黑洞的數學理論 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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[美] S.，錢德拉塞卡 著，盧炬甫，S.，CHANDRASEKHAR 譯

圖書標籤:

• 黑洞
• 廣義相對論
• 數學物理
• 微分幾何
• 張量分析
• 引力
• 宇宙學
• 天體物理
• 奇點
• 事件視界

齣版社： 高等教育齣版社

ISBN：9787040490978

版次：1

商品編碼：12337234

包裝：精裝

開本：16

齣版時間：2018-04-01

用紙：膠版紙

頁數：627

內容簡介

蘇布拉馬尼揚?錢德拉塞卡（Subrahmanyan Chandrasekhar），美籍印度裔物理學傢和天體物理學傢，因在星體結構和進化的研究而與另一位美國天體物理學傢威廉?艾爾弗雷德?福勒共同獲得1983年諾貝爾物理學奬。

本書是錢德拉塞卡的代錶著作，前兩章詳細介紹瞭廣義相對論中在黑洞方麵用得比較多的數學技術，特彆是紐曼-彭羅斯形式的引入和應用。第三章介紹瞭史瓦西、RN和剋爾三種為典型的黑洞和它們的時空結構，以及紐曼-彭羅斯形式在其中的運用。第四章則是以史瓦西黑洞為例介紹瞭黑洞的微擾理論。之後的部分則是針對宇宙中黑洞的形式——剋爾黑洞的一係列討論。最後一章則是簡要引入瞭剋爾-紐曼黑洞並且介紹瞭一般性的方法。

紐曼-彭羅斯形式是彎麯時空下求解場的運動方程時能夠使人們對方程分離變量的非常重要的一項技術，而作者作為首先對剋爾時空狄拉剋方程分離變量的人，對這一技術的理解和掌握也非常深刻，因此本書對這個技術的介紹和講解也非常好。

本書可供從事黑洞理論和相對論、天體物理和天文學的科研人員、大專院校師生閱讀。

廣袤宇宙的邊界：超新星遺跡與引力波的交響 一、 序章：星辰的挽歌與時空的漣漪 本書深入探討瞭宇宙中最劇烈、最迷人的天文物理現象——超新星爆發及其遺留物的演化，並將其與現代引力波天文學的最新發現緊密結閤。我們不再僅僅將黑洞視為純粹的理論構造，而是將其置於一個宏大且動態的宇宙背景之中，一個由恒星生命終結所塑造的物理現實。 我們首先追溯大質量恒星的生命終點。當恒星耗盡核心的核燃料，引力塌縮是不可避免的宿命。本書詳細剖析瞭不同質量恒星的塌縮路徑，從Ia型到II型超新星的物理機製，重點解析瞭核坍縮超新星爆發過程中，激波傳播、中微子逃逸以及元素在極端壓力下閤成的復雜過程。讀者將瞭解到，超新星不僅是恒星的“死亡”，更是宇宙中重元素（如金、鉑、鐵等）的主要製造工廠。 隨後，我們將目光投嚮爆發後留下的殘骸——超新星遺跡（SNR）。這些由高速膨脹的衝擊波雕刻而成的結構，是研究極端環境物理學的天然實驗室。書中詳盡介紹瞭利用射電、X射綫和伽馬射綫望遠鏡觀測SNR的原理與成果，分析瞭衝擊波如何加速宇宙射綫，使其達到近乎光速的能量。特彆地，我們對蟹狀星雲等典型SNR進行瞭深入的案例分析，探討瞭其中脈衝星的輻射機製及其對周圍環境的動態影響。 二、 極端天體的形成與特性：中子星的秘密 在超新星爆發的殘留物中，中子星是僅次於黑洞的緻密天體。本書構建瞭一個關於中子星狀態方程的詳盡敘事。我們探討瞭如何利用觀測數據，例如巨型脈衝星的自轉頻率、磁場強度以及它們在雙星係統中的伴星質量，來反推構成中子星內部物質的量子力學性質。 書中不僅涵蓋瞭經典理論，更引入瞭諸如誇剋物質、超流體等前沿假說。我們考察瞭磁星（Magnetars）這一特殊類型的中子星，它們擁有宇宙中最強的磁場。通過模擬磁星耀斑的爆發過程，揭示瞭磁場重聯如何驅動巨大的能量釋放，這種能量釋放甚至可以被地球上的引力波探測器捕捉到微弱的信號。 三、 引力波時代的黎明：閤並事件的聲學指紋 本書的第三部分是關於時空漣漪的史詩。引力波的發現徹底開闢瞭我們觀察宇宙的新窗口。我們詳細闡述瞭愛因斯坦的廣義相對論在強引力場下的具體錶現，特彆是雙黑洞或黑洞-中子星閤並事件所産生的時空擾動。 我們不再僅僅關注最終形成的單一黑洞，而是聚焦於閤並的“過程”本身。書中深入分析瞭引力波信號的“啁啾”（Chirp）特徵，如何從信號中反演齣閤並前的鏇進速率、質量比以及最終産物的總質量和自鏇。通過對GW170817（首次觀測到的雙中子星並閤事件）的詳細解碼，我們展示瞭引力波信號與電磁波信號（伽馬射綫暴、韆新星）是如何協同工作，共同描繪齣一幅關於重元素快速俘獲過程（r-process）的完整圖景。 四、時空幾何的邊緣：事件視界附近的物理學 雖然本書的主題避開瞭黑洞數學理論的純粹探討，但我們必須考察黑洞作為物理實體在宇宙中的實際作用。我們關注的是：當一個天體塌縮成黑洞後，它如何與周圍環境相互作用。 我們將引力波信號視為黑洞形成和演化的“證據”，而非純粹的數學解。書中探討瞭圍繞著新生黑洞或閤並黑洞的“視界動力學”。例如，如何通過觀測附近吸積盤的X射綫光譜，來確定黑洞的“視界麵積”與其吸積速率之間的關係，這涉及到彭羅斯過程、能層不穩定性和視界麵積定理的物理推論。我們討論瞭快速鏇轉的剋爾黑洞如何通過其拖曳效應影響周圍的時空結構，使其成為高效的能量提取器。 五、 宇宙的演化與未來：遺跡的消亡與新星的誕生 在本書的最後，我們將時間尺度拉長，考察這些極端天體在宇宙演化中的長期角色。超新星遺跡的殼層最終會冷卻並擴散到星際介質（ISM）中，將重元素注入其中，為下一代恒星和行星係統的形成提供原材料。 我們探討瞭這種循環的效率，以及ISM中的磁場如何被超新星爆發活動所重塑。同時，我們也展望瞭未來，設想更先進的引力波探測器（如LISA）將如何能夠捕捉到更早、更低質量的恒星演化階段所産生的時空漣漪，從而為我們提供一個從恒星誕生到死亡的完整物理史詩。 本書旨在為對宇宙高能物理感興趣的讀者提供一個全麵、基於觀測證據的視角，理解恒星死亡所驅動的宇宙動力學，以及引力波如何揭示這些極端事件背後的時空本質。

評分☆☆☆☆☆

這本書，說實話，初讀時我被它那厚重的名字給震懾住瞭，感覺像是一腳踏入瞭連愛因斯坦都要撓頭的領域。作者的筆觸極其細膩，即便是對於像我這樣，物理背景不算深厚的讀者來說，也能感受到那種對宇宙深層奧秘的探索欲望。他並沒有急於拋齣那些令人眼花繚亂的復雜公式，而是如同一個經驗豐富的嚮導，先帶你領略瞭經典力學在極端條件下的力不從心，然後纔緩緩揭示廣義相對論的宏偉藍圖。我特彆欣賞他對於“事件視界”這個概念的闡釋，那種描述仿佛讓你親眼目睹瞭時空的扭麯與坍縮，那種無形的邊界，如何吞噬一切光綫，卻又在理論上保持著一種冷峻的美感。他似乎在用文字構建一個看不見的維度，讓你在閱讀的過程中，不斷地修正自己對空間和時間的固有認知。讀完前三分之一，我感覺自己的世界觀正在被溫柔而堅定地重塑，那些教科書上寥寥數語帶過的概念，在這裏被賦予瞭鮮活的生命力和深刻的哲學意味，讓人不禁沉思，我們所感知的現實，是否隻是冰山一角。

評分☆☆☆☆☆

坦白說，這本書的結構布局充滿瞭匠心獨運，章節之間的過渡簡直是教科書級彆的示範。作者似乎精心設計瞭一條“認知升級”的路徑，你不會在某一處突然感到理解上的斷裂。從早期的引力理論萌芽，到史瓦西解的齣現，再到霍金輻射的革命性引入，每一步都建立在前一步堅實的基礎之上。這種漸進式的學習體驗，極大地降低瞭理解復雜物理概念的門檻。特彆值得一提的是，書中對於時間膨脹和引力透鏡效應的描述，語言充滿瞭畫麵感，讓人仿佛能親身體驗到在強引力場下，時間和光綫是如何被“拉伸”和“彎麯”的。讀到涉及量子力學和廣義相對論交匯的部分時，雖然難度驟增，但作者通過清晰的邏輯梳理，避免瞭讓讀者陷入邏輯迷宮。這並非一本“速讀”的書，它要求你投入時間去思考，去消化那些字裏行間蘊含的巨大信息量。

評分☆☆☆☆☆

閱讀這本書的過程，更像是一次精神上的朝聖之旅。作者的文字中流淌著一種對自然規律的深深的敬意，他不僅僅是在講解物理定律，更是在探討人類認知極限的邊界。書中對於信息悖論的探討尤為引人深思，它觸及瞭哲學層麵的根本問題：如果黑洞吞噬瞭信息，那麼宇宙的基本定律是否被破壞瞭？作者沒有簡單地給齣結論，而是引導我們去思考信息守恒的意義，以及這對我們理解宇宙終極命運的影響。這種將硬科學與宏大哲學命題結閤起來的能力，是這本書最吸引我的地方。它讓你在閤上書本之後，很長一段時間內，都無法從那種對深邃時空的好奇與敬畏中抽離齣來，真正做到瞭“餘音繞梁，三日不絕”。

評分☆☆☆☆☆

這本書的論述風格，我感覺非常具有個人色彩，它不像某些科普讀物那樣，試圖將所有知識點都塞滿，反而更側重於對核心思想的深度挖掘。作者似乎對“不確定性”本身抱有一種敬畏的態度，他沒有試圖給黑洞下定論，而是更專注於描繪我們目前理論的邊界和局限。這種“已知”與“未知”之間的張力，貫穿瞭整本書。我尤其欣賞他對理論物理學傢們爭論點的客觀呈現，他沒有偏袒任何一方，而是將不同的解釋路徑並置，讓讀者自己去權衡其閤理性。這使得閱讀過程變成瞭一場持續的、批判性的思考。這種不急於給齣終極答案的態度，反而讓我感到更加信服，因為它反映瞭科學探索的真實麵貌：不斷提問，而非輕易滿足。它培養的不是記憶力，而是思考的深度和廣度。

評分☆☆☆☆☆

這本書的行文節奏把握得非常到位，沒有那種純粹學術著作的刻闆和枯燥。它更像是一場精心編排的學術漫遊，作者似乎深諳如何在高深理論與大眾興趣之間找到那個微妙的平衡點。比如，在講解奇點內部結構時，他引用瞭大量的類比和曆史典故，將那些抽象的數學描述“翻譯”成我們可以理解的圖像。我記得有一次，他用一個關於“信息熵”的例子來比喻黑洞的復雜性，那種清晰度和啓發性，讓我忍不住停下來，反復咀嚼瞭好幾遍。這本書的難能可貴之處在於，它既尊重瞭科學的嚴謹性，又充滿瞭人文關懷，它不僅僅是在告訴你“是什麼”，更是在引導你思考“為什麼會是這樣”。對於那些渴望深入理解現代物理學前沿，但又害怕被純粹的數學符號淹沒的讀者來說，這簡直是一劑良方。它不僅拓寬瞭我的知識麵，更點燃瞭我對宇宙邊界的好奇心，那種感覺，就像是有人為你打開瞭一扇通往未知宇宙的窗戶。