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出版者:

作者:侯德俊

出品人:

页数:299

译者:

出版时间:2004-10

价格:18.00元

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isbn号码:9787801695413

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• 高等数学
• 数学
• 微积分
• 线性代数
• 概率论
• 解析几何
• 函数
• 极限
• 导数
• 积分

浩瀚星辰的轨迹：宇宙探索与前沿物理 图书简介 本书并非聚焦于严谨的数学推演与公式证明，而是将读者的目光引向一个更宏大、更具动态的领域——宇宙的起源、演化及其深层物理奥秘。我们试图在浩瀚的星海中捕捉那些最激动人心、最前沿的科学发现，探究驱动宇宙运行的基本力量，并审视人类文明在理解自然法则中所取得的里程碑式进展。 本书的叙事线索将围绕“探索”与“揭示”展开，共分为五大部分，每一部分都代表了现代物理学和天体物理学中一个至关重要的领域。 --- 第一部分：时空的织锦——宇宙学新视野 本部分聚焦于我们所栖居的这个宏大结构——宇宙的整体面貌和演化历史。我们不再仅仅停留在对恒星和行星的观测，而是深入到宇宙的“婴儿时期”及其支配力量的探讨。 1. 黑暗的统治者：暗物质与暗能量的证据链 宇宙中可见物质（恒星、星系、气体）仅占总质能的不到5%。那么，剩下约95%的物质和能量究竟是什么？本章将详细梳理支持暗物质存在的关键观测证据，从星系旋转曲线的异常到引力透镜效应的精准测量，阐释为何科学家坚信存在一种不发光、不与普通物质发生电磁相互作用的物质。随后，我们将进入更神秘的领域——暗能量。通过对Ia型超新星观测数据的分析，理解宇宙加速膨胀的惊人发现，以及“宇宙学常数”在爱因斯坦广义相对论框架下的复兴与争议。我们将探讨目前主流的暗能量模型（如ΛCDM模型）及其面临的挑战。 2. 宇宙的诞生：暴胀理论与原初引力波 宇宙大爆炸理论提供了无可辩驳的证据，但它如何解释宇宙的均匀性和平坦性？本章将深入剖析“暴胀理论”（Inflation Theory），这一被誉为大爆炸模型“修正剂”的理论，如何在一个极短的时间尺度内解决了视界问题和磁单极子问题。更引人入胜的是，暴胀过程可能在宇宙微波背景（CMB）中留下了难以磨灭的印记——原初引力波。我们将介绍LISA、BICEP等大型实验项目，以及未来探测到这些波动的意义，它们将如同穿越回宇宙诞生瞬间的“耳语”，为我们重构“奇点”附近的物理条件提供第一手资料。 3. 星系的“家谱”：从第一代恒星到星系并合 本书将带读者追溯星系的形成历史。从宇宙“黑暗时代”结束时，第一代（Population III）恒星的形成——这些由纯氢和氦构成的巨型恒星的寿命极其短暂但对宇宙化学演化至关重要。我们将研究星系如何通过引力相互作用、吞噬和并合，从矮星系逐渐成长为像银河系这样的宏伟螺旋星系或椭圆星系。同时，本章也将讨论星系中心超大质量黑洞（SMBH）与宿主星系演化之间的“共生关系”，探讨它们如何通过喷流和反馈机制共同塑造星系的气体分布和恒星形成率。 --- 第二部分：极端环境下的物理法则——黑洞、中子星与引力 这一部分将聚焦于宇宙中最极端、密度最高的物理对象，测试物质和时空在极端引力场下的行为。 4. 时空的陷阱：事件视界与信息悖论 黑洞，作为广义相对论预言的终极引力坍缩产物，是检验我们时空理论的绝佳场所。我们将详细解析史瓦西半径、事件视界的概念，并讨论霍金辐射的理论基础，即量子效应如何导致黑洞的缓慢“蒸发”。信息悖论，即物质落入黑洞后，其信息是否永久丢失，仍然是理论物理学界的核心难题。本章将梳理对该悖论的最新尝试，包括火墙理论和软毛理论的争论。 5. 宇宙的“幽灵”：引力波天文学的黎明 引力波，时空本身的涟漪，其直接探测标志着人类观测宇宙方式的革命。我们将回顾LIGO/Virgo的探测历程，特别是GW150914事件的划时代意义。通过分析并合黑洞和中子星对发出的引力波信号（“啁啾”信号），我们可以直接测量这些极端天体的质量、自旋和距离，而无需依赖电磁波。此外，我们还将探讨中子星的“星震”现象，以及对它们的精确测量如何帮助我们确定物质在核密度下的状态方程（Equation of State）。 --- 第三部分：微观世界的宏大叙事——粒子物理学的边界 要理解宇宙的演化，必须回溯到它极早期那一刻，那时能量极高，物理定律尚未被“打破”。 6. 粒子动物园：标准模型的辉煌与局限 粒子物理学标准模型是迄今为止描述基本粒子及其相互作用（强核力、弱核力、电磁力）的最成功的理论。本章将系统介绍夸克、轻子以及规范玻色子的家族结构。重点将放在希格斯玻色子——赋予基本粒子质量的“锚点”——的发现历程及其性质的精确测量。然而，标准模型并不完备，它无法解释引力、暗物质、暗能量，以及中微子的质量。 7. 超越标准模型：探索新物理的线索 科学家们正在积极寻找超越标准模型的证据。我们将探讨超对称理论（SUSY）——提出每个已知粒子都有一个“超伴侣”——以及大统一理论（GUTs）的宏伟目标。此外，对中微子物理学的深入研究（如中微子振荡和质量的起源）也被视为通往新物理的关键窗口。 --- 第四部分：系外行星与生命探寻 本书的视角从遥远的外星尺度收缩到单个行星系统，探讨我们在宇宙中是否孤独。 8. 宜居带的拓扑学：系外行星的发现技术 开普勒、TESS等太空望远镜彻底改变了我们对行星分布的认识。本章将详细介绍探测系外行星的主要方法：凌日法（Transit Method）、视向速度法（Radial Velocity Method）和直接成像法。我们将分析如何通过这些方法推断行星的质量、半径和轨道参数，并探讨“超级地球”和“迷你海王星”等不常见行星类型的普遍性。 9. 生物信号与未来展望：詹姆斯·韦伯太空望远镜的承诺 寻找地外生命的努力正进入一个激动人心的新阶段。重点将放在“生物标记”（Biosignatures）的定义上，例如大气中水蒸气、氧气、甲烷等分子的共同存在。詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）正在对系外行星的大气进行光谱分析。本章将展望JWST和其他下一代望远镜在分析岩石行星大气层、搜索生命迹象方面的具体目标和技术挑战。 --- 第五部分：物理学的终极梦想——统一的理论 本书的收官部分，将审视理论物理学界为达成“万有理论”所付出的不懈努力。 10. 空间的量子化：弦理论与圈量子引力 广义相对论（描述宏观引力）和量子力学（描述微观相互作用）在描述黑洞内部或宇宙开端时是相互冲突的。如何将它们统一起来，是现代物理学的“圣杯”。本章将介绍两种主要的竞争者：弦理论（M-Theory），它假设所有基本粒子都是一维的“弦”的振动模式，以及圈量子引力（Loop Quantum Gravity），它尝试将时空本身进行量子化，将其视为由离散的“圈”构成的网络。我们将探讨它们各自的数学结构、预测和实验检验的难度。 11. 宇宙的未来：热寂、大撕裂还是永恒循环？ 基于当前的暗能量模型，宇宙的最终命运似乎已被写下。本章将讨论基于不同宇宙学参数下可能出现的几种终极情景：如果暗能量恒定（ΛCDM），宇宙将趋于“热寂”（Heat Death）；如果暗能量强度随时间增强，则可能导致“大撕裂”（Big Rip），一切结构都被撕碎；或者，如果存在某种尚未发现的机制，宇宙可能再次收缩，进入“大挤压”（Big Crunch）或循环模型。 本书旨在为读者提供一幅关于现代物理学和宇宙学全景的、充满细节的地图，强调科学探索的动态过程、实验的严谨性，以及人类思维在面对未知时所展现出的无畏精神。

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这本书给我带来的最大启发，在于它如何重塑了我对“精确”这个概念的理解。在日常生活中，我们习惯了模糊的表达：“差不多”，“大概”，“可能吧”。但是在这本书的字里行间，每一个词、每一个符号都承载着无可推卸的精确定义。比如，对于“极限”的描述，它用Epsilon-Delta语言构建了一个无懈可击的堡垒，不允许任何歧义的存在。这让我开始反思自己在工作和生活中的表达习惯。我开始注意到，很多沟通障碍其实来源于我们对基本概念的定义不够清晰。这本书就像一个精密的过滤器，它把你思维中所有松散、含糊不清的部分都过滤掉了，剩下的就是纯粹、经过提炼的逻辑结构。虽然我可能无法熟练运用所有的定理去解决最前沿的研究问题，但仅仅是学习了这种思维的严谨性，就已经让我的思考方式上了一个台阶，这比我期待的任何考试分数都要宝贵得多。

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这本书的排版和装帧设计简直让人眼前一亮，完全不像我印象中那种老掉牙的理工科教材。封面那种深邃的蓝色调，配上烫金的标题，拿在手里感觉就像握着某种知识的权杖。更棒的是，它的例题和习题设置真的很有匠心。它不会一上来就抛给你一个难到令人发指的怪题，而是循序渐进地搭建知识的阶梯。前几章的基础练习题，比如那些关于函数图像变换的练习，手感非常好，让你很快就能找到感觉。等到进入到应用题的部分，它就开始展现出真正的威力了。我记得有一个关于计算不规则形状物体表面积的例子，它巧妙地结合了定积分的概念，让你瞬间明白，原来那些抽象的符号在现实世界中是如此具象和有用。这本书的作者显然是站在一个非常高的学术山顶上俯瞰全局的，他知道学生在哪里会绊倒，因此总能在关键节点设置一个恰到好处的“脚手架”，确保读者不会从悬崖边上摔下去。这让我对作者产生了极大的敬意，这不仅仅是知识的堆砌，更是一种精妙的教学艺术。

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这本书的内容深度和广度简直令人叹为观止，但我也必须坦诚地指出，它的阅读体验对于非数学专业背景的人来说，绝对是一场严峻的考验。我尝试邀请一位学文科的朋友翻阅其中关于多元微积分的那一章，他只用了五分钟就果断地合上了书本，声称自己看到了“某种无法被人类理解的几何体”。确实，当涉及到更高维度的向量空间和雅可比行列式时，我们的大脑似乎会自动启动“保护机制”，拒绝处理这些信息。我个人感觉，这本书更像是一部为未来的工程师、物理学家或者精算师准备的“武功秘籍”，它要求读者不仅要有扎实的代数基础，还要有极强的空间想象能力和逻辑推理耐力。如果你只是想对数学有个大概的了解，这本书可能会让你产生“数学令人绝望”的错觉。它需要你投入的是时间、精力，甚至可能需要一些暂时的“非人化”的专注力，才能真正领略到其精髓。

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天哪，我最近终于下定决心要挑战一下这本传说中的“硬骨头”——那本关于宇宙运行法则、空间几何的巨著。刚翻开第一页，我就像掉进了一个由符号、极限和无穷无尽的函数构成的迷宫。坦白说，里面的抽象概念一开始真的让我有点晕头转向，什么“闭区间上的连续函数一定能取到最大值和最小值”，听起来就像某种古老的咒语，需要反复咀嚼才能明白它背后蕴含的深刻逻辑。我尤其对那些证明过程感到头疼，每一个步骤都像是在走钢丝，稍微一不留神，整个逻辑链条就会断裂。但是，当我在笔记本上亲手推导出一个复杂的积分公式，并最终看到那个漂亮的结果时，那种豁然开朗的感觉，简直比吃到一块完美的松露巧克力还要令人满足。这本书的难度无疑是高耸入云的，它不只是在教你计算，它在训练你如何用一种全新的、极其精确的语言去思考世界，迫使你抛弃直觉的模糊性，转而拥抱逻辑的绝对清晰。我花了整整一个周末，才算大致摸清了微分学的脉络，接下来的内容，我准备用更慢的节奏和更多的咖啡来应对。

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说实话，我一开始买这本书纯粹是为了应付考试，并没有抱持太高的“学术热情”。然而，读着读着，我发现自己开始对书里讨论的一些数学史料产生了浓厚的兴趣。它不仅仅是冷冰冰的公式集合，偶尔还会穿插一些关于牛顿和莱布尼茨当年争论微积分优先权的八卦，或者伽罗瓦在英年早逝前留下的那些惊人洞见。这些小小的历史侧面描写，如同在严肃的数学殿堂里点燃了几支小小的蜡烛，让整个空间变得生动和有人情味起来。它让我意识到，这些看似永恒不变的数学真理，其实也是人类智慧在漫长历史长河中摸索、争吵、最终沉淀下来的结果。这种“人性化”的处理，极大地缓解了纯数学带来的那种疏离感。现在，我不再仅仅是为了做完习题而学习，我开始对“为什么是这样？”这个问题本身产生了好奇心，这对我来说是一个巨大的转变。

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