The Physics of Stars (Manchester Physics Series) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Wiley

作者:A. C. Phillips

出品人:

页数:262

译者:

出版时间:1999-07-16

价格:USD 65.00

装帧:Paperback

isbn号码:9780471987987

丛书系列:Manchester Physics Series

图书标签:

• 天文学
• 天体物理学
• 恒星物理
• 恒星演化
• 曼彻斯特物理系列
• 天文学
• 物理学
• 恒星结构
• 辐射传递
• 等离子体物理
• 核物理

黑洞的奥秘与宇宙的边缘：探索极端天体物理学 本书聚焦于宇宙中最引人入胜、同时也是物理学挑战最大的领域之一：极端天体物理学。我们将深入探讨那些挑战我们对时空、物质和能量理解的奇异天体和现象，从超新星爆发的能量释放到黑洞视界内的量子效应。 第一部分：引力坍缩的终极形态——黑洞的物理学 黑洞，作为时空极端弯曲的产物，是广义相对论预言的最奇异天体。本书的第一部分将系统地构建理解黑洞所需的理论框架，并详细分析其观测证据和内部结构。 第一章：广义相对论与时空几何基础 在深入黑洞之前，必须夯实广义相对论（GR）的数学和物理基础。本章将从爱因斯坦场方程出发，阐释物质如何决定时空的曲率，以及曲率如何决定物质的运动。我们将讨论黎曼几何在描述弯曲时空中的应用，并介绍度规张量（Metric Tensor）的概念，这是描述时空中距离和时间间隔的关键工具。重点将放在理解什么是测地线（Geodesics），以及在强引力场下这些路径如何偏离我们熟悉的欧几里得几何。 第二章：史瓦西解与静态黑洞的性质 本书将从最简单的、不旋转、不带电荷的黑洞模型——史瓦西黑洞（Schwarzschild Black Hole）开始。我们将详细推导史瓦西度规，并明确界定事件视界（Event Horizon）的物理意义：一个一去不复返的边界。本章将深入分析视界附近的潮汐力效应（Spaghettification），以及光线如何在视界附近被捕获或偏折。我们还将讨论静态黑洞的特征，例如“无毛定理”（No-Hair Theorem）的初步探讨，即一个黑洞仅由质量决定。 第三章：旋转与电荷：克尔和莱斯纳-诺德斯特伦黑洞 现实中的黑洞几乎必然是旋转的。本章将转向克尔度规（Kerr Metric），这是描述旋转黑洞的精确解。旋转引入了“能层”（Ergosphere）这一全新的区域，物质在其中可以被“拖曳”着旋转。我们将详细分析能层中的能量提取机制——彭罗斯过程（Penrose Process），这是理解宇宙中高能喷流可能起源的关键。随后，我们将介绍带电荷的莱斯纳-诺德斯特伦（Reissner-Nordström）黑洞，并讨论电荷对视界结构和奇点性质的影响。 第四章：黑洞的量子与热力学 尽管黑洞是经典引力理论的产物，但其内部和边界必须纳入量子力学的视角。本章将探讨霍金辐射（Hawking Radiation）的理论推导，解释黑洞如何因量子效应而缓慢蒸发。我们将建立黑洞热力学定律（如面积定理对应于熵的增加），并讨论信息悖论（Information Paradox）的各个主要观点和潜在的解决方案，例如防火墙（Firewall）假说。 第二部分：能量的极致释放——中子星与脉冲星的物理世界 黑洞的前身，密度和压力达到极致的中子星，是检验核物理和物质状态方程（Equation of State, EoS）的天然实验室。 第五章：简并物质与中子星的结构 本章将回顾泡利不相容原理在极端条件下的体现，即电子简并压力如何支撑白矮星。然后，我们将探讨电子捕获和逆 $eta$ 衰变如何将物质转化为以中子为主的简并态。核心内容是推导描述中子星结构的托尔曼-奥本海默-沃尔科夫（TOV）方程，并讨论不同核物理模型（如夸克-胶子物质或超流体模型）对中子星最大质量和半径的影响。 第六章：脉冲星的磁场与辐射机制 脉冲星是快速旋转的中子星，拥有宇宙中最强的磁场。本章将聚焦于脉冲星的观测特性：周期性射电脉冲的起源，这需要建立“灯塔模型”。我们将详细分析磁流体力学（MHD）在描述中子星磁层中的作用，以及高能电子和正电子在磁力线上的加速过程，导致了显著的同步辐射（Synchrotron Radiation）和脉冲。此外，我们将讨论磁星（Magnetars）——具有极端磁场（$10^{14}$ 至 $10^{15}$ 伽马）的天体，以及它们的耀斑（Flares）事件。 第七章：超新星与伽马射线暴的物理起源 超新星（Supernovae）和伽马射线暴（Gamma-Ray Bursts, GRBs）代表了宇宙中最剧烈的爆炸事件。本章将区分 Ia 型（白矮星热核失控）和 II 型/核心坍缩超新星。我们将重点分析核心坍缩超新星中的“停滞与反弹”（Stall and Bounce）机制，以及中微子加热（Neutrino Heating）在驱动爆炸波中的关键作用。对于长伽马射线暴，我们将深入探讨“夸克星”（Collapsar）模型，即当大质量恒星坍缩成黑洞时，双极相对论性喷流如何穿透外层物质并产生强烈的 X 射线和伽马射线辐射。 第三部分：引力波的涟漪——时空动力学的观测 引力波的探测革命性地开启了我们通过“听”宇宙而不是“看”宇宙的新方式。 第八章：引力波的产生与传播 本章将从广义相对论的线性化方程出发，推导引力波的产生条件（四极矩辐射），并解释引力波如何携带能量离开源头，以光速传播。我们将探讨在不同源头（如双黑洞并合、双中子星并合、黑洞与中子星并合）产生的引力波的波形特征——从旋进（Inspiral）、并合（Merger）到“嗡鸣”（Ringdown）阶段。 第九章：并合事件与物质性质的约束 引力波信号是极端天体物理过程最直接的记录。我们将分析 LIGO/Virgo 探测到的事件（如 GW150914 和 GW170817）。重点将放在双中子星并合（Kilonovae）如何同时提供引力波信号、电磁对应体和重元素（如金和铂）的快速奇特过程（r-process）的证据。通过分析并合后的黑洞质量分布，我们可以约束恒星演化模型，并通过中子星并合产生的引力波信号，直接限制中子星物质的状态方程，从而揭示高密度物理的秘密。 本书旨在为对宇宙终极结构和极端现象有浓厚兴趣的读者提供一个严谨而深入的物理学探究之旅，要求读者具备扎实的经典物理学和高等数学基础。

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这本书的封面设计简直是艺术品，那种深邃的蓝色调，仿佛能将人瞬间拉入浩瀚的宇宙之中。我一拿到手，就被那种沉甸甸的质感所吸引，纸张的触感细腻光滑，让人爱不释手。我迫不及待地翻开第一页，首先映入眼帘的是那清晰的排版和精心挑选的插图。那些星云、恒星演化阶段的图示，色彩饱满，细节丰富，即使是初学者也能一眼看出其中蕴含的深厚信息。作者在介绍概念时，那种循序渐进的叙述方式，就像一位耐心而渊博的老师，一步步引导你走进恒星物理的迷宫。尤其是对黑洞和中子星的讨论部分，虽然概念本身抽象复杂，但通过作者精妙的比喻和图表的辅助，即便是像我这样基础不算特别扎实的人，也能感受到那些极端物理现象的震撼力。这本书的装帧质量也值得称赞，页边距留得恰到好处，使得阅读过程非常舒适，长时间阅读眼睛也不会感到疲劳。总而言之，从视觉到触觉，再到阅读体验，这本书都展现出了极高的水准，让人由衷地感受到出版方对知识传播的尊重和匠心。

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这本书的实用性体现在其对观测天文学的紧密结合上。它不仅仅停留在理论的象牙塔内，而是花费了相当大的篇幅来讨论如何从实际观测数据中反演出恒星的内在参数。例如，关于恒星光谱分类的详细介绍，从魏因伯格-罗素图的构建到不同谱线比例的物理意义，讲解得淋漓尽致。我特别关注了其中关于“红巨星分支”上恒星丰度的讨论部分，作者详细列举了利用不同波长观测数据来确定金属量的方法和潜在的误差来源，这对于正在进行数据分析的初级研究人员来说，简直是一本操作手册。更重要的是，作者没有回避当前科学界尚未完全解决的难题，而是直接点出了在某些特定演化阶段（如主序前阶段）模型预测与观测结果存在的显著分歧，并探讨了可能的物理机制来解释这些不一致性。这种坦诚的态度，使得读者能够更全面、更批判性地看待现有的恒星物理模型，而不是盲目地相信书本上的每一个结论。

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要说这本书的结构安排，那简直是教科书编排艺术的典范。它的章节逻辑链条极其完整，从最基础的恒星形成所需的引力坍缩开始，逐步深入到核反应、能量传输机制，再到整个恒星的生命周期——诞生、主序、红巨星、白矮星、中子星乃至黑洞的终结。每一个知识点都是建立在前一个知识点之上的，构建了一个坚不可摧的知识金字塔。最让我欣赏的是，在每一个核心章节的末尾，作者都设置了“延伸阅读推荐”和“习题集”，这些习题设计得极为巧妙，它们不是简单的概念复述，而是要求读者应用所学知识进行实际的计算和分析，真正做到了学以致用。比如，其中一道关于计算某一特定质量恒星对流区深度的题目，需要综合运用边界条件和对流不稳定判据，极大地考验了读者的综合能力。这种精心设计的学习闭环，确保了读者不仅“知道”了知识，更能“掌握”了解决问题的能力，这本书无疑是物理专业学生和需要深入理解恒星物理的工程师案头必备的工具书。

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这本书的叙事风格非常独特，它没有采用那种枯燥乏味的公式堆砌，而是巧妙地将历史背景融入到物理原理的阐述之中。比如，在谈到钱德拉塞卡极限时，作者花了相当的篇幅介绍了早期天文学家们是如何一步步逼近这个极限的，其中穿插的那些充满人文色彩的科学发现故事，极大地激发了我的学习热情。阅读过程中，我仿佛能感受到那个时代科学家的探索精神和不屈不挠的毅力。此外，作者在解释一些高度理论化的概念时，经常会穿插一些“思想实验”，这些设想不仅有趣，而且极大地帮助我建立了直观的物理图像。例如，当讲解能量平衡时，那个关于宇宙尺度上“热平衡”的生动比喻，让我瞬间明白了为什么恒星能够在数十亿年间维持相对稳定的状态。这种将历史、哲学思考与硬核物理知识熔于一炉的写作手法，使得这本书读起来既有学术的厚重感，又不失文学的流畅性，是真正意义上的“可读性”极强的专业书籍。

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这本书的理论深度和广度实在是令人叹为观止，它绝非那种浅尝辄止的科普读物，而是扎扎实实地构建了一个坚实的理论框架。我尤其欣赏作者在推导关键方程时所展现出的严谨性，每一个步骤都逻辑清晰，毫不含糊。那些复杂的辐射传输方程、流体力学方程组，在作者的笔下仿佛都有了生命和清晰的物理图像。我花了大量时间去消化关于恒星结构模型的部分，特别是围绕逸散边界条件和对流区定义的讨论，简直是教科书级别的阐述。对于那些希望从定性理解跃升到定量分析的读者来说，这本书提供的数学工具和物理模型是无价之宝。它迫使你动脑筋，去思考每一个物理假设背后的合理性，而不是被动地接受结论。在处理恒星演化末期，例如Ia型超新星的触发机制时，作者引用的最新观测数据和理论预测之间的对比分析，展现了前沿研究的动态性，这对于希望跟上领域步伐的研究生或资深爱好者来说，提供了极佳的参照系。

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A useful elementary introduction to stellar physics and evolution.

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