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出版者:Addison Wesley

作者:Robert Messer

出品人:

页数:560

译者:

出版时间:1997-01-23

价格:USD 73.33

装帧:Paperback

isbn号码:9780065017281

丛书系列:

图书标签:

• 线性代数
• 矩阵
• 向量
• 行列式
• 特征值
• 特征向量
• 线性方程组
• 向量空间
• 内积空间
• 正交性

《星际航行简史：从伽利略的望远镜到曲速引擎的黎明》 图书简介 本书旨在勾勒出人类探索宇宙的漫长而波澜壮阔的历史画卷，聚焦于驱动这一切的理论、工程学突破以及那些不为人知的幕后故事。我们不关注您提及的线性代数，而是将视野投向浩瀚的星辰大海，深入探讨人类如何从依赖肉眼观测，一步步迈向跨越光年界限的宏伟目标。 本书共分为六个部分，详尽剖析了从文艺复兴时期天文学革命到未来星际殖民设想的演进历程。 --- 第一部分：地平线之上的初探（1543 - 1890） 本部分着重描述了人类对宇宙认知的基础性转变。 1.1 视角的革命：哥白尼到牛顿 我们首先探讨了哥白尼日心说的提出如何从根本上动摇了人类的宇宙观。随后，我们将深入分析第谷·布拉赫精确的天文观测数据，以及开普勒如何基于这些数据，确立了行星运动的三大定律。重点章节将详述牛顿万有引力定律的发现，该定律不仅统一了天上和地上的运动规律，更为后世所有的航天工程奠定了最基本的物理学框架。我们详细考察了牛顿时代望远镜技术的局限性及其对早期天文学观测精度的制约。 1.2 观测仪器的拓进与光谱的秘密 本章聚焦于望远镜技术的迭代。从反射式望远镜的发明，到赫歇尔父子对深空天体的系统性编目，观测能力的提升直接驱动了对宇宙尺度的理解。更为关键的是，19世纪中叶，夫琅禾费的划片实验和基尔霍夫的元素光谱分析，揭示了恒星并非遥不可及的“光点”，而是与地球上物质构成相似的巨大天体。本书详细阐述了如何通过分析星光的光谱，来推断恒星的化学成分、温度乃至运动速度，这标志着天文学从几何学向物理学的质的飞跃。 1.3 迈向轨道力学：对“失踪”行星的预测 在牛顿力学框架下，天文学家开始能够精准预测天体的运行轨迹。本节将细致回顾天王星轨道出现异常时，法国和英国两位学者（勒维耶与亚当斯）独立推算出海王星存在的过程。这一辉煌的胜利，不仅是对经典力学适用性的最终确认，也为日后所有航天器的轨道设计提供了理论蓝本。 --- 第二部分：火箭时代的曙光（1890 - 1957） 本部分聚焦于理论物理学突破如何催生了驱动火箭飞行的根本动力学原理。 2.1 齐奥尔科夫斯基的梦想与Tsiolkovsky公式的诞生 我们将详尽介绍俄国先驱康斯坦丁·齐奥尔科夫斯基于其简陋的条件下，如何独立推导出火箭运动的基本方程——著名的“齐奥尔科夫斯基火箭方程”。本书特别分析了该方程中“有效载荷比”和“喷气速度”对航天器速度的决定性影响，并解释了多级火箭设计的必然性。 2.2 火箭的工程化：戈达德的实践与战争的推力 对比齐奥尔科夫斯基的理论构建，本章侧重于罗伯特·戈达德在美国的实际工程实践。我们详述了戈达德如何克服材料限制、燃料不稳定性和公众不解，成功发射了世界上第一枚液体燃料火箭。随后，我们将讨论二战期间V-2火箭的研发过程，分析其对现代喷气推进技术和弹道学带来的巨大、尽管充满争议的贡献。 2.3 轨道力学的严谨性：庞特里亚金与阿诺德的贡献 在工程实践飞速发展的背景下，理论数学家们也在完善描述最优轨迹的数学工具。我们简要介绍了最优控制理论在火箭推力规划中的早期应用，例如如何以最少的燃料在预定时间内达到目标速度。 --- 第三部分：进入太空的年代（1957 - 1972） 本部分是人类探索的第一个黄金时期，核心关注点在于克服地球引力束缚的实际工程挑战。 3.1 人造卫星与首次轨道突破 本书细致描绘了1957年“伴侣号”的发射如何震惊世界，以及随后美苏两国在卫星竞赛中的技术交锋。我们分析了轨道力学在首次人工地球卫星入轨过程中所扮演的关键角色——准确的发射窗口、精确的入轨倾角和速度矢量控制。 3.2 载人航天的设计哲学：水星、东方与阿波罗计划 载人航天对生命支持系统、导航、制导与控制（GNC）提出了前所未有的要求。本章深入探讨了阿波罗计划中登月飞行的复杂性，特别是绕月转移轨道（Trans-Lunar Injection, TLI）的计算、月球轨道交会（Rendezvous）的难度，以及返回地球大气层的再入角度控制。本书对比了不同飞船的设计思路，强调了冗余性和可靠性在生命保障系统中的绝对优先地位。 3.3 深空探测器的导航：先驱者与旅行者 除了近地轨道任务，本章还介绍了对太阳系行星的探测。我们重点分析了“引力弹弓”（重力助推）效应的巧妙运用，如何通过行星的引力场来加速探测器，使其能够抵达更远的目标，这是节省燃料、延长探测任务寿命的关键技术。 --- 第四部分：地球的展望与太阳系的巡礼（1973 - 2000） 进入后阿波罗时代，探索的重点转向了长期驻留和系统性的行星科学考察。 4.1 空间站的时代：长期驻留的挑战 从“天空实验室”到“和平号”空间站，本部分探讨了人类如何在失重环境下长期生存。这包括辐射防护、营养学、骨质流失的对策，以及更复杂的轨道维持与碎片规避策略。 4.2 火星的呼唤与无人探测的精妙 我们回顾了“海盗号”对火星的首次软着陆，以及“火星探路者”和“勇气号/机遇号”火星车的成功。本书强调了这些无人探测任务中，远程控制的延迟和对自主导航系统的依赖，如何迫使车载软件具备极高的鲁棒性。 4.3 观测宇宙的窗口：哈勃太空望远镜的遗产 哈勃望远镜的部署不仅是一次工程上的壮举，更彻底改变了宇宙学的面貌。本章介绍了哈勃如何帮助科学家精确测定哈勃常数，证实了宇宙加速膨胀的存在，以及它在发现遥远星系形成初期的贡献。 --- 第五部分：新世纪的全球合作与商业化浪潮（2000 - 2020） 本部分关注国际空间站（ISS）的持续运营，以及新兴私营航天公司的崛起。 5.1 国际空间站的运营模式与生态学 本书描述了ISS作为人类历史上最复杂的国际合作项目，在后勤补给、能源管理和科学实验方面的日常运作。我们分析了供应链管理在维持一个持续运行的近地轨道前哨站中的重要性。 5.2 商业航天的兴起：SpaceX与可重复使用性 商业航天力量的介入极大地降低了进入太空的成本。我们深入分析了SpaceX公司如何通过垂直整合和创新工程（尤其是猎鹰9号的可回收火箭技术），颠覆了传统的航天发射模式。可重复使用技术对未来星际航行成本预估的深远影响被重点讨论。 5.3 小行星的勘探与月球的回归准备 探索目标开始转向近地天体。本章介绍了对近地小行星的探测任务，以及美国“阿尔忒弥斯”计划的框架，探讨重返月球如何在为最终的火星任务铺路的同时，面对全新的政治和技术挑战。 --- 第六部分：通往星辰的远景（2020 至今及未来） 本书的收尾展望了人类迈向太阳系其他行星的理论与工程障碍。 6.1 火星任务的生命线：辐射、推进与就地资源利用 (ISRU) 火星之旅对人类来说是一次前所未有的生存挑战。本节详细讨论了深空辐射对宇航员健康的长期影响，以及为应对这一问题而研究的新型推进技术（如核热推进）。此外，ISRU技术——如从火星大气中制造氧气和燃料——被视为实现长期驻留的唯一可行路径。 6.2 理论物理学的边界：突破光速的梦想与挑战 虽然现有的物理学定律限制了超光速旅行，但本书仍审视了理论物理学界关于曲速驱动（Warp Drive）和虫洞的探索性研究。我们清晰地梳理了这些概念在数学上所需的极端条件（如负能量密度物质）与目前实验能力的巨大差距。 6.3 宇宙殖民的概念构建 最后，本书将探讨人类如何构想地外殖民。从奥尼尔圆柱体等太空栖息地的设计，到在系外行星上建立自给自足的生态系统的设想，我们审视了在遥远未来，人类文明可能采取的多种形态。 本书的叙事线索始终紧密围绕着人类对物理定律的理解、工程技术的迭代以及勇气和远见如何共同推动我们超越地球的摇篮，去拥抱那片无垠的星空。

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这本书在处理复杂理论之间的内在联系上，展现出了惊人的洞察力。很多我之前读过的其他资料中，线性代数的各个分支——行列式、矩阵分解、向量空间——都像是孤立的岛屿，需要费力地搭建一座座桥梁才能联系起来。然而，在这本书里，作者似乎拥有一种“上帝视角”，他总能巧妙地在不同的章节之间建立起清晰、有力的逻辑脉络。比如，他展示了傅里叶变换的本质如何可以被视作高维向量空间中的一种基底变换，这种跨领域的连接瞬间打通了我脑海中许多阻塞的认知节点。阅读时，我常常会停下来，盯着一个证明结构看上许久，不是因为难懂，而是因为其逻辑链条的美感和简洁性令人赞叹。它不仅仅是教你“如何计算”，更重要的是让你明白“为什么这样计算是必然的”。这种对底层原理的深刻挖掘和系统性的梳理，让我对整个学科的宏大结构有了前所未有的清晰认识，感觉自己终于站在了高处，俯瞰全局。

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这本书的装帧设计简直是一场视觉盛宴，硬壳的质感温润而沉稳，配合着那种略带磨砂处理的书页边缘，每一次捧起都像是在进行一场庄重的仪式。扉页上的字体选择极其考究，那种优雅的衬线体在黑色背景的映衬下，散发出一种古典的智慧光芒。我特别喜欢封面采用的那种深邃的午夜蓝，上面用极简的线条勾勒出的几何图形，既抽象又暗示着数学的精确与和谐。内页的纸张厚度适中，完全不用担心钢笔写字会洇墨，而且墨水的色度控制得非常到位，文字清晰锐利，排版疏密有致，即便是大段的公式推导，也让人感到一种莫名的舒适感，仿佛不是在阅读枯燥的符号，而是在欣赏一幅精密的蓝图。这种对物理形态的极致追求，无疑极大地提升了阅读体验，让我愿意花更多时间沉浸其中，而不是仅仅把它当作工具书对待。它散发出的那种厚重感和艺术气息，让它在我的书架上显得格外引人注目，绝对是送给任何热爱设计和细节的知识分子的一份绝佳礼物。

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我尝试着去理解这本书的叙事方式，它更像是一位经验丰富的大师在咖啡馆里与你娓娓道来，而不是一本冰冷的教科书在机械地灌输知识点。作者在引入新概念时，总是会先从一个非常生活化、甚至略带哲思的角度切入，比如讨论“视角”的改变如何影响我们对三维空间的感知，而不是直接抛出定义。这种“讲故事”的教学法，极大地降低了我对初看起来令人望而生畏的抽象概念的抵触心理。例如，在讲解特征值和特征向量时，他用了一个非常生动的例子——一个被拉伸但方向不变的橡皮泥图形，瞬间让我明白了这些概念在几何变换中的核心意义。这种润物细无声的引导，让知识的吸收过程变得自然而然，我甚至感觉自己不是在“学习”，而是在“顿悟”。语言风格时而幽默风趣，时而又变得极其严谨有力，这种张弛有度的表达，让阅读过程充满了惊喜和期待，让人忍不住想知道下一页会抛出怎样的“智慧的火花”。

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作为一名非数学专业的深度学习爱好者，我最看重的是理论的实用性和工具性。这本书在应用层面的论述，可以说是点睛之笔。它没有沉溺于纯粹的数学推导的象牙塔中，而是花了相当大的篇幅来探讨矩阵分解（如SVD）在数据降维、推荐系统优化中的实际角色。作者在讲解这些应用时，并没有采取那种“黑箱操作”式的描述，而是深入到算法的几何意义层面进行阐释，比如如何通过奇异值分解来理解数据的主成分，这对于理解机器学习模型背后的数学支撑至关重要。每当讨论到一个关键的应用场景，作者都会附带一些简短但极富启发性的代码片段（虽然没有提供完整的代码库，但足以指导方向），这使得理论知识能够迅速转化为可操作的工具。这本书真正做到了理论与实践的无缝对接，让人感觉手中的知识是鲜活的、有力量的，能够直接应用于解决现实世界中的复杂问题。

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这本书的习题设计简直是天才之作，它们完全打破了传统教材中那种重复、机械的计算练习的窠臼。我发现这里的每一道题，无论大小，似乎都是精心设计的“认知挑战”，旨在测试你对核心概念的理解深度，而非仅仅是计算速度。有些题目甚至是以开放式的探讨形式出现，引导你思考在特定约束条件下，理论的边界在哪里，或者是否存在更优雅的证明路径。我尤其欣赏那些需要结合多个章节知识点才能解出的综合性难题，它们强迫你跳出单一模块的限制，进行全面的知识整合。完成这些习题后，带来的成就感远非刷完一堆数值计算题可比拟。它们像是通往更高阶理解的阶梯，每解开一道，都感觉自己的数学思维又被精炼了一层。对于想要真正掌握线性代数，并将其作为未来研究基础的人来说，这些习题的价值，甚至可能超过正文本身。

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