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出版者:McGraw-Hill

作者:Gibilisco, Stan

出品人:

页数:323

译者:

出版时间:2005-10

价格:$ 24.80

装帧:Pap

isbn号码:9780071448482

丛书系列:

图书标签:

• 气象学
• 天气预报
• 大气科学
• 气候学
• 环境科学
• 自然科学
• 科普读物
• 气象知识
• 气象观测
• 大气物理

探寻宇宙的织锦：一部关于天体物理学的深入导览 导言：在浩瀚星海中定位自我 自古以来，人类对头顶的苍穹充满了无尽的好奇与敬畏。从最早的星象观测，到如今利用尖端望远镜窥探宇宙的深处，我们对“我们是谁，我们在哪里”的追问从未停歇。本书旨在引导读者穿越时空，深入理解构成我们宇宙的物质、能量以及支配它们的根本法则。这不是一本关于地球大气现象或短期天气预报的指南，而是对宏观尺度上，恒星的诞生与死亡、星系的结构演化以及暗物质与暗能量之谜的系统性探索。 我们从基础的物理学原理出发，这些原理是理解宇宙运行机制的基石。我们将探讨牛顿的万有引力定律如何被爱因斯坦的广义相对论所精炼和拓展，后者描述了引力本质上是时空弯曲的几何效应。理解这种时空概念的转变，是进入现代天体物理学殿堂的必要前提。 第一部分：恒星的生命周期——宇宙中的炼金术 恒星是宇宙中最引人注目的天体，它们是核聚变的工厂，负责将轻元素锻造成构成行星乃至生命的重元素。 星云与恒星的形成： 我们的旅程始于巨大的分子云——冰冷的、由氢和氦构成的星际介质。在引力的作用下，这些云团会坍缩，内部温度和压力逐渐升高，最终在核心点燃核聚变之火。我们将详细分析原恒星阶段的物理过程，以及不同质量的恒星在“主序星”阶段的稳定燃烧期，这个阶段的长度和特征完全取决于恒星的初始质量。 恒星的演化与死亡： 一旦核心的氢燃料耗尽，恒星的命运便开始分岔。对于像太阳这样的中低质量恒星，它们会膨胀成红巨星，外层物质被抛射出去，留下一颗致密的白矮星。对于质量更大的恒星，演化则更为剧烈。我们将深入解析超新星爆发的机制，这是宇宙中最壮观的能量释放事件之一。这些爆炸不仅标志着巨大恒星生命的终结，更是将铁、金、铀等元素抛洒到星际空间的过程，为下一代恒星和行星系统的形成提供了原材料。 极端天体：中子星与黑洞： 坍缩的极限在哪里？质量极大的恒星核心会无可挽回地塌陷成黑洞。我们将详细探讨黑洞的性质，包括事件视界、史瓦西半径的概念，以及史瓦西半径的物理意义。对于质量介于太阳质量几倍到几十倍的残骸，它们会形成密度无以复加的中子星。我们将考察脉冲星现象，这揭示了这些超致密天体强大的磁场和快速自转的特性。 第二部分：星系的结构与宇宙的宏伟图景 当我们跳出单个恒星的范畴，目光投向更广阔的尺度时，我们看到的是由数十亿颗恒星、气体、尘埃以及看不见的物质构成的星系。 银河系的剖析： 我们将从我们自身的家园——银河系开始。通过对不同波长观测数据的整合，我们得以勾勒出银河系旋臂、核球和黑暗的晕结构。重点将放在银河系中心的超大质量黑洞——人马座A（Sagittarius A）——的证据和性质上。 星系分类与相互作用： 埃德温·哈勃建立的星系分类法（椭圆星系、螺旋星系、不规则星系）不仅仅是形态学的区分，它们也反映了星系不同的形成历史和演化路径。我们将探讨星系合并的动态过程，以及这种碰撞如何塑造了宇宙中星系的大小和形状。 宇宙学基础：从哈勃定律到暴胀理论： 现代宇宙学建立在两个核心支柱之上：广义相对论和宇宙学原理（即在足够大的尺度上，宇宙是均匀且各向同性的）。我们将详细解读哈勃-勒梅特定律，它确立了宇宙正在膨胀的事实。随后，我们将步入标准宇宙学模型——ΛCDM模型——的核心，并探讨宇宙大爆炸的证据，尤其是宇宙微波背景辐射（CMB）的发现及其对早期宇宙状态的揭示。 第三部分：看不见的宇宙——暗物质与暗能量的奥秘 天体物理学最引人入胜的领域之一，是我们对构成宇宙绝大部分物质和能量的“未知”成分的探索。 暗物质的证据链： 我们有充分的观测证据表明，可见物质（恒星、气体）的引力效应远远不足以解释星系的旋转曲线、星系团的运动以及引力透镜效应的强度。暗物质——一种不发光、不吸收光、但具有质量的物质——是解决这些矛盾的必要假设。我们将回顾寻找弱相互作用重粒子（WIMPs）等候选粒子的实验努力，并探讨弥散在宇宙中的暗物质晕的分布特征。 暗能量与宇宙的加速膨胀： 1998年的观测结果震惊了科学界：宇宙的膨胀不仅没有因引力作用而减速，反而在加速。驱动这种加速膨胀的神秘力量被称为暗能量。在标准宇宙学模型中，暗能量占据了宇宙总能量密度的近70%。本书将详细考察将暗能量建模为爱因斯坦场方程中的“宇宙学常数”（Λ）的含义，并讨论其他可能的理论框架，例如第五种力或修改的引力理论。 未来的视野： 章节最后，我们将展望下一代大型观测项目——例如詹姆斯·韦伯空间望远镜（JWST）和巨型综合阵列（SKA）——如何帮助我们更清晰地成像遥远的早期星系，并可能揭示暗物质和暗能量的更深层本质。本书的目的在于，为有志于理解宇宙终极命运和基本构造的读者，提供一套严谨而又充满启发性的知识体系。它要求读者具备对基本代数和概念推理的熟悉，但无需预先掌握高等数学，通过清晰的阐述，让宇宙的宏伟图景在读者的脑海中徐徐展开。

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