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☆☆☆☆☆

出版者:W. H. Freeman

作者:Edwin F. Taylor

出品人:

页数:320

译者:

出版时间:1992-3-15

价格:$ 97.46

装帧:Paperback

isbn号码:9780716723271

丛书系列:

图书标签:

• 物理-相对论
• 物理
• spacetime
• science
• Wheeler
• 非小说
• 计算机科学
• 英文原版
• 物理学
• 相对论
• 时空
• 引力
• 现代物理
• 大学物理
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• 科学
• 教育
• 教材

《星际航行：理论与实践》 一、前言：超越光速的黎明 人类对宇宙的探索从未停歇，从最初对星空的仰望，到如今跨越太阳系的雄心勃勃的计划，每一步都伴随着对物理定律极限的挑战。《星际航行：理论与实践》旨在为有志于深空探索的工程师、理论物理学家以及高级爱好者提供一套全面、严谨且极具前瞻性的指导手册。本书不满足于现有航天技术的修修补补，而是深入剖析了实现真正意义上的恒星际旅行所必须攻克的理论与工程障碍。我们将把读者的思维导向那些仍在数学模型中孕育的革命性技术，探讨如何驾驭宇宙中最基本的力量，以实现人类文明的跃迁。 二、基础理论重构：超越狭义相对论的边界 要实现星际旅行，现有基于狭义和广义相对论的框架必须被拓宽或修正。本书的第一部分，专注于对引力、时空结构以及能量-动量张量的深度解析，重点关注在极高能量密度和极端时空曲率下的行为。 2.1 惯性与非惯性参考系下的时空几何 我们首先回顾爱因斯坦的场方程，但重点转向对“真空解”的深入探索，特别是那些预示着奇异几何结构的解，如虫洞（Wormholes）的拓扑学特征和稳定性分析。我们将详细探讨如何利用负能量密度（如果存在）来维持或构建一个可穿越的虫洞喉部，并对“阿库别瑞驱动器”（Alcubierre Drive）背后的数学结构进行严谨的重新审视，区分理论上的可行性与实际工程中对奇异物质的需求。 2.2 量子引力与宏观效应 真正的突破可能隐藏在量子引力理论中。本书将介绍圈量子引力（LQG）和弦理论在描述普朗克尺度时空结构上的最新进展，并尝试将这些微观描述与宏观可观测的引力效应联系起来。重点讨论普朗克尺度下的“时空泡沫”是否可能被宏观尺度上的推进系统所利用，例如，通过激发零点能场来实现对局部时空度规的微调。 2.3 物质的极端状态与新物理 星际航行需要理解和利用远超当前核聚变能级的能量源。本章将详述对“奇点物质”（Singularity Matter）——如夸克-胶子等离子体、玻色-爱因斯坦凝聚体在极端引力场下的行为，以及对“负质量”或“反物质”的精确操控技术进行理论建模。 三、推进系统革命：从化学火箭到曲率引擎 第二部分是本书的核心实践部分，它系统地梳理了从成熟技术到纯粹理论的各类推进方案。 3.1 聚变与反物质推进的工程瓶颈 尽管基于惯性约束聚变（ICF）或磁约束聚变（MCF）的火箭技术已经相对成熟，但要达到可观的亚光速（如 $0.1c$），其燃料效率和功率密度仍是巨大挑战。本书将重点分析如何设计高约束因子反应堆和高效磁流体动力学（MHD）推进器，以最小化反应物质量。同时，对反物质生产、储存和湮灭效率的“开销”进行精确计算，评估其在实际任务中的可行性。 3.2 场驱动技术：曲率与惯性修改 这是通往星际旅行的关键。我们将详细探讨如何通过强大的、非对称的引力场来弯曲飞船周围的时空。 曲率场发生器的设计纲要： 介绍基于高能电磁场或超导线圈阵列产生局部负能量密度的理论模型。重点分析如何通过精确调控费米子和玻色子的量子场，在飞船前方产生“收缩波”（Contraction Wave）和在后方产生“膨胀波”（Expansion Wave）。 惯性质量的动态调控： 探讨利用强大电磁场或超强激光束与飞船材料内部的零点能场耦合，从而暂时降低或消除飞船的有效惯性质量。这不仅能减少推进所需能量，还能允许飞船在极短时间内实现巨大的加速度变化，而不会对宇航员造成致命的G力。 3.3 零点能利用与真空能提取 如果卡西米尔效应能被放大和定向，真空的零点能可能成为无限的能源。本书将分析如何利用纳米级结构或动态边界条件来“抽取”真空能，并将其转化为可用的推力或电能，从而实现无需携带燃料的星际巡航。 四、生命支持与星际环境防护 星际旅行对生命维持系统的要求远超行星际任务。 4.1 长期休眠与人工冬眠的生理学 考虑到数十年甚至上百年的航行时间，诱导和安全唤醒人类的深度低温休眠（Torpor）技术是不可或缺的。我们将审阅神经化学、代谢抑制剂的应用，以及如何防止长期冷冻导致的细胞损伤和认知衰退。 4.2 宇宙射线与微流星体防护 在星际空间，高能银河宇宙射线（GCRs）和微米级的尘埃颗粒构成了致命威胁。本书将评估主动防御系统（如强磁场偏转罩）和被动防护（如多层复合材料、水或液态甲烷屏蔽层）的有效性。特别地，分析如何利用飞船自身的曲率驱动场作为第一道“时空盾牌”，偏转高能粒子。 4.3 人工生态系统的闭环与冗余设计 对于持续百年的任务，完全封闭的生物再生生命支持系统（CELSS）必须具备极高的可靠性和自我修复能力。我们将详细设计多层冗余的食物链（藻类、昆虫、植物）和废物回收系统，确保在没有外部补给的情况下，系统能自我维持数代人的生命周期。 五、导航、通讯与相对论效应的校正 当速度接近光速时，常规的导航和通讯方法失效。 5.1 相对论性星图与光行差 飞船在高速移动时，观测到的星光会发生显著的洛伦兹收缩和多普勒频移，导致视野扭曲（光行差）。本书将提供实时计算工具和算法，指导飞船如何根据当前速度和航向，修正其对外部环境的感知，从而准确导航。 5.2 超光速通讯的理论探索 由于经典信息的传递速度受光速限制，远距离通讯需要依赖量子纠缠或时空结构修改。我们将探讨利用“张量场”作为信息载体的可能性，尽管这仍处于基础物理学的边缘，但它为实现实时或近实时通讯提供了理论上的可能性。 六、结论：迈向银河文明 《星际航行：理论与实践》不仅是一本技术手册，更是一份对人类未来可能性的宣言。我们相信，通过对基础物理学的深刻理解和对工程极限的不断超越，恒星之间的旅行将从科幻走向现实。本书的最终目标是激励新一代科学家和工程师，将这些前沿理论转化为可操作的蓝图，开启人类文明的星际纪元。

评分☆☆☆☆☆

这是一本非常精彩的狭义相对论入门教材，作者自始至终贯彻了狭义相对论服从洛伦兹几何这个重要特点。阅读本书不需要任何大学基础，本书的大量习题也着重阐述狭义相对论的物理内涵而不是数学推导，习题中涉及大量的物理实验内容细节，对于了解相关物理学史也提供了一个视角，正...

评分☆☆☆☆☆

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评分☆☆☆☆☆

我必须称赞这本书在引文和注释体系上的严谨性，这充分展现了作者深厚的学术功底和一丝不苟的研究态度。每当书中提及一个重要的观点、引用一个实验结果，或者回顾一段关键的历史争论时，读者总能轻松地通过脚注或尾注找到其确切的出处，这对于任何想要进行深入研究或者验证某个论点的读者来说，都是极其宝贵的资源。这种对信息源的透明化处理，极大地增强了文本的可信度和权威性，它不仅仅是作者个人的见解汇编，更是一个建立在坚实文献基础上的知识体系。此外，书后所附的延伸阅读列表，简直是一座等待被发掘的宝库，涵盖了从经典论文到最新进展的各种资源，非常适合那些被正文激发了求知欲的读者，提供了清晰的下一步学习路径。这种对细节的执着和对知识共享的重视，使得这本书不仅是优秀的科普读物，更是严谨的学术参考资料。

评分☆☆☆☆☆

这本书的叙事方式简直是教科书级别的精彩，作者完全没有采用那种枯燥乏味的罗列事实的方法，而是像一位技艺高超的导游，带着我们进行了一场跨越时空的思想旅行。开篇的引言部分就迅速抓住了我的注意力，那种充满哲思的提问，立刻让我进入了深度思考的状态，感觉自己不再是被动的知识接收者，而是积极的探索者。接着，他对核心概念的解释，总是能够找到最贴近日常生活的类比，即便是最抽象的物理现象，也能被他描绘得栩栩如生，仿佛触手可及。我特别喜欢他处理历史背景的方式，他没有让历史成为包袱，而是巧妙地将其融入到理论的演进脉络中，让我们理解每一次突破背后的艰辛与智慧。语言风格时而激情澎湃，充满对未知世界的敬畏；时而又冷静客观，如同精确的数学证明，这种张弛有度的节奏感，让阅读过程充满了惊喜和期待，读完一个章节，总有一种意犹未尽的感觉，迫不及待想知道接下来会揭示怎样的奥秘。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计简直是视觉上的享受，那种深邃的宇宙蓝与星云的朦胧感交织在一起，光影的处理如同大师的油画，让人一拿到手里就忍不住想要探索它内部的奥秘。装帧的质感也相当扎实，即便是经常翻阅，也丝毫不见松垮的迹象，边角的处理十分精细，显示出出版商在细节上的用心。我尤其欣赏它内页的排版，字体选择既典雅又不失现代感，行间距和字号的拿捏恰到好处，即便是长时间阅读，眼睛也不会感到疲劳。而且，书中穿插的那些精美的手绘图示和历史照片，如同一个个窗口，瞬间将你拉回那个伟大的科学发现的时代，那种沉浸式的体验，是很多纯文字著作无法比拟的。它不仅仅是一本书，更像是一件值得收藏的艺术品，每次把它摆在书架上，都觉得那里多了一份深邃与智慧的象征。这本书的纸张选择也很有考究，那种略带哑光的质感，使得即便是印刷的黑色文字和彩色插图，看起来都饱和而富有层次感，阅读体验极佳，强烈推荐给所有注重书籍物理形态的读者。

评分☆☆☆☆☆

这本书的深度和广度令人印象深刻，它绝非一本浅尝辄止的科普读物，而是深入探讨了多个前沿且相互关联的领域。它不仅详尽地梳理了经典理论的基石，更重要的是，它勇敢地触及了当前物理学界尚未完全解决的难题，并且以一种极为负责任的态度，呈现了各种主流的假说和实验证据。阅读过程中，我明显感受到作者对这个领域的敬畏之心，他没有急于给出任何武断的结论，而是引导读者去权衡不同观点的优劣，培养了一种批判性的思维习惯。书中对不同研究流派的介绍，也体现了极高的学术素养，他让读者看到科学进步并非一条直线，而是充满了辩论、修正和范式转移的曲折过程。这种宏大的视野，使得这本书的价值远远超越了一般的知识传授，它更像是一份关于如何进行科学探索的指南，极大地拓宽了我对现代物理学疆域的认知边界。

评分☆☆☆☆☆

作为一名业余的科学爱好者，我对于那些过于复杂的数学推导往往望而却步，但这本书在这方面做得极为出色，它成功地建立了一座坚固的桥梁，连接了严谨的科学与广大的非专业读者群体。作者似乎深谙“授人以渔”的道理，他从不直接抛出复杂的公式就要求读者接受，而是先用直观的逻辑和清晰的几何图像来构建理论框架，公式仿佛是水到渠成、自然而然的结果。书中对一些关键的数学工具的介绍，处理得极其细腻，它不是简单的堆砌，而是阐释了为何需要这些工具，以及它们是如何帮助我们理解这个世界的。很多其他书籍在涉及这个领域时，常常在某个关键的数学步骤上戛然而止，留下读者在迷雾中摸索，但这本书却耐心细致地领我走完了整个过程，即便偶尔需要回溯几页，也能清晰地找到逻辑的起点。这种对读者的友好度，无疑极大地提升了学习的效率和乐趣，它让复杂变得可接近，让深奥变得可理解。

评分☆☆☆☆☆

写的非常物理，不厌其烦的用时空图分析问题课后题十分丰富，澄清了许多佯谬，对于概念的辨析也十分细致，一本非常棒的狭义相对论入门书！

评分☆☆☆☆☆

热泪盈眶。如诗般...

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热泪盈眶。如诗般...

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本书可用于半天时间搞定狭义相对论...的概念部分

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写的非常物理，不厌其烦的用时空图分析问题课后题十分丰富，澄清了许多佯谬，对于概念的辨析也十分细致，一本非常棒的狭义相对论入门书！