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页数:119

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出版时间:2008-1

价格:12.00元

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isbn号码:9787504442260

丛书系列:

图书标签:

• 流体力学
• 物理学
• 工程学
• 流体动力学
• 流体静力学
• 计算流体力学
• 机械工程
• 水力学
• 传热学
• 工程数学

探寻宇宙的脉动：一部关于天体物理学的宏伟叙事 本书并非聚焦于流体的微观运动或工程应用，而是将视野投向浩瀚无垠的宇宙深处，深入探讨支配恒星、星系乃至整个宇宙演化的基本物理原理。这是一部旨在引导读者穿越时空隧道，直抵宇宙起源与终结边缘的天体物理学导论，它将物理学的严谨性与天文学的浪漫主义完美结合。 第一部分：宇宙的基石——基本物理框架 在深入研究特定的天体现象之前，我们必须建立起理解宇宙运行的坚实理论基础。本部分将系统回顾并应用那些在星际和星系尺度上起决定性作用的物理学分支。 1. 广义相对论的几何视角： 我们首先要理解引力在宇宙学中的角色。本书不会探讨牛顿式的万有引力定律，而是直接切入爱因斯坦的广义相对论。重点将放在黎曼几何对时空弯曲的描述上。我们将详细分析爱因斯坦场方程在球对称、静态场（如恒星和黑洞）以及弗里德曼-勒梅特-罗伯逊-沃尔克（FLRW）度规（用于描述均匀膨胀的宇宙）下的简化形式。读者将学习如何从时空曲率的角度理解引力的本质，以及如何计算光线在强引力场下的偏折，这是验证相对论的关键观测证据。 2. 高能辐射与粒子物理的交汇： 天体物理观测的绝大多数信息是通过电磁辐射传递的。我们将系统梳理电磁波谱，从射电波到伽马射线，并深入探讨特定辐射机制。重点在于同步辐射（电子在磁场中加速产生）、逆康普顿散射（低能光子被高能电子加热）以及黑体辐射（描述恒星表面温度的工具）。此外，宇宙射线（高能带电粒子）的加速机制，特别是涉及休克波的费米加速过程，将作为连接粒子物理与星际介质的重要环节被详细阐述。 3. 磁流体力学的宏观效应： 尽管我们不讨论具体的流体方程，但磁场在宇宙结构中的主导地位要求我们必须引入磁流体力学（MHD）的基本概念。我们将关注磁场冻结条件和阿尔芬波（磁场中的集体振荡）。在星际介质（ISM）和星系际介质（IGM）中，磁场不仅影响物质的输运和角动量损失，也是驱动恒星形成和喷流活动的关键力量。本章将侧重于这些宏观、平均化的磁场效应，而非湍流或粘性耗散。 第二部分：恒星的诞生、演化与死亡 本部分聚焦于宇宙中最基本、也是最活跃的结构——恒星。我们将追溯一颗恒星从星际云到最终残骸的完整生命周期。 4. 星云与原恒星的引力坍缩： 恒星的生命始于分子云的引力不稳定性。我们将分析珍斯不稳定性判据，确定何种尺度的云团能够开始坍缩。随后，重点讨论原恒星阶段，即引力势能转化为热能的过程。我们将使用平均场近似来计算核心温度和密度的上升，并解释特拉普星（T Tauri）星在吸积盘和双极喷流驱动下的特征。 5. 恒星内部的能量平衡： 一旦核心温度达到点燃核聚变的门槛，恒星便进入主序阶段。本书将详细分析能量产生机制，主要集中于质子-质子链反应（P-P链）和碳氮氧循环（CNO循环）的反应率与温度依赖性。随后，我们将探讨能量如何在核心向外输运：通过辐射压（光子随机游走）和对流（等温物质团块的运动）。对流-辐射边界的确定对于构建准确的恒星结构模型至关重要。 6. 巨星阶段与元素合成： 当核心氢耗尽，恒星结构发生剧变。我们将研究红巨星分支的演化，特别是氦核的氦闪现象。在恒星的晚期，通过热核燃点过程，元素不断被“锻造”出来，包括碳、氧、氖直至铁的生成。本书将详尽描述热不稳定性导致的质量抛射，以及渐近巨星分支（AGB）阶段的脉动和富重元素外层的散失。 7. 恒星的终极命运：白矮星、中子星与黑洞： 恒星的残骸取决于其初始质量。对于低质量恒星，我们将探讨简并压力如何抵抗引力，形成白矮星，并分析钱德拉塞卡极限的物理意义。对于大质量恒星，我们将分析铁核不稳定性如何触发灾难性的II型超新星爆发。最后，我们将深入探讨中子星的内部结构（依赖于状态方程的极限）和黑洞的视界——这一理论上最极端的引力场区域。 第三部分：星系、宇宙学与前沿课题 超越单个恒星的范畴，本部分将把视角扩展到星系团的尺度，并探讨支配整个时空演化的宇宙学模型。 8. 星系的形成与动力学： 我们将从暗物质晕的假说出发，探讨星系如何在其周围的弥散物质中形成。书中将应用维里定理来估算星系团的质量，并解释旋转曲线如何揭示暗物质的存在。星系的形态（旋涡、椭圆）将被解释为它们形成历史和相互作用的结果，重点关注星系并合和潮汐瓦解过程。 9. 活动星系核（AGN）与极端能量输出： 许多星系中心存在着极其明亮的活动核心。我们将详细剖析标准AGN模型：一个由超大质量黑洞（SMBH）吸积物质形成的高温吸积盘，以及由磁场驱动产生的相对论性喷流。我们将分类讨论类星体、射电星系和耀变体，并将它们的能谱与我们之前讨论的辐射机制联系起来。 10. 宇宙学的标准模型：ΛCDM： 本章将阐述当前描述宇宙整体结构和演化的ΛCDM模型。我们将从宇宙微波背景辐射（CMB）的观测证据出发，讨论暴胀理论对平坦性和均匀性的解释。重点分析暗能量（Λ）对宇宙加速膨胀的贡献，以及冷暗物质（CDM）如何提供结构形成的“种子”。读者将学习如何通过哈勃常数和重子声学振荡（BAO）来量化宇宙的组成成分和膨胀历史。 11. 宇宙的未来与未解之谜： 最后，我们将探讨基于当前ΛCDM模型的几种可能的宇宙终极命运，如“大撕裂”或“热寂”。同时，本书也将诚实地列出当前天体物理学面临的核心挑战，例如暗物质的粒子性质、暗能量的本质，以及如何将量子力学与广义相对论统一起来的探索——即量子引力的幽灵。 本书的宗旨是提供一个全面、深入且与时俱进的知识框架，使读者能够理解我们所处的宇宙是如何运作的，而不是关注其内部流体的具体运动规律。每一章节都建立在前一章节的物理基础之上，确保读者能够构建起一个连贯、宏大的宇宙图景。

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