黑洞的数学理论 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

简体网页||繁体网页

☆☆☆☆☆

[美] S.，钱德拉塞卡 著，卢炬甫，S.，CHANDRASEKHAR 译

图书标签:

• 黑洞
• 广义相对论
• 数学物理
• 微分几何
• 张量分析
• 引力
• 宇宙学
• 天体物理
• 奇点
• 事件视界

出版社： 高等教育出版社

ISBN：9787040490978

版次：1

商品编码：12337234

包装：精装

开本：16

出版时间：2018-04-01

用纸：胶版纸

页数：627

内容简介

苏布拉马尼扬?钱德拉塞卡（Subrahmanyan Chandrasekhar），美籍印度裔物理学家和天体物理学家，因在星体结构和进化的研究而与另一位美国天体物理学家威廉?艾尔弗雷德?福勒共同获得1983年诺贝尔物理学奖。

本书是钱德拉塞卡的代表著作，前两章详细介绍了广义相对论中在黑洞方面用得比较多的数学技术，特别是纽曼-彭罗斯形式的引入和应用。第三章介绍了史瓦西、RN和克尔三种为典型的黑洞和它们的时空结构，以及纽曼-彭罗斯形式在其中的运用。第四章则是以史瓦西黑洞为例介绍了黑洞的微扰理论。之后的部分则是针对宇宙中黑洞的形式——克尔黑洞的一系列讨论。最后一章则是简要引入了克尔-纽曼黑洞并且介绍了一般性的方法。

纽曼-彭罗斯形式是弯曲时空下求解场的运动方程时能够使人们对方程分离变量的非常重要的一项技术，而作者作为首先对克尔时空狄拉克方程分离变量的人，对这一技术的理解和掌握也非常深刻，因此本书对这个技术的介绍和讲解也非常好。

本书可供从事黑洞理论和相对论、天体物理和天文学的科研人员、大专院校师生阅读。

广袤宇宙的边界：超新星遗迹与引力波的交响 一、 序章：星辰的挽歌与时空的涟漪 本书深入探讨了宇宙中最剧烈、最迷人的天文物理现象——超新星爆发及其遗留物的演化，并将其与现代引力波天文学的最新发现紧密结合。我们不再仅仅将黑洞视为纯粹的理论构造，而是将其置于一个宏大且动态的宇宙背景之中，一个由恒星生命终结所塑造的物理现实。 我们首先追溯大质量恒星的生命终点。当恒星耗尽核心的核燃料，引力塌缩是不可避免的宿命。本书详细剖析了不同质量恒星的塌缩路径，从Ia型到II型超新星的物理机制，重点解析了核坍缩超新星爆发过程中，激波传播、中微子逃逸以及元素在极端压力下合成的复杂过程。读者将了解到，超新星不仅是恒星的“死亡”，更是宇宙中重元素（如金、铂、铁等）的主要制造工厂。 随后，我们将目光投向爆发后留下的残骸——超新星遗迹（SNR）。这些由高速膨胀的冲击波雕刻而成的结构，是研究极端环境物理学的天然实验室。书中详尽介绍了利用射电、X射线和伽马射线望远镜观测SNR的原理与成果，分析了冲击波如何加速宇宙射线，使其达到近乎光速的能量。特别地，我们对蟹状星云等典型SNR进行了深入的案例分析，探讨了其中脉冲星的辐射机制及其对周围环境的动态影响。 二、 极端天体的形成与特性：中子星的秘密 在超新星爆发的残留物中，中子星是仅次于黑洞的致密天体。本书构建了一个关于中子星状态方程的详尽叙事。我们探讨了如何利用观测数据，例如巨型脉冲星的自转频率、磁场强度以及它们在双星系统中的伴星质量，来反推构成中子星内部物质的量子力学性质。 书中不仅涵盖了经典理论，更引入了诸如夸克物质、超流体等前沿假说。我们考察了磁星（Magnetars）这一特殊类型的中子星，它们拥有宇宙中最强的磁场。通过模拟磁星耀斑的爆发过程，揭示了磁场重联如何驱动巨大的能量释放，这种能量释放甚至可以被地球上的引力波探测器捕捉到微弱的信号。 三、 引力波时代的黎明：合并事件的声学指纹 本书的第三部分是关于时空涟漪的史诗。引力波的发现彻底开辟了我们观察宇宙的新窗口。我们详细阐述了爱因斯坦的广义相对论在强引力场下的具体表现，特别是双黑洞或黑洞-中子星合并事件所产生的时空扰动。 我们不再仅仅关注最终形成的单一黑洞，而是聚焦于合并的“过程”本身。书中深入分析了引力波信号的“啁啾”（Chirp）特征，如何从信号中反演出合并前的旋进速率、质量比以及最终产物的总质量和自旋。通过对GW170817（首次观测到的双中子星并合事件）的详细解码，我们展示了引力波信号与电磁波信号（伽马射线暴、千新星）是如何协同工作，共同描绘出一幅关于重元素快速俘获过程（r-process）的完整图景。 四、时空几何的边缘：事件视界附近的物理学 虽然本书的主题避开了黑洞数学理论的纯粹探讨，但我们必须考察黑洞作为物理实体在宇宙中的实际作用。我们关注的是：当一个天体塌缩成黑洞后，它如何与周围环境相互作用。 我们将引力波信号视为黑洞形成和演化的“证据”，而非纯粹的数学解。书中探讨了围绕着新生黑洞或合并黑洞的“视界动力学”。例如，如何通过观测附近吸积盘的X射线光谱，来确定黑洞的“视界面积”与其吸积速率之间的关系，这涉及到彭罗斯过程、能层不稳定性和视界面积定理的物理推论。我们讨论了快速旋转的克尔黑洞如何通过其拖曳效应影响周围的时空结构，使其成为高效的能量提取器。 五、 宇宙的演化与未来：遗迹的消亡与新星的诞生 在本书的最后，我们将时间尺度拉长，考察这些极端天体在宇宙演化中的长期角色。超新星遗迹的壳层最终会冷却并扩散到星际介质（ISM）中，将重元素注入其中，为下一代恒星和行星系统的形成提供原材料。 我们探讨了这种循环的效率，以及ISM中的磁场如何被超新星爆发活动所重塑。同时，我们也展望了未来，设想更先进的引力波探测器（如LISA）将如何能够捕捉到更早、更低质量的恒星演化阶段所产生的时空涟漪，从而为我们提供一个从恒星诞生到死亡的完整物理史诗。 本书旨在为对宇宙高能物理感兴趣的读者提供一个全面、基于观测证据的视角，理解恒星死亡所驱动的宇宙动力学，以及引力波如何揭示这些极端事件背后的时空本质。

评分☆☆☆☆☆

这本书，说实话，初读时我被它那厚重的名字给震慑住了，感觉像是一脚踏入了连爱因斯坦都要挠头的领域。作者的笔触极其细腻，即便是对于像我这样，物理背景不算深厚的读者来说，也能感受到那种对宇宙深层奥秘的探索欲望。他并没有急于抛出那些令人眼花缭乱的复杂公式，而是如同一个经验丰富的向导，先带你领略了经典力学在极端条件下的力不从心，然后才缓缓揭示广义相对论的宏伟蓝图。我特别欣赏他对于“事件视界”这个概念的阐释，那种描述仿佛让你亲眼目睹了时空的扭曲与坍缩，那种无形的边界，如何吞噬一切光线，却又在理论上保持着一种冷峻的美感。他似乎在用文字构建一个看不见的维度，让你在阅读的过程中，不断地修正自己对空间和时间的固有认知。读完前三分之一，我感觉自己的世界观正在被温柔而坚定地重塑，那些教科书上寥寥数语带过的概念，在这里被赋予了鲜活的生命力和深刻的哲学意味，让人不禁沉思，我们所感知的现实，是否只是冰山一角。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，这本书的结构布局充满了匠心独运，章节之间的过渡简直是教科书级别的示范。作者似乎精心设计了一条“认知升级”的路径，你不会在某一处突然感到理解上的断裂。从早期的引力理论萌芽，到史瓦西解的出现，再到霍金辐射的革命性引入，每一步都建立在前一步坚实的基础之上。这种渐进式的学习体验，极大地降低了理解复杂物理概念的门槛。特别值得一提的是，书中对于时间膨胀和引力透镜效应的描述，语言充满了画面感，让人仿佛能亲身体验到在强引力场下，时间和光线是如何被“拉伸”和“弯曲”的。读到涉及量子力学和广义相对论交汇的部分时，虽然难度骤增，但作者通过清晰的逻辑梳理，避免了让读者陷入逻辑迷宫。这并非一本“速读”的书，它要求你投入时间去思考，去消化那些字里行间蕴含的巨大信息量。

评分☆☆☆☆☆

这本书的行文节奏把握得非常到位，没有那种纯粹学术著作的刻板和枯燥。它更像是一场精心编排的学术漫游，作者似乎深谙如何在高深理论与大众兴趣之间找到那个微妙的平衡点。比如，在讲解奇点内部结构时，他引用了大量的类比和历史典故，将那些抽象的数学描述“翻译”成我们可以理解的图像。我记得有一次，他用一个关于“信息熵”的例子来比喻黑洞的复杂性，那种清晰度和启发性，让我忍不住停下来，反复咀嚼了好几遍。这本书的难能可贵之处在于，它既尊重了科学的严谨性，又充满了人文关怀，它不仅仅是在告诉你“是什么”，更是在引导你思考“为什么会是这样”。对于那些渴望深入理解现代物理学前沿，但又害怕被纯粹的数学符号淹没的读者来说，这简直是一剂良方。它不仅拓宽了我的知识面，更点燃了我对宇宙边界的好奇心，那种感觉，就像是有人为你打开了一扇通往未知宇宙的窗户。

评分☆☆☆☆☆

这本书的论述风格，我感觉非常具有个人色彩，它不像某些科普读物那样，试图将所有知识点都塞满，反而更侧重于对核心思想的深度挖掘。作者似乎对“不确定性”本身抱有一种敬畏的态度，他没有试图给黑洞下定论，而是更专注于描绘我们目前理论的边界和局限。这种“已知”与“未知”之间的张力，贯穿了整本书。我尤其欣赏他对理论物理学家们争论点的客观呈现，他没有偏袒任何一方，而是将不同的解释路径并置，让读者自己去权衡其合理性。这使得阅读过程变成了一场持续的、批判性的思考。这种不急于给出终极答案的态度，反而让我感到更加信服，因为它反映了科学探索的真实面貌：不断提问，而非轻易满足。它培养的不是记忆力，而是思考的深度和广度。

评分☆☆☆☆☆

阅读这本书的过程，更像是一次精神上的朝圣之旅。作者的文字中流淌着一种对自然规律的深深的敬意，他不仅仅是在讲解物理定律，更是在探讨人类认知极限的边界。书中对于信息悖论的探讨尤为引人深思，它触及了哲学层面的根本问题：如果黑洞吞噬了信息，那么宇宙的基本定律是否被破坏了？作者没有简单地给出结论，而是引导我们去思考信息守恒的意义，以及这对我们理解宇宙终极命运的影响。这种将硬科学与宏大哲学命题结合起来的能力，是这本书最吸引我的地方。它让你在合上书本之后，很长一段时间内，都无法从那种对深邃时空的好奇与敬畏中抽离出来，真正做到了“余音绕梁，三日不绝”。