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出版者:电子科技大学出版社

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页数:0

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出版时间:1900-01-01

价格:20.0

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isbn号码:9787810652414

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探秘宇宙的奥秘：天体物理学前沿进展 图书简介 本书旨在为广大天文爱好者、物理学学生以及科研工作者提供一个全面而深入的视角，探索当代天体物理学领域最激动人心且最具挑战性的前沿课题。我们不涉及数值计算、算法优化或离散数学等计算方法范畴的内容，而是将焦点完全集中于宇宙尺度上的物质、能量、时空以及支配它们的物理定律。 本书的结构围绕着宇宙演化的宏大叙事线索展开，从宇宙的起源之谜，到恒星的诞生与死亡，再到星系与宇宙网的形成，直至暗物质与暗能量这两个悬而未决的宇宙学难题。我们力求以严谨的物理学原理为基础，结合最新的观测数据和理论模型，为读者描绘出一幅不断扩展的宇宙图景。 第一部分：宇宙的起源与早期演化 第一章：宇宙学基础与暴胀模型 本章将回顾爱因斯坦的广义相对论在宇宙学中的应用，重点介绍弗里德曼方程及其对宇宙膨胀的描述。我们深入探讨标准宇宙学模型——$Lambda$CDM模型的核心参数及其观测证据，如宇宙微波背景（CMB）的各项异向性。 核心内容集中在“暴胀理论”的物理机制上。我们将详细解析暴胀时期所涉及的标量场（如Inflaton场）的动力学行为，探讨暴胀如何解决视界问题、平坦性问题和磁单极子问题。此外，我们还会讨论暴胀结束后，能量如何转化为普通物质和辐射的过程——“再加热”机制，以及暴胀理论对CMB功率谱和原初引力波的预言，并结合普朗克卫星的最新数据进行对比分析。 第二章：原初核合成与轻元素丰度 本书的第二部分将时间轴推回到宇宙诞生后最初的几分钟。本章详细解析了原初核合成（BBN）的物理过程，包括中子与质子的相互转化、氘的形成壁垒，以及氦核、锂核的生成路径。我们探讨了BBN理论如何精确预测了宇宙中氢、氦、氘、锂的相对丰度，并阐述了这些丰度如何成为检验宇宙学模型、确定重子物质密度的关键“探针”。本章不会涉及任何数值积分或迭代求解的计算技巧，而是侧重于核反应截面、热力学平衡与退耦时间点的物理意义。 第二部分：恒星的生命周期与极端天体 第三章：恒星诞生与主序演化 本章聚焦于恒星的诞生——分子云的引力坍缩过程。我们从 Jeans 不稳定性和湍流对云核结构的影响入手，分析外部压力（如超新星激波）如何触发坍缩。随后，重点讨论原恒星的形成、T Tauri星阶段以及核心的氢聚变点火。 主序星的演化通过核反应率、能量传输机制（辐射、对流）和流体力学平衡来描述。我们将详细分析质子-质子链反应（p-p链）和CNO循环在不同质量恒星中的主导地位，并解释恒星的有效温度、光度和质量之间的关系，这完全基于物理学原理而非数值求解。 第四章：恒星的死亡与致密天体 恒星生命的终结是宇宙中最剧烈的物理过程之一。本章系统地梳理了不同质量恒星的演化终点： 红巨星分支与渐近巨星分支（AGB）： 探讨氦闪、三$alpha$过程以及热脉冲的物理机制，解释碳氧白矮星的形成。 超新星爆发： 深入解析II型超新星（核心坍缩）的机制，重点是中微子驱动的激波反弹，以及中子星的形成。我们侧重于描述中子星内部物质的极端状态（如夸克物质的可能存在），而非计算其方程状态的精确形式。 Ia型超新星与标准烛光： 讨论白矮星的钱德拉塞卡极限，以及热核失控爆炸的物理触发机制，阐明其作为宇宙距离测量的核心价值。 第五章：黑洞物理与引力波天文学 本书的这一部分专门探讨广义相对论的极端预测——黑洞。我们从史瓦西半径、事件视界和奇点的概念入手，解释黑洞的霍金辐射的量子场论图像，而不涉及具体的量子场论计算细节。 引力波天文学是当代天体物理学的两大支柱之一。我们详细介绍双黑洞或双中子星并合过程中产生的引力波信号的物理起源。重点在于描述“旋进”（Inspiral）、“并合”（Merger）和“环绕”（Ringdown）三个阶段的物理特征，并讨论LIGO/Virgo观测到的信号如何帮助我们检验强引力场下的时空动力学。 第三部分：星系形成与宇宙网结构 第六章：星系形成与演化 本章将视角从单个恒星扩展到宏观的星系尺度。我们讨论暗物质晕在星系形成中的核心作用，引入“冷暗物质（CDM）”的无碰撞特性如何允许小扰动（原初密度涨落）的有效坍缩。 我们深入分析星系形成的不同理论模型，如“自底向上”（Bottom-up）和“自上而下”（Top-down）的竞争，以及星系合并、恒星形成率与反馈机制（如恒星风和活动星系核反馈）如何共同塑造了我们今天观测到的盘状星系、椭圆星系和不规则星系的形态多样性。 第七章：活动星系核与宇宙高能辐射 活动星系核（AGN）是宇宙中最明亮、能量最高的现象。本章解释了超大质量黑洞（SMBH）吸积盘的物理机制，如何通过辐射压力和相对论性喷流将巨大的能量释放出来。我们对不同类型的AGN（如类星体、塞弗特星系）进行分类，并展示了统一模型（Unification Scheme）如何试图解释这些观测差异的根源。 第八章：暗物质与暗能量的观测证据与理论猜想 本书的压轴部分聚焦于现代宇宙学最大的谜团。 暗物质： 我们回顾了证明暗物质存在的关键观测证据，包括星系旋转曲线、引力透镜效应（强透镜和弱透镜）以及星系团动力学。我们讨论了WIMPs、轴子等主流候选粒子的物理特性，以及直接和间接探测实验的物理原理，强调我们致力于理解其作为“物质”组分的本质。 暗能量： 重点解析了Ia型超新星对宇宙加速膨胀的决定性证据。我们探讨了“宇宙学常数”（$Lambda$）的物理图像，以及对“第五种力”或动态暗能量模型（如Quintessence）的探索，旨在解释这种反引力效应的本质，而非对其进行任何数值拟合或参数估计。 总结 本书致力于呈现天体物理学中那些基于深入物理洞察力的前沿探索。每一章节都建立在坚实的理论物理基础之上，引导读者思考宇宙的深层结构和演化规律，确保内容完全聚焦于物理现象、理论框架和观测结果的解读，完全规避了计算方法的范畴。这是一部致力于激发求知欲、深化对宇宙理解的学术性导览。

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坦白说，刚开始我还有点担心内容会过于偏重理论的艰深，毕竟“计算方法”这个名字听起来就充满了抽象的数学符号。然而，这本书的叙事方式异常生动且富有条理。它从最基础的插值与逼近开始，逐步引导读者进入更复杂的领域，比如特征值问题的求解。最棒的一点是，作者总是能找到一个极佳的平衡点——既保证了数学推导的完整性，又不会让读者因为沉浸在符号的海洋里而迷失方向。书中对于每种方法的引入，都会先用一个清晰的背景故事或者一个实际应用需求来铺垫，让人立刻明白“我为什么要学这个”。例如，在讨论偏微分方程的数值解法时，它会结合热传导或者流体力学中的例子，让抽象的网格剖分和差分离散化变得具体可感。读完关于有限差分法的章节后，我立刻能看出当前工作中使用的数值模拟代码中存在的潜在缺陷，并知道如何着手改进。这本书的价值在于，它不仅仅是一本教科书，更像是一本“算法设计哲学”的入门手册，让人学会如何理性地选择和设计解决实际计算挑战的策略。

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这部书简直是为那些渴望在浩瀚的编程海洋中找到可靠灯塔的实践者准备的绝佳指南。我一直苦于市面上那些理论性太强，实例又过于陈旧的教材，读起来晦涩难懂，仿佛在啃一块干巴巴的石头。然而，拿到《计算方法》后，我的感受完全不同。作者并没有一开始就抛出复杂的数学公式，而是巧妙地从实际工程问题入手，比如如何快速求解一个复杂的系统方程组，或者如何用最经济的资源去拟合一条最优曲线。书中的讲解逻辑清晰得令人赞叹，每一步的推导都如同剥洋葱一般，层层递进，让你在不知不觉中就掌握了其背后的数学原理。更让我惊喜的是，书中不仅详细介绍了数值积分和微分方程的解法，还配有大量用现代编程语言实现的伪代码和实际案例，这些代码不仅准确，而且效率极高，可以直接拿来应用。特别是关于误差分析的部分，写得极为透彻，让我深刻理解了在计算机有限精度下，我们能做到多好，以及如何避免那些潜伏在算法深处的灾难性错误。这本书真正做到了理论与实践的完美结合，对于正在进行科学计算或数据建模的工程师和研究生来说，它无疑是一份无价的财富。

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这本书的排版和符号系统设计得非常出色，这对于一本涉及大量数学公式的书籍来说，是极其重要的加分项。那些复杂的积分符号、矩阵表示，都被清晰、规范地呈现出来，极大地减轻了阅读时的认知负荷。我过去常常因为看不清公式的细节而不得不手动抄写或重新绘制，这本书完全避免了这个问题。内容上，我特别欣赏作者对迭代法稳定性和收敛速度的对比分析，这种深入且不偏不倚的评估，帮助我理解了为什么在某些情况下，看似更简单的算法反而能带来更快的总计算时间。例如，对于非线性方程组的求解，书中对信赖域方法和线搜索方法的细致区分和优缺点分析，远超我之前接触的任何教材。它没有一味推崇某个“万能”算法，而是强调根据问题的具体特性（如目标函数的性质、约束条件的有无）来选择最合适的数值策略。这本书的价值在于，它提供了一个坚实的理论基础，使读者能够有能力去阅读和理解最新的科研论文中出现的各种前沿数值技术，真正做到站在巨人的肩膀上，而非仅仅站在前人的书本上。

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我一直认为，一本优秀的计算方法书籍，应该能够跨越不同学科的鸿沟，让生物、物理、金融等不同背景的人都能从中获益。这部《计算方法》无疑做到了这一点。它的广度令人印象深刻，涵盖了从基础的线性代数计算到高级的蒙特卡洛方法等诸多方面。我个人比较关注随机过程的模拟，这本书中关于随机数生成器的质量评估和方法的选取，简直是教科书级别的阐述。它不仅介绍了标准的伪随机数生成器，还深入讨论了如何通过变换法生成服从特定概率分布的随机变量，这对于需要进行大量模拟分析的领域至关重要。此外，书中对大规模稀疏矩阵的处理技巧和预处理器的介绍，也让我对如何高效处理今天动辄上亿个自由度的模型有了全新的认识。我感觉这本书不是为了应付考试而编写的，而是作者在多年一线工作中积累的“经验结晶”——那些在理论书籍中通常会被一带而过的工程实践细节，在这里被描绘得淋漓尽致，比如如何选择合适的迭代容忍度，以及何时应该切换到另一种收敛更快的算法。读完后，我感觉自己的计算工具箱里装满了各种高精度、高性能的工具，信心倍增。

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当我翻开这本厚厚的著作时，我首先感受到的是一种扑面而来的严谨感，这种严谨并非学院派的故作清高，而是源于对数学本质的深刻洞察。与我之前阅读过的那些侧重于“会用”而非“理解”的资料相比，它简直就是一股清流。它没有回避那些棘手的数学难题，例如如何处理病态矩阵，或者在处理非线性优化问题时如何保证收敛性。作者的笔触如同精密的手术刀，解剖着每一个算法的内在结构。我尤其欣赏它在介绍经典算法（比如高斯消元法、牛顿迭代法）时，不仅展示了基础版本，还深入探讨了如何对其进行优化，以适应现代大规模计算的需求。例如，它详尽地比较了直接法与迭代法在不同规模问题上的性能差异，并给出了明确的适用场景建议。阅读过程中，我时常需要停下来，对照着书中的图示和推导进行思考，那种豁然开朗的感觉，比单纯记住一个公式要来得踏实得多。这本书更像是一位经验丰富的大师，手把手地教导你如何构建一个稳健、高效的计算模型，而不是简单地提供一个现成的“工具箱”。它培养的是一种计算思维，一种面对未知问题时，能够系统性分解并寻求数值最优解的能力。

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