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页数:382

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出版时间:2009-6

价格:36.00元

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isbn号码:9787030239952

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• 物理学
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• 大学物理
• 力学
• 牛顿力学
• 拉格朗日力学
• 哈密顿力学

《宇宙的织锦：从微观粒子到宏大星系的演化与结构》 本书简介： 《宇宙的织锦》并非聚焦于经典力学的严谨推导与力学分析，而是将视角投向一个更为宏大、更为动态的领域：宇宙学与天体物理学。本书旨在为读者构建一幅跨越数十亿光年的宇宙图景，探讨物质在极端条件下的行为、时空的弯曲特性，以及宇宙自诞生至今所经历的深刻变革。 第一部分：时空的涟漪与基础的重塑 本书伊始，我们将暂别地面上的惯性系与能量守恒的经典描述，转而探索在引力场中，时空本身如何成为物质的舞台与参与者。 第一章：时空几何的哲学与物理 本章深入剖析爱因斯坦的广义相对论，但侧重点在于其宇宙学意义而非张量代数。我们将探讨黎曼几何如何提供描述引力的新语言，并解释为什么质量和能量决定了时空的曲率。重点分析度规张量（Metric Tensor）在描述事件间隔中的作用，以及如何通过这一框架理解引力不再是“力”，而是时空的形变。我们不会详述拉格朗日或哈密顿力学在解决这些问题时的局限性，而是着重于其带来的概念革命。 第二章：奇点的召唤与黑洞的边界 本章聚焦于时空结构中最极端、最引人入胜的现象——黑洞。我们将从史瓦西解开始，详细描述无旋转、不带电荷黑洞的结构，包括事件视界（Event Horizon）的物理意义及其不可逆性。随后，我们将探讨克尔黑洞（Kerr Black Hole），分析其内部的奇点结构（环状奇点）以及能层（Ergosphere）的概念，解释为何此处可以提取能量。理论力学中的能量概念在这里被拓展至广义的能量提取过程，例如彭罗斯过程（Penrose Process），但分析的焦点在于时空几何如何允许这种能量的释放，而非力学的平衡态分析。 第三章：宇宙的膨胀与红移的意义 本章转向宇宙学尺度，探讨弗里德曼-勒梅特-罗伯逊-沃尔克（FLRW）度规。我们将详细描述宇宙学原理（各向同性和均匀性假设），并解释这些假设如何导出描述宇宙动力学演化的弗里德曼方程。红移（Redshift）将作为核心概念进行阐述，它不仅仅是多普勒效应的延伸，更是空间本身的膨胀的直接证据。我们不会涉及刚体运动或质点间的相对速度计算，而是关注光子在膨胀背景下波长如何被拉伸，以及这如何揭示了宇宙的年龄和膨胀速率（哈勃常数）。 第二部分：物质的演化与结构的形成 宇宙在膨胀的同时，物质的分布和形态经历了从均匀到结构化的复杂过程。本部分将追踪这些演化的足迹。 第四章：早期宇宙的等离子体海洋 本章描绘大爆炸后瞬间到宇宙微波背景（CMB）辐射发出的过渡阶段。我们将描述宇宙的暴胀时期（Inflation），解释它如何解决了视界问题和平坦性问题，以及暴胀如何播撒了后来的结构形成所需的微小密度涨落。重点探讨早期宇宙的热平衡与相变，例如夸克-胶子等离子体的退耦合，以及核合成（Nucleosynthesis）过程中轻元素（氢、氦、锂）的丰度如何被精确设定。力学在此阶段体现为流体动力学在极高能量密度下的行为，但核心在于热力学和粒子物理学的交叉点。 第五章：星系的诞生与暗物质的骨架 结构形成的驱动力是引力的不稳定性。本章详细分析了物质密度涨落在线性引力作用下的增长模型。我们将深入讨论冷暗物质（CDM）在构建宇宙结构中的核心作用——作为引力的“骨架”。我们将探讨暗物质晕的形成，以及普通物质（重子）如何沉降到这些势阱中形成星系。本书将对比不同尺度的结构形成模拟（例如，小尺度并合主导的自下而上模型），并分析观测到的星系形态与这些理论预测的一致性。对于星系旋转曲线的分析，将主要侧重于通过牛顿引力修正（即暗物质存在）来解释观测，而非深入探讨经典理论力学如何处理多体问题中的轨道稳定性。 第六章：恒星的生命周期与元素的熔炉 本章将恒星的演化视为宇宙中物质处理的工厂。我们将描述恒星如何通过引力坍缩点燃核聚变，以及主序星阶段的氢燃烧过程。分析的重点在于恒星内部的压力平衡——辐射压、气体压和引力之间的动态平衡。我们将详述红巨星的形成、渐近巨星分支（AGB）以及最终的白矮星、中子星或黑洞的结局。重点讨论超新星爆发（特别是Ia型和II型）作为重元素（碳、氧、硅直至铁）的制造车间，解释这些元素如何被抛洒到星际介质中，为下一代恒星和行星的形成提供原材料。 第三部分：极端的环境与未解的谜团 本书的最后一部分将探索宇宙中最极端的天体物理现象和当前研究的前沿。 第七章：引力波的探测与时空的震颤 本章专注于引力波天文学。我们将解释引力波的物理本质——时空曲率的传播。重点分析双黑洞或双中子星并合事件产生的波形（Waveform），这些波形包含了关于合并体质量、自旋和最终合并后黑洞属性的宝贵信息。我们将讨论LIGO/Virgo等探测器的工作原理，以及这些探测如何提供对广义相对论在强场区域的直接验证，这远超经典力学所能描述的范畴。 第八章：暗能量与宇宙的终极命运 本书以宇宙学的最大谜团收尾——暗能量。我们将回顾哈勃太空望远镜对Ia型超新星的观测，这些观测揭示了宇宙膨胀正在加速。我们将讨论暗能量的几种主要模型，特别是宇宙学常数（Λ），并解释为什么它会导致负压，从而产生一种排斥性的引力效应。我们将探讨基于这些模型的宇宙学未来：是加速膨胀直至“大撕裂”（Big Rip），还是演变为其他更温和的结局。本书的结论将聚焦于当前理论模型与观测结果之间的不一致性，以及对统一引力理论的持续探索。 本书的阅读对象是那些对宇宙的宏大结构、时空的本质以及物质在极端条件下的行为充满好奇的读者，它建立在坚实的物理学基础之上，但其核心在于描绘宇宙的演化剧本，而非系统地教授力学分析方法。

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这本书的装帧和排版设计，说实话，是有些过时的。封面设计非常朴素，那种年代感很强的字体和配色，让人一看就知道这是一本严肃的学术著作，而不是市面上那些为了吸引眼球而花哨的教材。内页的纸张质量尚可，但油墨的深浅似乎不太均匀，偶尔会遇到一些印刷不太清晰的地方，尤其是在那些涉及复杂矢量图示的部分，这让我查找特定符号时偶尔会感到困扰。更让我有些不适应的是，书中对图示的依赖性似乎过高，很多关键的物理图像都依赖于读者自行想象或者参照那些略显陈旧的黑白插图来理解。如果能增加一些现代感更强、清晰度更高的三维动态示意图，哪怕只是在关键概念处使用彩色印刷，我想对于提升读者的学习体验会有极大的帮助。总而言之，从外在的感官体验来说，它更像是一部经典老文献的重印，而非一本面向当代学生的、经过精心打磨的教学用书。

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我尝试用这本书来准备一个比较深入的力学专题报告，结果发现它更偏向于理论体系的完整构建，而非具体应用案例的展示。书中确实提到了不少经典问题，比如单摆、陀螺仪的运动，但对这些问题的探讨往往止步于推导出微分方程或最小作用量原理的表达形式。真正有价值的数值解、实际工程中的简化模型，或者与现代物理（比如非线性动力学）的衔接，在正文中的篇幅非常有限。我不得不花费大量时间去查找大量的补充文献，试图将书本上高度抽象的数学形式，落地到可以进行实际计算和模拟的层面。比如，当我们讨论到刚体的转动惯量时，书本给出了张量形式的定义，但对于如何利用CAD模型或实际测量数据来确定这些参数，几乎没有涉及。因此，对于那些希望快速掌握解决实际工程问题的读者来说，这本书可能略显“高屋建瓴”了些，它更像是为未来的理论研究者铺设了一条坚实的基础轨道。

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拿到这本《理论力学》后，我着实花了好一番功夫才啃下来。坦白说，这本书的叙述方式对我这个初学者来说，简直像是在攀登一座陡峭的山峰。开篇的那些基础概念，比如质点、刚体、约束这些，作者用了大量的篇幅去定义和推导，每一个公式的出现都伴随着冗长而严谨的数学论证。我记得最清楚的是关于虚功原理的那几章，那抽象的几何表达和微积分的混合应用，让我感觉仿佛回到了高等数学的战场。很多时候，我需要反复阅读同一段落，甚至需要借助其他参考书的通俗解释，才能勉强跟上作者的思路。书中对拉格朗日方程和哈密顿正则方程的推导过程，虽然逻辑上无懈可击，但对于非物理专业背景的读者，就像是在阅读一份高度加密的密码本。不过，一旦攻克了这些难关，那种豁然开朗的感觉也是无与伦比的。它迫使你不仅仅是记住公式，更是要理解力学现象背后的深层数学结构。这本书的习题难度也颇高，很多题目都需要综合运用好几章的知识点，才能找到那个唯一的突破口，这无疑是对读者综合分析能力的极限考验。

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阅读这本书的过程，与其说是学习，不如说是一场智力上的马拉松。它的深度令人敬畏，但相应的，它的阅读体验也带有一种古典的、略显枯燥的仪式感。全书的语言风格非常克制和精确，几乎没有使用任何修辞手法，每一个句子都像是一个数学命题的陈述，充满了逻辑的确定性。你很难在其中找到任何个人化的表达或者启发性的比喻。这种风格的好处在于极大地减少了歧义，保证了理论的纯粹性；但其弊端也很明显——它在情感上与读者保持着一种疏离的距离。我常常觉得，这本书像是一位沉默的、极其博学的导师，他将所有真理都以最严谨的形式摆在面前，但却要求你自行去领悟其背后的物理直觉。对于那些渴望在学习物理时，能感受到“美感”和“趣味性”的读者，这本书可能需要搭配一些更具启发性的辅助读物才能达到最佳的学习效果。

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这本书的学术贡献和历史地位是毋庸置疑的，它无疑是该领域内一座难以逾越的里程碑。然而，从教学法和现代认知科学的角度来看，它的结构组织存在一些挑战。作者似乎是按照“从最一般到最特殊”的逻辑来构建知识体系的，也就是说，上来就从分析力学的基本公理出发，然后层层递进。这种结构对于已经有扎实基础的学者来说是高效的，因为它能迅速建立起宏观的框架。但对于初学者而言，这种“先见森林后见树木”的教学方式，很容易在最开始就产生强烈的挫败感。如果能有一个“引子”章节，先用几个简单的、大家熟悉的宏观现象（比如抛物线运动）来激发兴趣，然后再慢慢引入那些繁复的数学工具，效果可能会好很多。现在的内容安排，更像是为已经掌握了基础牛顿力学的读者准备的“第二层级”的深化教材，而不是一本“零起点”的入门指南。

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