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出版者:第3版 (2009年6月1日)

作者:陈海峰

出品人:

页数:50

译者:

出版时间:2009-6

价格:19.00元

装帧:平装

isbn号码:9787503932397

丛书系列:

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《星际航行与黑洞物理学导论》 内容简介： 本书旨在为对现代天体物理学，特别是涉及极端引力场和宇宙尺度现象的领域感兴趣的读者，提供一个全面且深入的导论。它不是一本数学计算的教科书，而是一部侧重于概念理解、物理图像构建以及历史脉络梳理的科普与专业过渡读物。我们力求在不依赖复杂高等数学推导的前提下，清晰阐释阿尔伯特·爱因斯坦的广义相对论如何重塑了我们对空间、时间、物质和能量的认知。 第一部分：时空几何的革命 本部分将带领读者回顾经典物理学的局限性，特别是牛顿引力理论在描述高速运动和强引力场时的不足。我们将详细介绍狭义相对论的基石——光速不变原理和相对性原理，并探讨洛伦兹变换如何彻底改变了时间流逝和长度测量的观念。 核心章节集中于广义相对论的诞生。我们将从等效原理出发，解释为什么引力不应被视为一种力，而应被视为时空自身的弯曲。书中会运用生动的类比和图示，解释黎曼几何的基础概念，如测地线、曲率张量等，使读者能够直观地理解“物质告诉时空如何弯曲，时空告诉物质如何运动”这一核心思想。我们将探讨度规张量（Metric Tensor）在描述时空结构中的核心作用，并简要介绍爱因斯坦场方程（Einstein Field Equations）的内在含义，强调其张量形式所蕴含的深刻物理信息，而非复杂的代数运算。 第二部分：引力场的应用与预言 在奠定理论基础后，本书将转向广义相对论的直接应用和令人惊叹的预言。我们将深入探讨以下几个关键领域： 1. 引力红移与时间膨胀的精确测量： 详细分析庞德-雷布卡实验（Pound–Rebka experiment）的历史意义，以及现代原子钟技术如何验证了地球引力场中时间流逝的差异。 2. 水星近日点进动： 解析牛顿理论无法解释的水星轨道异常如何被广义相对论精确计算，这是广义相对论早期最关键的胜利之一。 3. 引力透镜效应： 从几何光学到广义相对论的过渡，解释光线在经过大质量天体（如星系团）时发生的偏折现象。我们将分析强引力透镜和弱引力透镜的观测应用，以及它们如何成为我们绘制宇宙物质分布图的关键工具。 第三部分：黑洞——时空的终极陷阱 黑洞是广义相对论预言的最极端对象，本书将用大量篇幅来剖析其物理特性。我们将从史瓦西（Schwarzschild）静态、不带电荷的球对称黑洞解开始，详细介绍视界（Event Horizon）的物理意义——一个信息无法逃逸的边界。随后，我们将逐步引入旋转黑洞（克尔/Kerr黑洞）的复杂性，探讨其能层（Ergosphere）和奇点结构。 书中将详尽讨论黑洞的“三毛”定理（No-Hair Theorem），即黑洞仅由质量、角动量和电荷三个参数完全描述的简洁性。我们还将探讨霍金辐射（Hawking Radiation）的理论框架，阐释黑洞并非完全“黑”的，它们具有有限的温度和寿命，这为量子场论与广义相对论的结合提出了深刻挑战。关于黑洞的观测证据，如事件视界望远镜（EHT）对M87和人马座A的成像，也将被细致解读。 第四部分：宇宙学与引力波 在最后一部分，我们将把研究范围扩展到整个宇宙。本书将简要介绍弗里德曼-勒梅特-罗伯逊-沃尔克（FLRW）度规，这是描述均匀、各向同性膨胀宇宙的标准模型。我们将探讨宇宙膨胀的证据（如哈勃定律），并概述标准ΛCDM模型的核心组成部分——暗物质和暗能量。读者将了解到，目前的宇宙学研究，在很大程度上，是对爱因斯坦场方程在宇宙尺度应用的结果。 高潮部分是引力波天文学的兴起。我们将追溯爱因斯坦对引力波存在的预言，并详细介绍激光干涉引力波天文台（LIGO）和室女座干涉仪（Virgo）的工作原理。重点分析LIGO探测到的双黑洞并合（BBH）和双中子星并合（BNS）事件的波形分析。通过这些引力波信号，我们能够以前所未有的精度测试广义相对论的有效性，并直接“聆听”宇宙中最剧烈的动态过程。 面向读者： 本书适合有一定基础物理或科学素养的读者，特别是那些对理论物理前沿充满好奇心，希望从宏观概念上理解现代物理学两大支柱（相对论和量子论的交叉点）的爱好者、本科低年级学生或跨学科研究人员。我们避免了冗长的微分几何运算，专注于建立清晰的物理图像和逻辑框架，确保阅读体验既富有启发性，又忠实于科学的严谨性。

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从整体的知识覆盖面上来看，这本书的处理深度非常不均匀。有些章节，比如解析几何，讲解得细致入微，连一些冷门的特殊情况都会一一列举，让人感觉内容很充实。但转到概率论与统计这块，内容就显得非常单薄和草率了。基本上就是几个核心公式的罗列，对背后的统计学原理和推导过程几乎没有涉及，更别提如何进行数据假设检验或者方差分析这种在大学阶段至关重要的方法了。我感觉作者可能在某些领域是泰斗级的人物，但在另一些领域，可能只是匆匆扫了一眼教材。这导致我在复习时，对于解析几何部分很有信心，但一到概率统计部分就心里发毛，生怕考到那些被这本书一笔带过的重要知识点。一本好的高中数学教材，理应在所有核心模块上都保持一致的高水准和深入浅出的讲解，而不是出现这种明显的“瘸腿”现象，让人不得不去寻找其他补充材料来填补知识的空白。

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这本书的语言风格，真的，非常古板和晦涩，感觉作者是从哪个久远的数学殿堂里走出来，用一种不近人情的腔调向我们布道。很多定理的阐述，总是喜欢用那种绕来绕去的、充满了文言色彩的表述方式，仿佛生怕读者能轻易地理解似的。比如，解释一个基本的极限概念时，它会引申出关于“无限接近”的哲学思辨，虽然理论上没错，但在高强度学习下，我需要的是清晰、简洁的数学语言来快速构建模型，而不是被这些形而上的讨论拖慢速度。我多次对照了网上的优秀教学视频，发现那些老师们总是能用最生活化的比喻来解释复杂的概念，几句话就能让人茅塞顿开。这本书呢？它给的解释往往需要我先去理解它引用的那个晦涩的定义，然后再去理解这个定义如何应用到当前的题目中。这就像是让你先学会一门古老的方言，才能去读懂一本现代小说。这种阅读体验，对需要效率的应试学生来说，简直是一种折磨。

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这本书的排版简直是灾难性的，我拿着它做练习题的时候，简直是每翻三页就要重新找一次题号。本来数学这种需要逻辑清晰的学科，内容组织就该井井有条，但这本书给我的感觉就像是把各种知识点随手扔在一个大箱子里，等你自己去拼凑。比如，讲到三角函数求和公式的时候，前一页还在讲复杂的数列递推关系，结果下一页突然跳到了简单的抛物线方程的图像分析，看得我脑袋都要打结了。更别提那些插图了，线条粗糙得像是用铅笔随便画的草稿，很多涉及到几何图形的推导，光靠这些模糊的图示根本无法理解作者想表达的意图，我只能一遍又一遍地去对照课本上那些精确的图形才能勉强跟上思路。说实话，如果不是学校统一发了这本书，我绝对不会选择它作为我的学习资料，它极大地增加了我学习的额外负担，让我不得不花更多时间去梳理知识的脉络，而不是专注于理解那些深奥的数学概念本身。这种糟糕的编排，对初学者来说简直是劝退级别的体验。

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我发现这本书在处理数学史和思维启发方面，几乎是完全缺失的。它似乎坚信，数学学习就是纯粹的符号操作和公式记忆，完全没有必要去探究这些知识是如何被发现、是如何一步步完善的。例如，当我们学习微积分的基本思想时，如果能穿插介绍牛顿和莱布尼茨之间的争论，或者早先祖冲之如何逼近圆周率的几何思想，会让整个学习过程变得立体而生动。没有了这些历史的参照物，数学知识就成了一堆孤立的、缺乏人情味的东西，学习的动力也随之减弱。我更倾向于那种能告诉我“为什么”要学习这些，以及这些概念在人类文明发展中扮演了什么角色的书籍。这本书给我的感觉，就像是在看一份纯粹的“操作手册”，它告诉你怎么做，却从不解释为什么要这么做，更没有描绘出数学这门学科宏伟的图景，实在有些枯燥乏味。

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我得说，这本书的习题设计实在是太过于“老派”了，基本上都是从几十年前的旧高考题库里翻出来的陈旧案例，缺乏与现代社会和实际应用场景的连接感。每次做完一套题，我总有一种“我学了一堆只会出现在试卷上的知识”的空虚感。例如，那些关于工程进度优化、资源配置效率的题目，完全是照搬了上世纪八九十年代的工业背景，完全没有考虑到现在信息技术和人工智能对这些领域带来的颠覆性变化。现在的企业更关注大数据分析和算法模型，而不是那种需要手工绘制甘特图的繁琐计算。我希望数学学习能让我看到它在当下的价值，而不是像在翻阅一本尘封已久的历史文献。如果作者能引入一些与编程、数据分析相关的应用题，哪怕只是作为拓展阅读材料，都会让这本书的吸引力提升好几个档次。现在这样，只能说它仅仅完成了“覆盖考点”的基础任务，但在“启发思维”和“连接未来”方面，完全是失分项。

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