理解科学丛书·看不见的星：黑洞与时间之河 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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赵峥 著

图书标签:

• 黑洞
• 天文学
• 物理学
• 宇宙学
• 科普读物
• 时间
• 引力
• 科学普及
• 理解科学
• 空间

出版社： 清华大学出版社

ISBN：9787302385899

版次：1

商品编码：11619233

品牌：清华大学

包装：平装

丛书名： 理解科学丛书

开本：16开

出版时间：2014-12-01

用纸：胶版纸

页数：202

字数：201000

正文语种：中文

内容简介

　　白矮星早已在天文观测中大量发现，约占恒星总数的十分之一。原来认为不可思议的中子星也已发现很多。而从天文学角度来看，黑洞与中子星的半径和密度其实相差不大。因此，黑洞的存在似乎是顺理成章的事了。
　　另外，类星体巨大能量的来源，星系中心看不见的超大质量，以及引力透镜等，这些观测结论都能用黑洞给出较为合理的解释。
　　而物理学家对黑洞的反思则来源于黑洞理论造成的信息疑难、奇点疑难等带有根本性的理论困难，以及以往对黑洞的过于理想化的认识。
　　对黑洞和弯曲时空的深入思考，进一步把我们的注意力引向了“时间之河”。于是，我们在广义相对论和黑洞理论的基础上，深入探讨了热力学定律与时间性质之间的关系。
　　我们的“大胆猜测”和“小心求证”也许会勾起不少读者的兴趣，给他们带来愉悦的思考，并把他们引向持续千年的难题：时间究竟是什么？
　　作者在写作《理解科学丛书·看不见的星：黑洞与时间之河》的过程中，谨记一个原则：一本好书，不只要让人相信其内容，更重要的是让人有兴趣去进一步思考、探索和发现。

作者简介

　　赵峥，北京师范大学物理系教授，博士生导师。1967年毕业于中国科技大学物理系，1981年于北京师范大学天文系获硕士学位，1987年于布鲁塞尔自由大学国际理论化学与理论物理研究所获博士学位。曾任北京师范大学研究生院副院长，物理系主任，中国引力与相对论天体物理学会理事长。长期从事理论物理的教学与研究，在相对论与黑洞领域发表科研论文100余篇，曾讲授广义相对论、量子力学、统计物理、黑洞物理、量子场论等课程。同时参加教学研究、科普教学，开设“从爱因斯坦到霍金的宇宙”等公选课，并在许多院校做科普报告。主要著作有《黑洞的热性质与时空奇异性》（获第十二届中国图书奖）、《广义相对论》、《广义相对论基础》、《黑洞与时间的性质》、《弯曲时空中的黑洞》，以及科普类图书《探求上帝的秘密》（获第十一届中国图书奖）、《物理学与人类文明十六讲》、《相对论百问》、《物含妙理总堪寻：从爱因斯坦到霍金》等。

内页插图

目录

第一章 初窥黑洞
第二章 恒星演化，走向黑洞
第三章 弯曲的时空
第四章 奇妙的黑洞
第五章 黑洞附近的物理效应
第六章 探索黑洞的明星——霍金
第七章 黑洞的信息佯谬
第八章 奇点——时间有无开始与终结
第九章 时间测量的疑难与探索
第十章 千古难题：时间是什么
主要参考书目

前言/序言

　　我第一次接触到黑洞这个概念，是在1958年前后。当时我在北京一中上初中，这所古老的中学有一个历史悠久的图书馆。我的同班好友裴申是一位天文爱好者，他从学校图书馆借到一本叫做《每月之星》的科普读物，听他谈论后我觉得非常有趣，于是也去图书馆借了一本。
　　这本书把中国古代的星座与希腊的星座对照介绍，不仅有美丽的神话，而且有当时最先进的科学知识。书中介绍了白矮星，那里有令人咋舌的地球人无法想象的高密度物质，体积像小酒杯大小的一块就重达1吨左右。书中还介绍了尚未发现的中子星，而且谈到爱因斯坦的广义相对论预言存在一种“看不见的星”。由于引力太大，这种星的光跑不出来，我们看不见。这种“看不见的星”就是今天所说的黑洞。这是我第一次在书中看到有关黑洞的知识。我是一个喜欢读科普书的人，但此后十多年，再也没有从其他科普书和科普文章中看到有关黑洞的介绍。引言看不见的星： 黑洞与时间之河
　　《每月之星》是我读过的最好的科普书，作者叫陶宏。书中序言的最后写道： “一九四九年一月二十二日，北平停战之日，陶宏写于北大红楼。”
　　1978年我到北师大天文系读研究生时，在一次谈话中提到《每月之星》这本书和作者陶宏，我的导师之一、时任天文系主任的冯克嘉先生告诉我，陶宏是陶行知先生的儿子。
　　1996年，我在北师大研究生院工作，有幸与顾明远教授同在一个办公室。中午休息时，我去翻看顾先生书架上的《陶行知文集》。在书中发现许多与《每月之星》相近的内容。
　　于是我又去翻看《每月之星》这本书的复印件，这才注意到一些我少年时代未曾注意的内容。陶宏在序言中说，这本书采用的是他在给父亲做“小助教”时用过的资料。陶行知先生过世后，他觉得有必要把父亲积累的素材编写成书，并终于编纂出版了《每月之星》这本科普读物。
　　我当时感到十分震惊，原以为陶行知先生只是一个文科知识和社会知识丰富的教育家，没想到他除去“中晓人和”之外，居然还“上知天文，下知地理”。我看到了一位真正伟大的教育家的形象，他为当代的教育工作者树立了光辉的榜样。细想起来，孔夫子不也是一位百科全书式的人物吗？
　　我上大学期间，虽然在大三结束的暑假（1965年）自学过广义相对论，但所看的那三本书中均未谈到黑洞。我再次注意到黑洞是在大学毕业之后，分配到哈尔滨东北石油化学所工作期间。1974年的一天，我在所资料室中翻阅杂志，注意到当时的《科学通报》上有王允然先生写的一篇介绍黑洞的高级科普文章，我看得津津有味。
　　我在中国科技大学上学期间，王先生是物理系的老师，但未教过我，不认识他，只是听说过他的名字。他和科大的一些老师和同学，通过自学攻读钻进了广义相对论的研究领域，并在宇宙学和黑洞领域开展了研究。他们组的成员有的是我上学时的年轻老师，有的是我的同学，这些熟识的名字给我巨大的鼓舞，也进一步加深了我对广义相对论和黑洞的兴趣。
　　真正开始钻研黑洞，是在我进入北京师范大学，做了刘辽先生的研究生之后。刘辽先生是一位正直的知识分子。抗战期间，他曾就读过空军幼年学校，准备为保卫祖国而战。抗战结束后，他又参加过共产党的外围组织，散发过《挺进报》。解放后，青年刘辽从北大毕业，打算走科学报国的道路，但却不幸被打成右派。在那些艰难的岁月里，他没有选择放弃，而是一心苦钻理论物理，让自己的思想在爱因斯坦与相对论的天空中翱翔。
　　当改革开放的春天降临之际，已经掌握了相对论基本理论的刘辽，终于获得了施展抱负的机会，他开始在北师大建立研究相对论的基地，并在国内各地到处宣讲、传播爱因斯坦的理论。我有幸在这个时候考取了刘先生的研究生，在他的带领下逐渐深入到广义相对论和黑洞研究的前沿，从一个黑洞的旁观者，变成了黑洞的探索者。
　　当我于三十多年前初次跨入黑洞领域的时候，只有少数研究广义相对论的人对黑洞感兴趣，在那里仔细计算、反复推敲、热烈争论。天文学家一般都对此漠然视之，对宇宙中是否存在黑洞不置可否。
　　三十多年后的今天，情况倒过来了。天文学家大都对黑洞的存在感到乐观，认为宇宙中存在着黑洞，而且不少人认为可能存在大量的黑洞，不断有人发表论文，说这里有黑洞，那里是黑洞，似乎宇宙中处处都有黑洞。
　　与此相反，原来研究黑洞的理论物理学家，却有许多人感到情况不太妙，在那里争论、反思。包括霍金在内的一些专家认为，原先可能把黑洞想象得太理想化了，真实的黑洞即使存在，也与理论计算出的可能有很大的差别，甚至也可能根本就不存在黑洞。
　　天文学家对黑洞的乐观看法，产生自天文观测。我们知道，根据计算，一颗太阳质量的恒星，半径70万千米，密度约为每立方厘米1.4克，形成白矮星后，半径缩到1万千米，密度达到每立方厘米1吨左右。如果形成中子星，其半径将缩到10千米，密度达到每立方厘米1亿~10亿吨。如果形成黑洞，其半径将只有3千米，“平均密度”达每立方厘米100亿吨。
　　现在，白矮星早已在天文观测中大量发现，约占恒星总数的十分之一。原来认为不可思议的中子星也已发现很多。而从天文学角度来看，黑洞与中子星的半径和密度其实相差不大。因此，黑洞的存在似乎是顺理成章的事了。
　　另外，类星体巨大能量的来源，星系中心看不见的超大质量，以及引力透镜等，这些观测结论都能用黑洞给出较为合理的解释。
　　而物理学家对黑洞的反思则来源于黑洞理论造成的信息疑难、奇点疑难等带有根本性的理论困难，以及以往对黑洞的过于理想化的认识。
　　黑洞究竟是一种什么样的天体，它到底存在不存在？本书将从天文学、物理学和数学的不同角度，来阐释黑洞的来龙去脉，它的几何结构和物理结构，它可能有哪些有趣的效应。本书还将介绍，对黑洞的研究，给物理学带来了哪些收获和重要启示。
　　黑洞这种从广义相对论和微分几何推演出来的天体，在没有引入任何统计假设的条件下，居然自动导出了温度和熵。也就是说，当时空弯曲到一定程度的时候，物体将自然出现热效应。这种不可思议的结果显示，万有引力与热之间，存在着目前尚不清楚的深刻的本质联系。
　　对黑洞和弯曲时空的深入思考，进一步把我们的注意力引向了“时间之河”。于是，我们在广义相对论和黑洞理论的基础上，深入探讨了热力学定律与时间性质之间的关系。
　　我们的“大胆猜测”和“小心求证”也许会勾起不少读者的兴趣，给他们带来愉悦的思考，并把他们引向持续千年的难题： 时间究竟是什么？
　　作者在写作本书的过程中，谨记一个原则：一本好书，不只要让人相信其内容，更重要的是让人有兴趣去进一步思考、探索和发现。
　　具有高中以上学历的读者不仅可以从本书中学到许多关于广义相对论、黑洞和时间本性的有趣知识，而且能够在不知不觉中提高自己的怀疑能力、创新能力和探究能力。
　　本书是在清华大学出版社和邹开颜编辑的大力协助下完成的，还得到石磊、朱红莲等编辑的支持；北京师范大学物理系研究生祁景钊、梁桂荣协助打印了书稿，作者在此深表感谢。
　　作者的科研、教学和写作工作，长期得到国家自然科学基金（如10373003,10773002等）和教育部“精品视频公开课”经费，以及北京师范大学教学经费的支持，在此一并表示深切谢意。

《星海深处的回响：宇宙的奥秘与时间的游戏》 浩瀚星海，孕育着无数未解之谜，其中最令人着迷的，莫过于那些吞噬一切光明的神秘存在——黑洞，以及塑造了宇宙万象的无形力量——时间。本书将带您踏上一段深入宇宙腹地的探索之旅，从最前沿的科学发现出发，拨开笼罩在黑洞与时间之谜上的迷雾，领略宇宙宏伟的画卷，体验科学求知的非凡魅力。 第一篇：窥探黑洞的幽暗之心 黑洞，这个曾经只存在于理论猜想中的天体，如今已成为天文学家们研究的焦点。它如同宇宙中的“终极过滤器”，其强大的引力场连光都无法逃脱。但黑洞并非全然黑暗，它并非虚无，而是宇宙中最极端、最引人入胜的物理实验室。 黑洞的诞生与演化： 我们将追溯恒星的生死轮回，理解大质量恒星如何在其生命的尽头坍缩，形成奇点，最终孕育出黑洞。从恒星级黑洞到超大质量黑洞，它们如何形成并影响着各自所在的星系，它们的演化过程中又隐藏着怎样的宇宙规律？本书将一一为您解答。我们将深入探讨黑洞的形成机制，了解不同类型黑洞的特征，以及它们在宇宙大尺度结构中的作用。 事件视界：宇宙的单向阀： 事件视界，这个黑洞边界的神秘界限，是理解黑洞的关键。一旦越过这个临界点，一切物质和信息都将坠入无底的深渊。本书将详细阐述事件视界的物理意义，以及穿越事件视界后可能发生的奇异现象。您将了解到，事件视界并非一个实体表面，而是时空曲率达到无穷大的一个理论边界。我们将探讨落入黑洞的物体可能经历的潮汐力撕裂（spaghettification），以及量子效应在事件视界附近可能产生的霍金辐射。 奇点：时空的终结还是起点？ 在黑洞的中心，理论上存在着一个密度无限大、体积无限小的奇点。这个点是经典物理学的“禁区”，也是我们理解宇宙最深层奥秘的钥匙。本书将带您探索关于奇点的各种理论模型，以及它可能对宇宙的起源和终结所产生的深远影响。我们将讨论广义相对论在奇点处失效的问题，以及量子引力理论试图解决这一难题的最新进展。 黑洞的观测证据： 从伽玛射线暴到X射线双星，从引力波的探测到事件视界望远镜的“拍照”，本书将为您呈现科学家们如何通过各种手段“看见”这些看不见的巨兽。您将了解到脉冲星、吸积盘、喷流等是天文学家们研究黑洞的重要线索，以及近年来引力波天文学的崛起如何为我们打开了观测黑洞的新窗口。我们将重点介绍事件视界望远镜（EHT）成功拍摄到的M87星系中心黑洞和银河系中心黑洞（人马座A）的照片，以及这些观测结果对黑洞物理理论的验证和挑战。 黑洞的宇宙学意义： 黑洞并非孤立的天体，它们在星系形成、演化和宇宙物质循环中扮演着至关重要的角色。本书将探讨超大质量黑洞如何驱动星系中心的活动，以及它们与宇宙膨胀的关系。我们将深入研究黑洞在星系形成和演化中的反馈机制，以及它们如何影响星系的结构和恒星形成率。 第二篇：穿越时间之河的哲学与物理 时间，是我们最熟悉却又最陌生的概念。它似乎总是向前流淌，但究竟是什么在驱动它？它的本质是什么？在相对论的框架下，时间又呈现出怎样奇妙的扭曲和交织？ 时间的流逝：主观感受与客观实在： 我们为何感知时间在向前？是宇宙本身的属性，还是我们意识的产物？本书将从心理学、哲学和物理学的多个角度，探讨时间的流逝感及其根源。您将了解到，虽然我们的日常经验是线性向前的，但在微观尺度和极端条件下，时间的性质可能远比我们想象的复杂。 狭义相对论与时间膨胀： 爱因斯坦的狭义相对论革命性地改变了我们对时间和空间的认知。速度越快，时间流逝得越慢。本书将深入浅出地讲解时间膨胀效应，以及它在GPS定位等实际应用中的体现。我们将通过具体的例子，如高速运动的粒子或宇航员的太空旅行，来形象地说明时间膨胀的原理。 广义相对论与引力时间膨胀： 引力同样会扭曲时空，导致时间流逝的快慢发生变化。引力越强，时间流逝越慢。本书将解释引力时间膨胀的原理，以及它在黑洞附近、地球表面等不同引力场中的效应。我们将探讨行星的轨道运动如何受到引力时间膨胀的影响，以及它在天文学测量中的重要性。 时间之箭：为什么时间只朝一个方向前进？ 从宏观的宇宙演化到微观的热力学第二定律，时间之箭似乎是宇宙的基本法则。本书将探讨熵增、因果律等概念在时间箭头问题中的作用，并介绍目前科学家们对时间方向性的各种解释。我们将深入探讨热力学第二定律在宏观世界中“强制”时间单向性的原因，以及在宇宙学尺度上，宇宙的膨胀是否也为时间之箭提供了方向。 时间旅行的可能性：科幻与科学的边界： 从虫洞到宇宙弦，从闭合类时曲线到祖父悖论，本书将带您探索时间旅行的各种理论设想，并分析其在科学上的可行性与挑战。我们将区分相对论中的一些理论可能性（如利用虫洞）与目前科学认知的局限性，并探讨那些可能阻止时间旅行发生的物理机制。 量子力学与时间的“模糊性”： 在量子尺度上，时间的概念似乎变得模糊不清。叠加态、不确定性原理，这些都对我们传统的时间观提出了挑战。本书将介绍量子力学对时间的独特理解，以及它如何影响我们对宇宙基本规律的认识。我们将探讨在量子叠加态中，时间是否仍然是一个明确的参数，以及量子纠缠是否可能暗示着一种超越经典时间顺序的连接。 宇宙学中的时间：膨胀的宇宙与时间的起点： 宇宙是如何开始的？时间的起点又在哪里？本书将回顾大爆炸理论，并探讨宇宙膨胀过程中时间的演化。我们将讨论宇宙微波背景辐射（CMB）如何为我们提供了宇宙早期的快照，以及我们对宇宙年龄的精确测定。 科学探索的壮丽图景 《星海深处的回响》不仅是一本关于黑洞与时间的科普读物，更是一次关于人类认知边界的探索。本书将引导您走进宏大的宇宙图景，感受科学求知的激情与智慧。我们将力求以最生动、最清晰的语言，将最前沿的科学思想呈现给您。从遥远的星系到微观的量子世界，从古老的宇宙大爆炸到神秘的黑洞奇点，您将在这本书中，找到理解宇宙最深层奥秘的线索，体验科学探索带来的震撼与启迪。 无论您是资深的天文爱好者，还是初次接触宇宙学的读者，本书都将为您打开一扇通往未知世界的大门。让我们一同踏上这场非凡的宇宙之旅，倾听星海深处的回响，感受时间之河的脉动，共同探索宇宙的无限可能。

评分☆☆☆☆☆

这本书的叙述方式非常流畅，作者似乎非常擅长将复杂的物理概念转化为我们日常生活中可以理解的类比。我记得读到关于时空弯曲的那一章时，我原本以为自己会遇到一堵难以逾越的知识高墙，但作者巧妙地引入了一些生活场景和历史故事作为铺垫，让我能够轻松地跟上他的思路。阅读过程中，我几乎没有感觉到那种“在啃硬骨头”的枯燥感，更多的是一种解谜般的乐趣。他没有简单地堆砌公式和专业术语，而是将理论与历史、哲学思辨巧妙地融合在一起，使得整个阅读体验充满了探索的乐趣。这种叙事上的功力，让原本高深的科学主题变得触手可及，极大地激发了我的好奇心，让人忍不住想一气呵成读完。

评分☆☆☆☆☆

书中对于“尺度”的描绘，给我留下了极其深刻的印象。作者对于宏观与微观的转换把握得极为精准。比如，当他描述一个黑洞的事件视界相对于太阳系的大小对比时，那种压迫感和敬畏感是文字能达到的极致了。我能清晰地“看到”物质在引力面前的无力挣扎，感受到时间在极端引力场下的扭曲变形。这种画面感极强的描写，远超出了我在学校课本里学到的平面知识。它不仅仅是告诉我“是什么”，更让我体验了“是怎样的感受”。这种将抽象的物理定律“实物化”的能力，是这本书最让我称赞的地方之一，它让读者真正感受到了宇宙的不可思议。

评分☆☆☆☆☆

这本书的编辑和排版也展现出了极高的水准。我注意到书中穿插了许多高质量的插图和图表，它们并非随意的点缀，而是作为文字内容的有力补充。比如，那些关于引力透镜效应的示意图，配色和布局都非常考究，一下子就让原本晦涩难懂的几何概念变得清晰明了。此外，每章结尾的“延伸阅读”或“思考时间”部分也设计得非常巧妙，它不会强迫你接受既定的结论，而是鼓励读者进行更深层次的自我探索和批判性思考，体现了一种非常现代和开放的科学精神。这种对细节的关注，让阅读过程变得层次丰富，不仅仅是单向的信息灌输。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧设计相当吸引人，那种深邃的蓝色调配上星系的图像，光是放在书架上就让人忍不住想翻开。我特别喜欢封面上那种介于写实与抽象之间的艺术处理，仿佛能透过封面直接瞥见宇宙的浩瀚。拿到手里的时候，纸张的质感也很好，印刷清晰，字体大小适中，阅读起来非常舒服，长时间阅读也不会感到眼睛疲劳。整体来说，这本书在物理层面上就给人一种非常“专业”和“有分量”的感觉，但又不失吸引力，让人感觉到作者对内容是极为用心的。它不仅仅是一本科普读物，更像是一件精心制作的艺术品，体现了对宇宙神秘力量的敬畏。从拿到书的那一刻起，我就对它充满了期待，相信里面一定蕴含着令人震撼的知识。

评分☆☆☆☆☆

这本书成功地激发了我对宇宙学更深层次的好奇心，让我开始重新审视我们对“时间”和“空间”的固有认知。读完之后，我发现自己看待夜空的方式都变了，那种对未知的敬畏感油然而生。它没有给我所有问题的答案，但却提出了更精彩、更引人入胜的问题，这种感觉比直接得到标准答案更有价值。它像一把钥匙，为我打开了一扇通往更宏大、更神秘的物理世界的大门，让我渴望去了解更多关于宇宙边缘和奇点内部的故事。这本书带来的不仅是知识的增量，更是一种思维方式的拓展，一种对存在本身更深刻的哲学反思。

评分☆☆☆☆☆

非常好的一本书，赵峥教授的观点视角非常有创造性

评分☆☆☆☆☆

人类再过十五年就要移民火星了，这是一套迎接火星时代的优秀科普读物，讲述通俗易懂，不但中学生爱看，做爸爸妈妈的也爱看。

评分☆☆☆☆☆

书做得很好，快递员服务周到，信任京东！

评分☆☆☆☆☆

质量好！以后多搞促销活动哦！：）

评分☆☆☆☆☆

人类再过十五年就要移民火星了，这是一套迎接火星时代的优秀科普读物，讲述通俗易懂，不但中学生爱看，做爸爸妈妈的也爱看。

评分☆☆☆☆☆

东西不错，快的递很快

评分☆☆☆☆☆

一次性买了很多本，书自己很喜欢，也实惠。另外，京东自营物流超快，赞一个！

评分☆☆☆☆☆

理解科学从书，可以增长科学知识，还不错。

评分☆☆☆☆☆

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