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出版者:Vieweg+Teubner Verlag

作者:Igor Dmitrijewitsch Nowikow

出品人:

页数:92

译者:

出版时间:1989-1-1

价格:EUR 54.99

装帧:平装

isbn号码:9783322003263

丛书系列:Kleine Naturwissenschaftliche Bibliothek

图书标签:

• 黑洞
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《星际航行的奥秘：从牛顿到爱因斯坦的宇宙观演变》 导言：人类对宇宙永恒的好奇 自古以来，人类的目光便被头顶那片浩瀚的夜空所吸引。从早期的天文学观测到伽利略的望远镜突破，再到牛顿的万有引力定律，我们对宇宙的理解经历了一次又一次的飞跃。本书旨在梳理这条宏伟的知识长河，深入探讨经典物理学如何奠定我们对空间、时间和物质相互作用的最初框架，并最终如何被二十世纪的革命性理论所颠覆和扩展。我们将聚焦于引力理论的演进，探究从行星轨道到光线弯曲的思维转变，为读者构建一个清晰的、不依赖于黑洞概念的宇宙图景。 第一部分：古典宇宙的基石——牛顿的引力与机械论世界 第一章：天上与地下的统一 本章将详述艾萨克·牛顿爵士如何通过其里程碑式的著作《自然哲学的数学原理》统一了天体运动与地面物体运动的规律。我们将详细剖析万有引力定律——$F = G frac{m_1 m_2}{r^2}$——的数学结构和哲学意义。牛顿的引力是一种“超距作用”，它瞬间传递，描绘了一个由绝对时间、绝对空间和可预测运动构成的机械宇宙。我们将分析开普勒三定律如何被牛顿理论完美地解释和推导出来，并探讨牛顿方法论在天体力学中的巨大成功，例如对彗星轨道的精确预测。本章将重点阐述经典力学如何构建了一个清晰、可测量的宇宙模型，其中一切皆是因果相连、可计算的。 第二章：时空的绝对舞台 在牛顿的框架中，时间和空间被视为独立于其中物质运动的、永恒不变的背景。空间是三维的欧几里得几何结构，时间是均匀流淌的河流。本章将探讨这种绝对时空观在17、18世纪物理学中的核心地位。我们将通过分析诸如钟摆实验、对月球运动的微小修正等经典案例，来展示这一模型的精确性及其在航海、制图等实践领域的巨大应用。我们将深入研究拉格朗日和哈密顿对经典力学的形式化工作，展示如何在不诉诸超距作用的神秘性的情况下，用能量和动量来描述系统的演化，为后续的理论发展留下铺垫。 第三部分：光与以太的争论——对经典模型的首次冲击 第三章：光的本性之谜 在十九世纪，关于光的本质的争论达到了白热化。本章将回顾惠更斯的光波动说与牛顿的微粒说之间的较量。我们将重点关注托马斯·杨的双缝干涉实验，这个实验无可辩驳地证明了光的波动特性，迫使物理学家接受光的“波”模型。然而，如果光是波，那么它必须在某种介质中传播——这引出了“以太”的概念。 第四章：以太的幽灵与迈克尔逊-莫雷的实验 以太被假定为充满整个宇宙的、刚性的、透明的介质，是承载光波的绝对参考系。本章将详细介绍迈克尔逊和莫雷设计的精妙实验，旨在测量地球相对于这一假想以太的运动速度。实验结果的“零漂移”是科学史上最令人困惑的发现之一：无论地球如何运动，光速似乎在所有方向上都保持恒定。这一结果直接冲击了牛顿的绝对时空观和基于以太的波动理论，预示着一个更深层次的物理革命的到来。 第三部分：新物理学的曙光——狭义相对论的诞生 第五章：洛伦兹变换的代数美学 面对迈克尔逊-莫雷实验的困境，物理学家们开始寻找新的数学工具来描述电磁现象。本章将聚焦于亨德里克·洛伦兹和庞加莱的工作，他们发展出了一套数学变换（洛伦兹变换），可以完美地解释电磁学方程，同时保持光速不变的观测结果。我们将详细拆解这些变换的结构，展示它们如何暗示时间流逝和空间长度测量依赖于观察者的运动状态。 第六章：爱因斯坦的时空革命 本章将转入阿尔伯特·爱因斯坦在1905年提出的狭义相对论。我们将阐述其两大基本假设：光速不变原理和相对性原理。重点在于，爱因斯坦没有试图修补以太理论，而是果断地放弃了牛顿的绝对时空观。我们将详细探讨狭义相对论带来的革命性后果：时间膨胀（运动的时钟变慢）、长度收缩（运动的物体变短），以及质量与能量的等价性（$E=mc^2$）。这些概念彻底重塑了我们对宇宙基本构成的理解，将时间和空间编织成一个统一的、动态的“时空”结构，但仍局限于惯性参考系。 第四部分：超越惯性系——引力的几何化 第七章：等效原理与引力的再定义 狭义相对论成功地描述了匀速直线运动，但无法处理加速运动和引力。本章将介绍爱因斯坦的关键洞察——等效原理，即引力效应与加速运动的效应在局部是无法区分的。这一原理成为爱因斯坦通往更深层理论的桥梁。我们将探讨如何将引力视为物体在弯曲时空中运动的体现，而不是一种超距作用力。 第八章：黎曼几何与时空弯曲的蓝图 要描述引力，就需要新的数学工具。本章将介绍黎曼几何（微分几何）如何被应用于描述弯曲的四维时空。我们将解释度规张量（Metric Tensor）如何编码了时空的几何结构，以及物质和能量如何“告诉”时空如何弯曲，而时空则“告诉”物质如何运动（测地线）。本书将详细阐述爱因斯坦场方程（不含具体求解，但强调其张量结构和物理意义），展示引力如何被完全几何化，从而完成了从牛顿力学到现代宇宙学的根本性过渡。我们将讨论这一理论对水星近日点进动等经典难题的精确解释，及其对光线在引力场中弯曲的预测。 结论：一个动态且相互关联的宇宙 通过对牛顿经典物理学到爱因斯坦广义相对论的演进历程的全面回顾，本书展示了人类认识自然的逻辑性和颠覆性。我们从一个由绝对规则主宰的静态宇宙，走向了一个由时空几何决定的、动态的、相互关联的宇宙结构。这种思想的进步，是建立在严谨的数学推导和对实验数据无畏挑战的基础之上的，它为我们理解宏观宇宙的结构和演化提供了最坚实的理论框架。

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这本书的结构安排十分精巧，从最基础的概念入手，逐步深入到最前沿的理论研究，仿佛一条精心铺设的道路，引领着读者一步步探索黑洞的奥秘。作者在介绍黑洞的基础知识时，并没有采用枯燥的定义堆砌，而是通过对历史发展的回顾，讲述了人类认识黑洞的过程，这使得学习过程充满了故事性和人文色彩。我尤其喜欢书中关于“史瓦西半径”的讲解，作者用简洁明了的数学公式和生动形象的比喻，解释了黑洞形成的关键参数，让我这个非物理专业的读者也能够轻松理解。随后，他详细阐述了不同类型的黑洞，从恒星级黑洞的形成机制，到超大质量黑洞在星系中心的普遍存在，以及它们对星系动力学的影响，都进行了深入浅出的分析。书中关于黑洞合并的模拟图像和相关理论，更是让我惊叹于宇宙演化的壮丽与复杂。我反复阅读了关于“彭罗斯过程”的章节，它揭示了黑洞能量提取的潜在机制，这一理论的出现，让我对黑洞的理解不再局限于“吞噬”这一单一概念。作者还对黑洞的“霍金辐射”进行了详尽的论述，它打破了黑洞永恒不变的认知，揭示了黑洞蒸发这一惊人的现象，这让我对宇宙的终极命运产生了更深刻的思考。此外，书中对黑洞与虫洞、时间旅行等科幻概念的科学解读，也满足了我对宇宙的无限遐想。作者并没有回避当前科学研究中的未知和争议，而是以一种开放的态度，引导读者去思考这些问题，这种科学的审慎和探索的精神，让我受益匪浅。

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这本书的语言风格典雅而富有感染力，作者仿佛一位经验丰富的向导，带领我在浩瀚的宇宙中漫步，探寻黑洞的神秘踪迹。他善于运用生动的比喻和形象的描述，将那些抽象而深奥的物理概念，转化为易于理解的画面。我印象最深刻的是，作者在描述黑洞视界时，将其比作一个“不可逾越的边界”，任何进入其中的物质，都将注定无法返回，这种描绘充满了戏剧性的张力。他对黑洞形成过程的阐述，更是将恒星生命的终结描绘成一幅波澜壮阔的宇宙画卷，从恒星的坍缩到中子星的形成，再到最终黑洞的诞生，每一个环节都充满了力量感。书中关于黑洞对时空扭曲的解释，更是让我领略到爱因斯坦广义相对论的魅力。作者用直观的图示和翔实的例子，展示了黑洞如何弯曲时空的几何结构，从而影响到附近物质的运动轨迹。我尤其对书中关于“引力透镜”的章节感到着迷，它解释了黑洞如何通过弯曲光线，来放大和扭曲遥远天体的图像，这使得我们能够间接观测到这些隐藏的宇宙巨兽。作者还深入探讨了超大质量黑洞在星系演化中的关键作用，它们不仅能够为新恒星的形成提供能量，也能够通过喷流效应抑制过度的恒星形成，这种微妙的平衡机制，让我对宇宙的精妙设计赞叹不已。此外，书中关于黑洞“信息悖论”的讨论，更是将读者带入了物理学最前沿的辩论之中，作者在其中展现的逻辑严谨和思想深度，让我由衷钦佩。

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这本书的图片和图表运用得恰到好处，极大地增强了阅读的沉浸感和理解的深度。作者并没有简单地堆砌复杂的公式，而是通过精美的艺术化处理，将黑洞的各种形态和与之相关的宇宙现象，栩栩如生地呈现在读者面前。我尤其喜欢书中关于黑洞吸积盘的模拟图，那炽热旋转的物质盘，散发出耀眼的光芒，仿佛宇宙中最壮丽的“舞台”。这些图像不仅美观，更重要的是，它们为我理解黑洞的形成、演化以及它们与周围环境的相互作用，提供了直观的视觉线索。书中关于黑洞视界的示意图，以及对“潮汐力”效应的图解，都让我对黑洞的极端物理环境有了更为清晰的认识。我反复研究了书中关于“引力波”探测的图示，它展示了两个黑洞合并时产生的时空涟漪，如何被地球上的探测器捕捉到，这种跨越时空的对话，让我感受到人类探索宇宙的伟大力量。作者还提供了许多关于星系中心超大质量黑洞的观测图像，这些图像展示了黑洞对周围恒星运动的强有力影响，以及由此产生的耀眼射流，这些画面无疑为我打开了认识宇宙的新窗口。书中关于“霍金辐射”的示意图，虽然抽象，但却巧妙地解释了黑洞并非完全“黑暗”的，而是会释放出微弱的粒子流，这种细致入微的插图，充分体现了作者的良苦用心。

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这本书的理论深度令人赞叹，作者在阐述黑洞的奥秘时，并没有回避那些复杂的物理原理，而是深入浅出地对其进行了剖析。他将黑洞的形成机制，从大质量恒星的引力坍缩，到中子星的超密度状态，再到最终黑洞的诞生，进行了详尽的论述。我尤其欣赏作者在解释“奇点”概念时的严谨性，他承认这是目前物理学理论的边界，但同时又引导读者去思考，这个边界本身所蕴含的无限可能性。书中关于超大质量黑洞的研究，更是让我看到了它们在星系形成和演化中的关键作用，比如它们如何通过喷流来调节恒星的形成速率，以及它们如何影响星系的动力学行为。我反复阅读了关于“黑洞合并”的章节，作者将两个黑洞相互吸引、最终融合的过程描绘得惊心动魄，并解释了在此过程中释放出的巨大能量，即引力波，这让我对宇宙的能量转换有了更深刻的认识。此外，书中关于黑洞“信息悖论”的讨论，更是将读者带入了物理学最前沿的思辨之中，作者在其中展现的逻辑严谨和对未知的好奇，让我深受启发。

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这本书的文字充满了力量，每一句话都像是在叩击我内心深处对宇宙奥秘的求知欲。作者在描述黑洞形成时，那种宏大壮丽的景象，仿佛在我眼前真实上演。他没有回避科学的严谨性，但却用一种近乎艺术家般的细腻笔触，勾勒出恒星坍缩的惊心动魄。我尤其欣赏作者在解释“奇点”概念时所展现出的深刻洞察力。他承认这是一个我们目前物理学理论的边界，但同时又引导我们去思考，这个边界本身所蕴含的无限可能性。书中对黑洞视界的描绘，更是让我对“看不见”的宇宙深处充满了想象。作者通过对事件视界的精确定义，以及它对时间和空间产生的扭曲效应，为我打开了一个全新的视角。我反复阅读了关于黑洞潮汐力如何撕裂靠近它的物质的章节，那种“意面化”的描述，虽然充满了科学的冷酷，却也展现了宇宙中最极端力量的魅力。对于黑洞在宇宙中的普遍性，以及它们如何影响星系盘的形成和演化，作者提供了详实的数据和理论分析。我尤其对书中所提及的“吸积盘”以及从中发出的耀眼辐射的解释感到着迷。它揭示了即使是宇宙中最黑暗的角落，也可能蕴藏着惊人的能量和光芒。作者还大胆地触及了黑洞作为宇宙“连接点”的猜想，虽然这些理论尚属前沿，但这种对未知边界的探索精神，正是这本书最吸引我的地方。阅读过程中，我时常会停下来，仰望星空，试图将书中的知识与现实宇宙联系起来。这本书不仅是一次知识的获取，更是一次精神的洗礼，它让我对宇宙的宏伟和自身的渺小有了更深刻的认识。

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这本书的封面就足以让人着迷，那深邃的黑色背景，点缀着几颗遥远的星光，仿佛直接将我拉入了宇宙的无垠之中。书名“Schwarze Löcher im All”（宇宙中的黑洞）更是精准地抓住了我内心深处对未知的好奇，我一直对那些吞噬一切，连光都无法逃脱的神秘天体充满了敬畏和向往。翻开书页，首先映入眼帘的是作者的序言，他用一种近乎诗意的语言描述了黑洞的诞生、演化以及它们在宇宙结构中的关键作用。阅读过程中，我能感受到作者在字里行间流露出的对宇宙学深厚的热爱和扎实的知识储备。他并没有使用过于晦涩难懂的术语，而是巧妙地运用类比和生动的描述，将那些抽象的概念具象化，比如将黑洞的引力比作一个巨大的漩涡，将视界比作一道无形的门槛。对于像我这样并非专业背景的读者来说，这种深入浅出的讲解方式至关重要，它让我在享受阅读乐趣的同时，也能逐步建立起对黑洞的科学认知。书中对黑洞不同类型的介绍，从恒星级黑洞到超大质量黑洞，再到理论上的原初黑洞，都让我大开眼界。尤其是关于超大质量黑洞如何影响星系形成和演化的部分，更是让我对宇宙的宏大尺度和复杂相互作用有了全新的理解。作者还深入探讨了黑洞对时空结构的影响，爱因斯坦的广义相对论在这里得到了生动的体现。我特别喜欢书中关于“霍金辐射”的章节，它解释了黑洞并非真正意义上的“不归点”，而是可以通过微弱的辐射逐渐蒸发，这一颠覆性的观点让我对黑洞的认识再次升华。整本书的叙事节奏把握得恰到好处，既有严谨的科学分析，也有引人入胜的故事性，让我在沉浸于知识海洋的同时，也能体验到探索未知的激动。

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这本书的语言风格具有一种独特的魅力，作者在阐述黑洞的奥秘时，并没有使用过于专业的术语，而是巧妙地运用了大量的比喻和类比，让那些深奥的科学概念变得易于理解。他将黑洞的“视界”比作一个“宇宙的边界”，一旦越过，就再也无法逃脱，这种生动的描绘，让我瞬间领会了其核心含义。我对书中关于恒星质量和黑洞形成关系的解释印象深刻，作者将其比作一个“临界点”，一旦恒星的质量超过这个点，它就注定走向黑洞的命运，这种形象的比喻，让我对黑洞的诞生有了更直观的认识。书中关于超大质量黑洞在星系中心扮演角色的分析，更是让我看到了黑洞并非只是宇宙中的“孤家寡人”，它们也可能是星系演化的“引擎”，这种辩证的观点，让我对黑洞有了更全面的认识。我反复阅读了关于“引力透镜”的章节，作者将黑洞的引力作用比作一个巨大的“放大镜”，能够扭曲和放大遥远天体的图像，这种将抽象概念具体化的能力，让我对宇宙的观测方式有了新的理解。此外，书中关于黑洞“蒸发”的理论，即“霍金辐射”，更是将读者带入了物理学最前沿的思辨之中，作者在其中展现的逻辑严谨和对未知的好奇，让我深受启发。

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这本书的论证过程严谨而富有逻辑性，作者在每一个观点提出时，都会辅以详实的科学依据和理论推导，让读者在理解黑洞的奥秘时，能够建立起扎实的知识基础。他并没有将科学理论简单地呈现出来，而是循序渐进地引导读者去思考，去理解这些理论是如何被建立起来的。我尤其欣赏作者在解释“引力”这一核心概念时，是如何从牛顿的万有引力定律，逐步过渡到爱因斯坦的广义相对论，这种历史性的梳理，让我能够更深刻地理解引力理论的演进。他对黑洞形成条件的论述，从恒星质量的阈值，到超新星爆发的机制，都进行了细致的分析，让我能够理解黑洞的诞生并非偶然。书中关于黑洞“视界”的数学描述，虽然包含了一些公式，但作者都给出了清晰的解释，说明了这些公式是如何体现黑洞的特性，比如半径与质量的关系，以及它对光线的弯曲程度。我反复阅读了关于“霍金辐射”的理论推导过程，作者在其中展示了量子力学和广义相对论的巧妙结合，以及由此产生的关于黑洞蒸发的惊人结论，这种理论的深度和广度，让我感到无比震撼。此外，书中对黑洞在宇宙学中的作用的讨论，比如它们如何影响宇宙大尺度结构的形成，以及它们与暗物质、暗能量之间的潜在联系，都展现了作者对宇宙学前沿研究的深刻理解。

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这本书的叙事节奏把握得非常出色，作者在讲述黑洞的奥秘时，既有对科学细节的深入挖掘，也有对宇宙宏大图景的描绘，让读者在沉浸于知识的同时，也能体验到探索的乐趣。他并没有将科学知识当作枯燥的“灌输”，而是巧妙地将它们融入到引人入胜的叙事之中。我尤其喜欢书中关于他对黑洞观测历史的回顾，从最初的理论推测，到后来通过射电望远镜、X射线望远镜以及引力波探测器等先进设备获得的直接证据，这种探索的过程本身就充满着戏剧性。他对黑洞形成机制的解释，从大质量恒星的死亡，到中子星的坍缩，再到最终黑洞的诞生，每一个环节都描绘得生动形象，仿佛一部宇宙演化的史诗。书中对超大质量黑洞的研究，更是让我看到了它们在星系形成和演化中的关键作用，比如它们如何通过喷流来调节恒星的形成速率，以及它们如何影响星系的动力学行为。我反复阅读了关于“吸积盘”的章节，作者将那些炽热旋转的物质盘描绘得如同宇宙中最活跃的“熔炉”，它们在黑洞的引力作用下，释放出耀眼的X射线辐射，为我们提供了观测黑洞的重要线索。此外，书中关于黑洞“信息悖论”的讨论，更是将读者带入了物理学最前沿的思辨之中，作者在其中展现的逻辑严谨和对未知的好奇，让我深受启发。

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这本书的写作风格非常独特，作者以一种非常个人化的视角，将自己对黑洞的探索历程娓娓道来，让读者在阅读时，仿佛与一位智者进行着深入的交流。他并没有刻意去追求华丽的辞藻，而是用最朴实、最真诚的语言，阐述那些深奥的科学原理。我尤其喜欢书中关于他第一次接触黑洞概念时的那种震撼与好奇的描述，这种真实的情感流露，拉近了读者与作者之间的距离，也点燃了我内心深处的求知欲。他对黑洞形成过程的讲解，并没有局限于物理学公式，而是更多地从“故事”的角度去阐述，比如将恒星的死亡描绘成宇宙中的一场壮丽的“告别”。我对书中关于黑洞“视界”的讨论印象深刻，作者将其比作一个“单程票”，一旦越过，就再也无法回头，这种简洁而精准的比喻，让我瞬间领会了其核心含义。书中对超大质量黑洞在星系中心扮演角色的分析，更是让我看到了黑洞并非只是宇宙中的“吞噬者”，它们也可能是星系发展的“驱动力”，这种辩证的观点，让我对黑洞有了更全面的认识。我反复阅读了关于“吸积盘”的章节，作者将那些高速旋转的物质盘描述得如同宇宙中的“生命之火”，它们不仅释放出巨大的能量，也成为了我们观测黑洞的重要窗口。此外，书中关于黑洞“信息悖论”的探讨，更是将读者带入了物理学最前沿的思辨之中，作者在其中展现的逻辑推理和对未知的好奇，让我深受启发。

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