觉得它们更像是冷冰冰的指令手册。然而，这本书彻底颠覆了我的固有观念。它没有直接堆砌冗长的理论，而是采用了非常巧妙的叙事方式来引导我们进入实验的核心。比如，在介绍误差分析部分时，作者没有直接抛出标准差的公式，而是用了一个非常生动的历史小故事——关于伽利略在比萨斜塔下进行测量时的困境，以此自然地过渡到“如何科学地处理不确定性”这一关键概念上。这种“讲故事”的教学方法，极大地提高了阅读的趣味性，让原本被认为是最难啃的理论部分变得平易近人起来。更让我欣赏的是，它在描述仪器操作步骤时，使用了大量的侧边栏注释和“注意事项”小贴士，这些经验之谈，明显是来源于多年一线教学实践的总结，避免了许多初学者常犯的低级错误，让人感觉仿佛有一位经验丰富的导师在你身边亲自指导。

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这本书的价值，绝不仅仅停留在“完成实验”这个层面上，它更像是一本关于“如何进行科学研究”的入门指南。在我看来，最精华的部分往往藏在那些看似不那么重要的章节里——比如关于实验报告撰写规范的章节。它没有敷衍了事地要求“图表清晰，结论明确”，而是给出了具体到标点符号和单位书写规范的详细指南，甚至连图例的绘制风格都有推荐。这种对细节的极致追求，其实就是在潜移默化地塑造我们未来职业生涯中必须具备的专业素养。它教会我们，科学的严谨性，体现在从理论推导到最终报告的每一个环节。读完这本书，我感觉自己不仅学会了如何操作仪器，更学会了如何像一个真正的研究者那样去思考、去记录、去呈现自己的工作成果，这对于我后续的毕业设计乃至未来的科研道路，无疑是一笔宝贵的财富。

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我注意到这本书在对实验设备介绍的模块上，做得非常与时俱进。现在的大学实验室更新换代很快，很多老教材对新仪器的描述往往跟不上节奏。但这本书似乎定期在进行内容更新，它对我们学校新采购的数字示波器和高精度传感器的工作原理描述得非常细致，甚至包括了软件界面的基本操作逻辑。这对我帮助特别大，因为在正式动手之前，我已经能通过书本上的截图和流程图，对实验台上的设备有一个清晰的预判，这极大地缩短了我们在实验室适应新设备的时间。它甚至用一个小小的图示板块，对比了模拟电路和数字电路在信号采集上的核心区别，这种跨领域的知识串联，对于建立全面的物理认知非常有帮助，显示出作者群对现代物理实验技术有着深刻而全面的把握。

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这本书的装帧设计着实让人眼前一亮，封面选用的那种略带磨砂质感的深蓝色，配合着烫金的书名“大学物理实验”，散发出一种沉稳而又不失精致的学术气息。内页的纸张选择也非常考究，不是那种廉价的、反光的纸张，而是偏向于米白色的哑光纸，使得长时间阅读眼睛也不会感到疲劳。排版上看得出编辑团队下了不少功夫，字体大小和行间距拿捏得恰到好处，即便是那些复杂的公式和图表，也清晰可辨。特别是那些实验原理图，线条简洁有力，标注详尽，即便是初次接触这个领域的读者，也能迅速抓住重点。装订方面也十分牢固，书脊处理得当，可以完全平摊在桌面上，这对于需要对照文本进行操作的实验环境来说，简直是太友好了，省去了频繁弯折书页的烦恼。总而言之，从物理层面上讲，这是一本在细节上处处体现出对使用者尊重的出版物，光是翻阅时的手感和视觉体验，就已经值回票价了。

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对于一个追求严谨性的工科生来说，实验数据处理和结果分析的深度是衡量一本实验教材价值的试金石。这本书在这方面的表现，简直可以用“教科书级别”来形容。它不仅仅是告诉你“如何计算”，更深层次地探讨了“为什么这样计算”。比如，在处理非线性回归问题时，它不仅提供了最小二乘法的基本应用，还拓展讲解了如何利用数据点的残差图来判断模型选择的合理性，甚至还引入了更高级的卡方检验方法作为进阶选读。这种梯度式的知识构建，非常适合不同层次的学生。我尤其喜欢它在每个实验的“讨论”部分，留出了相当大的篇幅来探讨“如果实验条件发生变化，结果会如何变化”的可能性，这种发散性的思维训练，远比死记硬背公式要有价值得多，它真正培养了我们科学探究的精神，而不是仅仅完成任务。

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