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出版者:高等教育出版社

作者:孟静/国别：中国大陆

出品人:

页数:377

译者:

出版时间:2001-9

价格:29.50元

装帧:简裝本

isbn号码:9787040202267

丛书系列:

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深入探索宇宙的奥秘：一本关于天体物理学的综合指南 《恒星的诞生与消亡：从量子泡沫到超新星爆发》 导言：仰望星空，追问起源 自人类文明伊始，头顶的浩瀚星空便激发了无尽的好奇与哲学思辨。它既是神话的温床，也是科学探索的终极疆域。本书并非一本关于计算机底层逻辑或系统调度的教科书，而是将读者的目光引向了宇宙的宏伟尺度，深入探讨了支配着恒星、星系乃至整个时空结构的物理定律与演化过程。我们旨在构建一座坚实的桥梁，连接起宏观的宇宙现象与微观的基本粒子物理，为所有对宇宙的终极问题——我们从何而来，将往何处去——感兴趣的读者提供一份详尽的、前沿的、充满思辨的导览。 本书的撰写基于最新的观测数据和理论模型，内容涵盖了从宇宙大爆炸的奇点到黑洞的视界，再到暗物质和暗能量的神秘影响。它要求读者具备一定的基础物理概念，但叙述方式力求清晰、逻辑严谨，并辅以丰富的图表和历史背景，使复杂的物理概念易于理解和消化。 第一部分：宇宙学的基石与早期演化 第一章：时空与几何的框架——爱因斯坦的广义相对论 本章将从根本上重塑我们对“空间”和“时间”的直觉认知。我们将详细解析广义相对论的核心思想：引力并非一种力，而是物质和能量弯曲时空几何的表现。我们将学习黎曼几何的基础概念，理解爱因斯坦场方程的结构，并通过洛伦兹流形探讨时空曲率如何决定天体的运动轨迹。此外，还会深入讨论度规张量在描述引球星系和宇宙学背景下的具体应用，为后续理解黑洞和宇宙膨胀奠定必要的数学和物理基础。 第二章：大爆炸的余晖——早期宇宙物理学 宇宙的开端是一个充满悖论与极端物理的领域。本章将聚焦于宇宙大爆炸理论（$Lambda$CDM 模型）的证据链，包括哈勃-勒梅特定律、宇宙微波背景辐射（CMB）的性质与极化，以及轻元素（氢、氦、锂）的丰度。重点章节将分析宇宙暴胀理论（Inflation），解释其如何解决了平坦性问题和视界问题，并探讨暴胀遗留下来的原初引力波的潜在信号。最后，我们将追溯到夸克-胶子等离子体阶段，直至物质和反物质的微小不对称性如何塑造了我们今天所见的物质世界。 第三章：结构的形成——从量子涨落到星系团 宇宙在暴胀后冷却，引力开始发挥主导作用。本章致力于描述宇宙大尺度结构是如何从早期宇宙中微小的量子涨落演化而来的。我们将详细介绍物质密度扰动的线性与非线性增长，并引入冷暗物质（CDM）的主导地位。通过数值模拟的结果和观测到的星系团分布，我们将探讨暗物质晕（Dark Matter Halos）的形成机制，以及第一批恒星（Population III Stars）和矮星系在再电离时期所扮演的角色。 第二部分：恒星的生命周期与内部物理 第四章：恒星的孕育——分子云与原恒星阶段 恒星的生命始于寒冷、致密的分子云。本章将探究星际介质的物理性质，包括云的湍流、磁场对坍缩的抑制作用，以及如何通过引力失稳（Jeans Instability）触发核心的形成。我们将分析角动量在坍缩过程中如何被移除（通过双极性喷流或磁场耦合），并详细描述原恒星如何通过引力收缩，其核心温度达到点火的阈值。 第五章：主序的平衡——核聚变与能量传输 恒星在其生命中最长的阶段——主序星阶段，依靠核心的核聚变反应来对抗自身的引力。本章将详细剖析质子-质子链（p-p chain）和CNO 循环的反应速率与温度敏感性。我们将深入研究恒星内部的能量传输机制：辐射区和对流区的界限、泡利不相容原理的作用，以及恒星结构方程（质量守恒、能量守恒、流体静力学平衡和能量流方程）如何精确地描述恒星的内部结构和表面光度之间的关系。 第六章：恒星的终结——简并态、巨星演化与超新星 恒星的命运由其初始质量决定。对于低质量恒星，我们将分析红巨星分支的演化、氦闪现象，以及最终形成的白矮星及其热力学性质，包括钱德拉塞卡极限。对于大质量恒星，本章着重于铁核的形成和引力坍缩。我们将剖析II型超新星的爆发机制，涉及核心坍缩、中微子辐射峰以及核物质的快速中子捕获过程（r-过程），解释这些极端事件如何播撒了宇宙中除氢和氦以外的所有重元素。 第三部分：极端天体与时空终结 第七章：黑洞的几何学与物理学 黑洞是广义相对论最引人注目的预言。本章将从史瓦西解和克尔解开始，详尽描述黑洞的几何特性：事件视界、奇点以及能层。我们将探讨霍金辐射的理论，这模糊了广义相对论与量子力学之间的界限，并分析吸积盘的物理过程，学习如何利用X射线和射电观测来探测超大质量黑洞的喷流活动。 第八章：中子星与脉冲星——致密物质的实验室 中子星是宇宙中最致密的可见天体之一。本章将关注它们形成时的极端条件，探讨其内部状态方程（EOS）的理论不确定性——即夸克物质或超流体状态的可能存在。我们将分析脉冲星作为宇宙中最精确的时钟是如何运作的，以及它们与伴星组成的双星系统如何通过引力波向外辐射能量，为引力波天文学（LIGO/Virgo/KAGRA）的最新发现提供理论背景。 结语：未解之谜与未来视野 宇宙的探索永无止境。本书的最后一部分将转向当前天体物理学的前沿挑战：暗能量的本质——它是否是真空能，还是对引力理论的修正？暗物质的粒子性质——我们应在地下探测器中寻找WIMP，还是在星系晕中寻找轴子？本书将总结当前的主要观测项目（如詹姆斯·韦伯空间望远镜、欧几里得任务）和理论模型的最新进展，引导读者思考人类在宇宙中的位置，以及未来数十年我们可能揭示的宇宙真相。 本书的目的是激发读者对宇宙规律的深刻敬畏和持续探究精神，它是一扇通往物理学最深刻、最美丽疆域的门户。

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