物理天文學前沿(全2冊)（簡體書）

物理學和天文學之間一直存在著根本性的聯繫，它促使兩位當今世界最尖的天體物理學家合作，從物理學觀點來闡述天文學的前沿問題。作者用非數學方法的論述，使艱深的前沿課題變得通俗易懂。如果你也想瞭解當前物理學和天文學得最新知識，本書是你的不二之選。

F.霍伊爾（Fred Hoyle）

英國著名天文學家，宇宙穩恒態學說創始人。在有關領域貢獻良多（如關於恒星演化過程中的理論的建立）。

J.納里卡（J.Narlikar）

印度著名天文學家。

譯者介紹

何香濤

男，博士生導師。1960年畢業於北京師範大學物理系，之後一直在天文系任教，1997年獲得Chretian觀測基金獎。

趙君亮

上海天文臺研究員，博士生導師。1968年上海天文臺恒星天文專業研究生畢業。曾任上海天文臺台長，國家天文臺副台長，IAU37專業委員會科學組織委員。

該書的作者是20世紀有名的天文學家，在有關領域貢獻良多，同時作者又是傑出的科普作家，使得該書的許多章節都寫得深入淺出，精彩紛呈。
通過基本物理知識與基礎的數學手段，就可以把很多深奧得無法在大學物理裡教學的“前沿”娓娓道來。
2018年新版的《第*推動叢書》全新設計了版式和封面，簡約個性，提升了閱讀體驗，讓科普給你更多想像。

宇宙就其現象範圍來說，必然比我們在地球上所能期望經歷的任何事物都要廣泛，人類過去一直在觀測天空，尋找了解世界本質和規律的各種線索，直到今天依然如此。物理學家在研究支配我們世界的自然規律時也轉向天文學和宇宙學，尋找支持其理論的證據；而天文學家又依據物理學家在地面實驗室中的物理實驗去理解天空中的現象。物理學和天文學之間這種根本性的相互聯繫，促使我們編著了這本《物理天文學前沿》。
本書從物理學觀點出發來闡述天文學的問題，因此，一開始我們便討論了諸如原子性質、量子力學以及輻射等概念。遺憾的是日常生活與這些概念並不密切相關，要了解原子的結構，必須付出很大的精力和代價，而量子力學的研究也只是在現代微電子學出現之後才普遍發展起來。但是，不掌握物理學的這些比較深奧的部分，對天文學的理解就幾乎寸步難行。
規律通常通過所謂“因果關係”而存在於世界之中。因果關係通過粒子間的相互作用體現出來，這種相互作用有四種類型——電磁相互作用、強相互作用、弱相互作用和引力相互作用。這四種相互作用都在開頭一章中作了討論；隨後本書共分3篇分別論述屬於一種或兩種相互作用範疇的現象。第1篇闡述電磁相互作用，描述由輻射波譜獲得的天文知識，包括光學天文學、射電天文學、毫米波天文學、紅外天文學和X射線天文學；第2篇論述強相互作用和弱相互作用，著重討論恆星內部的特性；第3篇闡述引力相互作用，討論牛頓理論和愛因斯坦理論，並以此為基礎去認識黑洞和宇宙學的各種問題。在每一篇中都是以物理學的基本發現為基礎去理解各種天文現象。
我們期望，這種敘述方式會使天文學面目為之一新；不像大多數天文書籍那樣，或者著眼於發現的順序，或者按天體到地球的距離，由近及遠地去討論。我們著眼於在宇宙中起作用的各種基本力，從而為理解各種天文現象提供了一個基礎，而不只是簡單地描述它們。
本書中我們幾乎完全局限於用非數學方法去論述。最困難的數學也只不過是第11章中出現的一些簡單的代數運算。離開這些代數運算，我們發現在討論黑洞物理學時很難做到意義確切。在一般科學常識方面有紮實的中學水平的讀者，在閱讀本書時應該沒有什麼困難。
我們衷心地感謝福克納（J. Faulkner）博士，他細心地閱讀了手稿，提出了建設性的評價，同時提出了許多改進意見。

前言
中譯本序言
譯者的話
第一章時空圖和物質結構

第一篇電磁相互作用
第二章輻射、量子力學和譜線
2-1宏觀粒子的輻射
2-2時間的方向性和因果律
2-3量子力學
2-4名稱、單位和測量

第三章黑體、恆星光譜和赫羅圖
3-1溫度和絕對溫標
3-2黑體
3-3恆星光譜
3-4赫羅圖
3-5天空中的恆星

第四章射電天文學
4-1歷史簡況
4-2蟹狀星雲
4-3個人的回憶
4-4脈衝星
4-5射電星系
4-6類星體

第五章毫米波天文學
5-1分子
5-2星際空間中的分子
5-3巨分子云

第六章星際微粒和紅外天文學
6-1一門新學科的誕生
6-2星際塵埃
6-3星際有機分子的起源

第七章X射線天文學
7-1技術
7-2來自太陽的X射線
7-3天蠍X-1——太陽系之外所發現的第一個X射線源
7-4蟹狀星雲和其他的一些X射線源
7-5第一個X射線星系
7-6自由號巡天觀測
7-7密近雙星與食雙星
7-8 X射線雙星和黑洞

第二篇強相互作用和弱相互作用
第八章原子、原子核和恆星的演化
8-1恆星的能源需求
8-2放射性
8-3是天然放射性，還是核聚變
8-4原子核和各種粒子
8-5核能和恆星的能量
8-6恆星的演化
8-7恆星的終極問題
8-8物質的歷史

第九章天體距離的測定
9-1畢星團主序
9-2畢星團主序的利用
9-3造父變星
9-4距離範圍的延伸

第三篇引力相互作用
第十章運動定律和萬有引力定律
10-1引言
10-2運動
10-3動力學
10-4萬有引力定律
10-5從牛頓到愛因斯坦
10 -6狹義相對論
10-7廣義相對論
10-8愛因斯坦的引力論
10-9萬有引力與天文學的關係

第十一章黑洞
11-1引言
11-2逃逸速度
11-3牛頓引力框架中的引力坍縮
11-4廣義相對論框架中的引力坍縮
11-5黑洞是怎樣形成的
11-6黑洞沒有“發”
11-7克爾一紐曼黑洞
11-8黑洞物理學定律
11-9黑洞的檢測
11-10白洞

第十二章宇宙學簡介
12-1什麼是宇宙學
12-2哈勃定律
12-3膨脹著的宇宙
12-4宇宙的對稱性
12-5奧伯斯佯謬

第十三章大爆炸宇宙論
13-1宇宙學模型
13-2弗里德曼模型
13-3哈勃定律的推廣
13-4射電源計數
13-5角大小檢驗
13-6早期宇宙
13-7熱大爆炸
13-8微波背景輻射
13-9氦和氘的原始豐度問題
13-10宇宙的年齡
13-11再論奧伯斯佯謬

第十四章慣性和宇宙學
14-1引言
14-2馬赫原理
14-3單位和量綱
14-4星系系統膨脹的含義
14-5宇宙膨脹的另一種解釋
14-6哈勃和哈曼遜的紅移一星等關係
14-7早期宇宙
14-8當前宇宙學中的難題
14-9質量相互作用的一般形式
14-10黑洞和白洞
附錄A穩恆態宇宙模型
附錄B表格

第1章時空圖和物質結構

幾年前，作者之一曾作過一次旅行，那是去芝加哥為美國物理學會的一次會議做一篇報告。這次旅行給作者留下了難忘的印象，原因是航行中出現了太陽從西方升起的現象。飛機跨越大西洋，朝西北方向飛行。那是1月份的一個下午，白天很短，和通常一樣，一天即將結束，太陽正在從西南方向地平線上沉下，天空逐漸黑暗起來。機艙裡，有的旅客已進入夢鄉，有的則在聊天、飲酒，有的則在聆聽音樂。就在這個時候，機艙裡的光線開始輕微而又微妙地變化。西方天穹逐漸明亮起來，而不是像通常那樣暗下去。天空居然越來越明亮，宛如奇蹟一般，一直到一輪金光燦爛的太陽又重新呈現在西方地平線上。
那天太陽從西方升起，原因是航線非常偏北地越過格陵蘭島，結果飛機的飛行速度超過了地球的自轉速度。這樣，我們就好像處在一顆自東向西、而不是自西向東旋轉的行星上。隨著超音速客機的使用，這種現象會變得盡人皆知。然而，在這次飛行中，這一現象的確令人十分驚奇，好像地球和太陽在時空中的運動被顛倒了過來。
在日常生活中，很少有人會對我們通常的時空概念產生疑問。對我們大多數人來說，時間就是時鐘的連續走時，一秒鐘接著一秒鐘，彷彿是無休無止；而空間則沒有邊際，彷彿是無窮無盡。但是，物理學家和天文學家總是試圖認識支配物理世界的規律。對他們來說，空間和時間在含義上是密切相關的兩個概念。從愛因斯坦時代起，空間和時間被看作是稱之為時空的一種更為基本的實體的組成部分。為了說明這一概念，讓我們來繪製一張從倫敦飛往芝加哥的飛機運動圖。假定飛機的航線是平滑的，沒有任何曲折，那麼便可以用圖1-1的方式來表示它的運動，一個方向表示時間，另一個方向表示飛行距離。描述旅行過程的這種圖示方法，在物理學中稱之為時空圖。

當然，實際的航線不是完全平滑的。但是，附加上一些細節不會引起任何困難。我們可以把圖1-1推廣為更接近真實的形狀，使用兩維空間加上一維時間。兩維空間可以用來表示飛機航線在經度和緯度上的變化。如果還希望表示出飛機離地面高度的變化，我們可以加上第三維空間。於是，一幅完整的時空圖應當具有三維空間和一維時間。
這樣一來，我們便從圖1-1的簡單概念（一維時間和一維空間）過渡到比較複雜的四維圖概念（一維時間和三維空間）。在物理學家看來，宇宙的全部變化都在這個四維時空圖上呈現出來了。
重要的問題是，要注意到時空圖和純空間之間的差別，也就是如圖1-2和圖1-3所表示的差別。圖1-2是一幅純空間圖，表示地球繞太陽的軌道，代表地球的黑點隨著時間繞太陽運動。但是，這種思考方式有含混之處，因為它沒有表示出空間運動和時間過程之間的聯繫。如果我們希望把時間過程清楚地表示出來，則必須如圖1-3那樣，在一幅綜合的時空圖上把地球軌道表示成一條螺旋線，太陽位於螺旋線的軸上。

這裡，我們碰到了一個頗為奇妙的問題。實際上我們往往喜歡採用圖1-2，而不是圖1-3，原因是我們主觀上重視時間的確定瞬間。設想圖1-2代表某一個確定瞬間，而地球和太陽的其他軌道形態對應於另外一些確定瞬間。另一方面，圖1-3中所表示的則是地球運動的整個歷史，任何一個軌道形態都沒有賦以特定的意義而單獨地表示出來。圖1-3中沒有任何內容與現時瞬間概念有關。在物理學中通常都這樣理解，即不存在表示現實的確定瞬間，所有的時間瞬間一起存在，而整個世界佔有四維時空。

人們可能會認為，物理學家為了簡單明了而捨去了有趣的細節。圖1-1沒有給出任何有關倫敦飛往芝加哥那架飛機的具體內容，耳機、雞尾酒、機組人員、乘客全都不見了。物理學家對於這類指責的回答是，常規的描述畢竟十分有限，這類描述所提供的細節總歸是遠遠不夠的。什麼算是雞尾酒？人腦又是如何起作用的？物理學家在為這些深入一步的問題尋求答案，而如果我們硬要他們提供細節的話，那他們是完全可以用極其豐富的內容來做出回答的。