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出版者:武汉理工大学出版社

作者:陈国平、罗高作

出品人:

页数:270

译者:

出版时间:2006-11

价格:26.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787562924692

丛书系列:

图书标签:

• 理论力学
• 经典力学
• 物理学
• 高等教育
• 教材
• 大学物理
• 力学
• 牛顿力学
• 拉格朗日力学
• 哈密顿力学

现代天体物理学：从观测到理论的宏大图景 图书简介 本书旨在为对宇宙运行规律怀有浓厚兴趣的读者，构建一个全面而深入的现代天体物理学知识体系。我们不关注地球上的经典力学定律在宏观尺度下的具体应用，而是将目光投向浩瀚星际空间，探索从最小尺度的粒子相互作用到宇宙尺度结构演化的所有前沿科学问题。 本书的叙事逻辑遵循了现代天体物理学的核心线索：观测基础、关键物理过程的理论建模、以及最终的宇宙学背景。它将引导读者穿越时空，从遥远的宇宙微波背景辐射（CMB）到我们身处的太阳系边缘，解析那些驱动恒星诞生、死亡、星系形成以及暗物质和暗能量之谜的根本物理机制。 第一部分：观测的窗口与基本工具 本部分着重于现代天体物理学赖以生存的观测手段及其提供的数据基础。我们不会深入讲解描述物体运动状态的经典动力学，而是聚焦于电磁波谱在宇宙信息获取中的核心作用。 1. 电磁波谱的宇宙信使： 我们将详尽阐述从射电波段到伽马射线的各个窗口，它们分别揭示了宇宙中何种物理状态。例如，低温气体云如何通过21厘米谱线（中性氢的超精细结构跃迁）提供星系际介质的密度信息；黑洞吸积盘的X射线辐射如何揭示其周围物质的极端动力学；以及引力透镜效应如何利用时空弯曲来“称量”不可见的物质分布。 2. 非电磁信使的崛起： 现代天体物理学的革命性进展之一是多信使天文学的建立。本书将详细介绍引力波天文学的原理，包括LIGO/Virgo等探测器如何捕捉到双中子星并合、黑洞并合产生的时空涟漪，以及这些事件为检验强引力场下的物理效应提供了无可替代的参照。同时，对中微子天体物理学的探讨，将侧重于太阳内部的核反应、超新星爆发中的中微子闪光及其在揭示恒星核心坍缩机制中的关键作用。 3. 宇宙背景辐射的“婴儿照片”： 对宇宙微波背景（CMB）的分析是理解早期宇宙物理状态的基石。我们将探讨CMB的偶极子各向异性和温度涨落的各项同分布（anisotropy power spectrum），这些微小的温度差异直接编码了暴胀时期的量子涨落如何转化为今天的星系团结构。 第二部分：恒星的生命周期与能量来源 本部分专注于宇宙中最基本的发光实体——恒星——的演化。我们关注的重点是热力学、辐射传输和核物理如何共同决定恒星的生老病死，而非物体运动轨迹的解析解。 1. 恒星形成的引力不稳定与湍流： 恒星诞生于巨大的分子云。我们研究的是Jeans不稳定性判据如何确定初始引力塌缩的临界质量和尺度，以及在巨分子云内部，湍流如何通过消耗和传输角动量来促进核心的有效压缩。 2. 能量的产生与辐射传输： 本书将深入解析恒星内部的能量产生机制，包括质子-质子链反应（PP链）和碳氮氧循环（CNO循环），这些都是核物理截面决定的过程。随后，我们将分析能量如何通过辐射（光子扩散）和对流向外传输，建立起恒星结构方程（即压力、温度、密度、光度随半径变化的微分方程组），而非求解一个特定物体的运动路径。 3. 巨星的终结与致密天体的形成： 我们将详细剖析大质量恒星的核合成晚期阶段，即“洋葱状”核心结构，直至铁核的形成。这里的物理焦点在于费米简并压力（电子简并）在抵抗引力方面的极限（钱德拉塞卡极限），以及超越此极限后，电子俘获引发的核心突然塌缩过程，这直接导向了超新星爆发的机制，以及最终残留物——中子星或黑洞的物理性质。 第三部分：星系动力学与大规模结构 本部分将视角拉升到恒星群体的集合——星系，并探讨其形成、演化以及在宇宙网中的分布规律。我们关注的不是单个天体的位置如何随时间变化，而是统计学上的物质密度分布和引力场结构。 1. 星系运动的集体行为： 在描述星系内部运动时，我们主要依赖玻尔兹曼方程来描述星系中恒星速度分布的演化，这是统计力学在天体物理中的应用，而非牛顿力学在两个或三个质点系统中的解析解。我们通过维里定理（Virial Theorem）的广义应用来估算星系的总质量和暗物质晕的尺度。 2. 暗物质的引力效应： 本书将重点阐述“质量亏损”问题，即观测到的恒星运动速度远超可见物质所能提供的引力。我们将介绍旋转曲线的分析方法，证明了在星系晕中存在大量不可见的、只通过引力作用的物质——暗物质。并介绍冷暗物质（CDM）模型如何通过数值模拟成功再现星系和星系团的结构形成。 3. 星系团与宇宙网： 我们将探讨星系如何聚集形成星系团和超星系团，这些结构构成了宇宙中最大的“纤维状”网络。这需要用到流体力学和磁流体力学来描述星系团内热气体（ICM）的性质，以及宇宙结构的功率谱分析，这些都是基于大尺度涨落理论的。 第四部分：广义相对论与极端物理 本部分深入探讨在强引力场下，经典力学失效的领域，即爱因斯坦的广义相对论所主导的天体物理现象。 1. 黑洞的几何与视界： 我们将详细描述史瓦西（Schwarzschild）和克尔（Kerr）度规，核心在于理解时空弯曲的几何性质，而非物体的运动方程。我们将分析事件视界的物理意义，以及潮汐力如何使物体在接近视界时被“拉伸”和“撕裂”。 2. 活动星系核（AGN）与吸积盘物理： AGN是宇宙中最活跃的能量源之一。我们关注的是物质在极强引力场中落向超大质量黑洞时，如何通过粘滞耗散和磁场重联将引力势能高效转化为辐射能的过程。辐射谱的形成机制，如光球层的温度结构，是本节的重点。 第五部分：宇宙学模型与宇宙的命运 最后，本书将主题拓展到整个宇宙尺度，关注宇宙的起源、演化历史和终极命运。 1. 弗里德曼方程：宇宙的动力学： 我们将介绍宇宙学标准模型（$Lambda$CDM）的基础，即基于广义相对论推导出的弗里德曼方程。这些方程描述了宇宙尺度的膨胀因子如何依赖于物质、辐射和暗能量的密度参数。这里的关键是理解宇宙的膨胀率随时间的变化，而不是单个物体的运动学。 2. 暗能量与宇宙加速膨胀： 本书将聚焦于解释近二十年来最重大的发现之一：宇宙的加速膨胀。我们将分析宇宙学常数（$Lambda$）或更一般的暗能量模型如何影响弗里德曼方程，以及如何通过Ia型超新星观测来确定这种反引力的驱动力。 3. 暴胀理论与早期宇宙的统一： 最后，我们将探讨暴胀理论如何解决早期宇宙的视界问题、平坦性问题，并自然地产生出CMB中观测到的量子涨落的原始种子，从而将量子场论与宏观宇宙学结构联系起来。 本书的构建，旨在为读者提供一个理解宇宙的统一框架，这个框架建立在电磁学、核物理、统计力学、广义相对论以及现代粒子物理学的交叉领域之上，共同描绘出现代天体物理学的全景图。

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拿到这本《理论力学》真是意外之喜。我一直对物理世界背后的规律充满好奇，但又苦于找不到一本既严谨又不至于过于晦涩的书。这本书的封面设计简洁而有力，初读之下，我便被它清晰的逻辑和循序渐进的讲解所吸引。从最基础的牛顿定律讲起，作者似乎非常体贴读者，每一步推导都详细到令人发指，仿佛生怕你落下任何一个细微的环节。我尤其喜欢其中关于刚体运动的章节，作者用了一系列形象生动的例子，比如旋转的陀螺、飞速旋转的风扇，将抽象的角动量守恒原理讲得活灵活现。我反复琢磨了关于惯性张量的部分，虽然一开始觉得有些抽象，但随着例题的深入，我渐渐感受到了它在描述复杂运动时的强大之处。这本书不仅仅是知识的堆砌，更是一种思维方式的引导，它教会我如何用数学的语言去描述和理解物理现象，如何从纷繁复杂的运动中提炼出最本质的规律。拿到这本书已经有一段时间了，我每天都会抽空翻阅，每一次都有新的收获。它就像一位耐心而渊博的导师，引领我在理论力学的海洋里不断探索，让我对宇宙的运行有了更深刻的理解。

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这本书给我的感觉是，它不仅仅是一本教科书，更像是一本百科全书。我拿到它之后，迫不及待地翻阅了目录，发现其内容涵盖面非常广。从经典力学的基本原理，到高级的分析力学，再到一些前沿的应用领域，几乎无所不包。我尤其喜欢书中关于相对论力学部分的内容，虽然篇幅不算很长，但作者用非常精炼的语言，将狭义相对论中的一些核心概念，如质能方程和洛伦兹变换，解释得清晰明了。这对于我这样对物理学史和前沿理论感兴趣的读者来说，无疑是一大福音。我之前一直对黑洞和引力波这些概念很感兴趣，这本书中关于广义相对论的初步介绍，虽然还没有深入到复杂的张量计算，但已经让我对这些现象背后的基本物理原理有了一个大致的了解。作者在讲解时，并没有一味地堆砌公式，而是注重物理概念的清晰呈现，这对于我这样的初学者来说，大大降低了理解的难度。我还在犹豫是否要继续深入研究广义相对论，但这本书无疑为我打开了一扇新的大门。

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拿到这本《理论力学》，我最直观的感受就是它的“厚重感”，当然，这里指的并非物理重量，而是其知识体系的完整和严谨。我尤其欣赏书中关于约束以及如何处理约束的章节，作者花了大量的笔墨来讲解各种类型的约束，并给出了详细的处理方法，这对于理解复杂的力学系统至关重要。我之前在学习过程中，常常因为对约束的理解不到位而困惑，这本书则将这些难点逐一击破。我特别喜欢书中关于虚功原理的讲解，它以一种非常巧妙的方式回避了复杂的受力分析，直接从能量角度入手，让我对动力学方程的推导有了更深刻的理解。而且，书中还涉及到了很多非惯性系下的力学分析，比如离心力和科里奥利力，作者通过一些实例，将这些“虚拟”的力解释得非常透彻，让我能够更好地理解在加速参考系下物体的运动。这本书的语言风格非常朴实，没有太多华丽的辞藻，但每一个字都蕴含着深厚的物理思想，让我受益匪浅。

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我购买这本书的主要目的是希望能够系统地梳理一下我在本科阶段学习理论力学时的一些模糊不清的概念。这本书的优势在于它的逻辑严谨性和内容的深度。我最看重的是它对各种力学体系的统一性描述，比如作者是如何从牛顿力学逐步过渡到拉格朗日力学和哈密顿力学，并强调它们之间的联系和区别。这一点让我对力学理论的整体框架有了更清晰的认识。我反复研读了关于泊松括号和正则变换的部分，虽然一开始觉得这些概念有些抽象，但在作者详细的推导和丰富的例子支撑下，我逐渐理解了它们在描述系统演化和保积性上的重要作用。这本书不仅仅停留在理论层面，还涉及了很多实际应用，比如书中对机械臂运动学和动力学的分析，非常具体，让我看到了理论力学在机器人技术中的实际应用。我还在书中看到了关于统计力学的一些初步介绍，虽然篇幅不多，但已经让我对微观粒子的集体行为有了初步的认识。总的来说，这本书为我提供了一个非常全面的理论力学学习框架。

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不得不说，这本书在内容编排上颇具匠心。我一直觉得，好的教材不应该只是罗列公式和定理，更应该构建一个完整的知识体系。这本书在这方面做得相当出色。开篇对质点动力学和能量守恒的阐述，为后续章节打下了坚实的基础。我个人尤其欣赏关于变分原理的讲解，它以一种更宏观的视角审视力学问题，将拉格朗日方程和哈密顿方程的推导过程讲得通俗易懂，并且给出了大量实际应用的例子，让我看到了理论力学在解决复杂工程问题时的强大潜力。比如，书中对受迫振动的分析，就非常贴近实际工程中的共振现象，让我对如何避免和利用共振有了更清晰的认识。而且，作者在例题的设计上也花了心思，既有基础的计算题，也有一些需要深入思考的分析题，能够很好地检验读者对知识的掌握程度。我尝试着自己解决了一些书中比较难的题目，虽然花费了不少时间，但每当成功解决一个问题时，那种成就感是难以言喻的。这本书让我觉得，理论力学不再是枯燥的数学游戏，而是探索世界本质的一把利器。

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