描述
开 本: 32开纸 张: 胶版纸包 装: 平装-胶订是否套装: 是国际标准书号ISBN: 29143098
◆带领你三小时读懂宇宙学的一个秘密。
◆牛津通识课系列是一个可读性强且包罗万千的工具书图书馆。
◆每本讲透（黑洞、引力、行星、星系），看完就把对应话题了解得明明白白。
◆牛津大学出版社自1995年开始出版的一套系列丛书，堪称镇社之宝。
◆由牛津大学牵头，邀各领域专家书写的通识读物。全球销量超1000万册，多本被选为通识课教材。
◆集中于宇宙物理领域，一本书讲透引力、黑洞、星系和行星的方方面面。
◆由点及面的网状知识图谱，按需阅读，帮助读者足不出户了解关于世界的种种真相。
◆牛津通识课系列是横跨四大知识板块（物理/生物/历史/文化）的大型通识读物。
《牛津通识课》系列丛书，是牛津大学出版社镇社之宝。自1995年出版以来，该系列已经涉及数十种学科，包含近700本读物，全球销量过1000万册。其特点在于，每一本书对应一个主题，每个主题都由该领域的专家撰写。确保读者能在三小时内读懂一个学科。牛津出版社曾这样描述他们的野心：《牛津通识课》将会涵盖所有主要学科, 为所有读者提供一个可读性强且包罗万千的工具书图书馆。
《黑洞》是宇宙学*热门的的话题，但黑洞究竟是是时空瓦解之地，还是所有恒星都无法避免的终极命运？凯瑟琳将科学事实与科幻小说分开，将黑洞的知识全面、系统地呈现在读者面前，向读者展示黑洞在宇宙中扮演的真正角色。用看似矛盾、神秘且有趣的黑洞现象，概述黑洞的性质和特征。
《引力》是支配宇宙的四大基本力之一。在本书中你会读到那些耳熟能详的伟大科学家——牛顿、爱因斯坦、霍金的工作真正是什么，了解他们所取得的成就，开始从专业角度真正认识引力这个宇宙的“主宰者”，并了解20史记的“伟大”发现——引力波。
《行星》回答了我们是空旷宇宙*的智慧生物这一问题，但除了孤独，还有生存的焦虑困扰着人类：除了地球，我们是否真的无处可去?行星科学相关的知识爆炸性增长，但人类对其他世界的迷恋从未停止，也许头顶的某片星空中，会有我们未来的朋友，甚至未来的家乡。
《星系》的运作里包含着从宇宙创生到毁灭的所有规律，从一条悬臂到整个宇宙，人类认识到银河系并不是可观测宇宙的全部不过百年。约翰让读者的视线从时间和空间的都无限外延，把宇宙微波背景辐射、黑洞源起、宇宙的撕裂与坍缩等天文学概念娓娓道来。
01 黑洞是什么
02 游览时空
03 黑洞的特征
04 落入黑洞……
05 黑洞的熵和热力学
06 你怎样给黑洞称重
07 吃得更多，长得更大
08 黑洞和副产品
《牛津通识课：引力》
01 从牛顿到爱因斯坦
02 太阳系内的引力
03 太阳系外的引力测验
04 引力波
05 宇宙学
06 引力物理前沿
后记
《牛津通识课：行星》
01 太阳系
02 岩质行星
03 巨行星
04 巨行星的卫星和光环
05 小行星
06 海外天体
07 系外行星
《牛津通识课：星系》
01 大辩论
02 通往宇宙的“垫脚石”
03 银河系
04 小插曲：平庸的银河系
05 膨胀的宇宙
06 物质世界
07 星系的起源
08 星系的命运
《牛津通识课》既值得阅读又极具吸引力……从中可以找到很多乐趣……“给出事实”是好的科普作品的基本要求之一……它们之所以吸引我们，是因为世界陌生而辽阔，因为目之所及处处让人和充满好奇，从黑暗中闪烁的萤火虫到奥登对叶芝的挽歌，都是我们想了解的存在。
——《纽约客》杂志
《牛津通识课》之所以吸引我们，是因为世界辽阔而陌生，是因为世界陌生而辽阔，因为目之所及——从黑暗中闪烁的萤火到奥登对叶芝的挽歌——处处让人和充满好奇，充满了我们想了解的存在。 并不是每个人都渴望成为一个博学者，但是每个渴望阅读的人都是一个好学者、一个热爱知识的人。他们眼中的知识既动人有趣、又令人舒适快乐，引起惊叹和敬畏。
——《纽约客》杂志
我有一大堆的《牛津通识课》，因为本书一贯出色，它们是尝试新学科的一种理想的方式，而且价格相对其他科普读物非常便宜，读了可以帮你决定是否要买更昂贵的这类书籍。各个领域的作者在本系列百家争鸣，均有见地，读来发人深省。
——马克·格瑞纳 《英国奇异事件》杂志
我非常喜欢《牛津通识课》系列，事实上每个对思想观念和科学历史感兴趣的人都应该读一读。这套书设法跨越知识的门槛，使复杂的问题易于理解而又不影响学习的质量。《牛津通识课》系列主题丰富，这对于任何想了解人类思想发展的人来说都是不能错过的宝书，尤其是那些渴望了解更多，但不知从何处入手的人们，《牛津通识课》是必去的门户。
——克莱尔·福克斯（Claire Fox）思想研究所所长
要是所有出版物都达到这样的高度就好了，优秀的价格，精美的设计和制作，严谨的内容和诱人的主题，就像《牛津通识课》一样。
——《书商》
专业严谨但绝不平淡，《牛津通识课》是思考者的维基百科。
——《独立报》
我太喜欢《牛津通识课》系列了。它制作精良，作者会写，话题有趣。是一个精湛的科普系列，所有人都可以读。
——Grrl Scientist 《卫报》
各种听起来让人头大的学科，需要该领域的专家们针对它们进行一系列引人入胜的介绍。看完就懂了您需要知道的一切知识。
——《泰晤士报》
一个绝妙的主题，包在一个活泼、小巧的外观里……时尚的设计……非常适合在口袋里闲逛。
——丽莎·贾丁（Lisa Jardine），《泰晤士报》
《黑洞是什么 |What Is a Black Hole?》
黑洞就是一个引力很强的空间区域。任何东西——甚至连光——都因为不够快，不能从其内部逃离……要理解这种现象是如何产生的，我们首先要理解物理世界的一个深刻的特性：任何运动的粒子或物体都存在一个速度。
快是有多快
丛林法则之一是：不想死得快，就得跑得快。除非你异常狡猾或者善于伪装，否则只有足够敏捷才能存活下来。哺乳动物摆脱劣势的速度取决于其质量、肌肉力量和新陈代谢之间复杂的生化关系。宇宙中运动快的实体所能达到的速度是由完全没有质量的粒子所呈现的，例如光的粒子（被称为光子）。这个速度被精确地定为每秒299 792 458 米，相当于每秒186 282 英里，几乎比空气中的音速快100 万倍。如果能以光速旅行，我将能够在十四分之一秒内从我在英国的家中到达澳大利亚，就是一瞬间的事情。从离我们近的恒星，也就是太阳出发的光只需要8 分钟就可以到达我们这里。而从太阳系外层的行星海王星出发，光子到地球的行程时间也只有几个小时。我们说太阳离地球有8 光分，而海王星离我们有几光时。这会导致一个有趣的后果，如果太阳停止发光或海王星突然变成紫色，地球上的任何人发现这些重要信息都分别需要花上8 分钟或几小时。
现在让我们来考虑光线从太空中更加遥远的地方传回地球的时间有多长。我们的太阳系所在的银河系是一个长达几十万光年的星系。这意味着光从银河系的一侧行进到另一侧需要几十万年。离本星系群（银河系是其中的重要成员）近的星系团，也就是天炉座星系团，离我们有几亿光年。因此，在围绕天炉座星系团中的某颗恒星运行的行星上如果有一位观察者，手头配备了恰当的仪器回看地球，可能会看到恐龙在地球上徘徊。不过这只是由于宇宙浩瀚得令人难以置信，才使得光的运动看起来迟缓且费时。但当我们开始考虑如何将火箭发射到太空时，宇宙规定光速是上限这一点就会带来一种有趣的效应。
逃逸速度
如果我们希望将火箭送到太空但发射速度太慢，那么火箭将没有足够的动能来挣脱地球的引力场。反之，如果火箭的速度恰好足以逃离地球引力的拉扯，我们就说它已达到了逃逸速度。火箭从诸如行星之类的大质量物体上逃离时，行星质量越大，火箭距行星的质心越近，逃逸速度也就越大。逃逸速度可以写成，其中M 是行星的质量，R 是火箭与行星质心的距离，而G 是被称为牛顿引力常数的自然常数。重力作用总是将火箭拉向行星或恒星的中心，朝向被称为质心的点。不过，逃逸速度的取值与火箭的质量完全无关。因此，不论其内部载荷是几根羽毛还是几台三角钢琴，从距离地球质心约6400 千米的卡纳维拉尔角发射的火箭都具有相同的逃逸速度，也就是11 千米/ 秒多一点或约为声速的34 倍（可以写为34 马赫）。现在假设我们可以压缩地球的全部质量，使它占据更小的体积，假定它的半径变为其当前的四分之一。如果火箭发射处距离质心6400 千米，其逃逸速度将保持不变。然而，如果它重新放到距质心1600 千米的压缩后的地球的新表面，那么逃逸速度将会是原始值的两倍。
现在假设某些灾难的发生导致地球的全部质量都收缩到了一个点，我们把这样的物体称为奇点。它现在已经成了一个“质点”，一个占据空间体积为零的有质量物体。在距这个奇点只有1 米左右的地方，逃逸速度将远大于在1600 千米处的取值（实际上将约为光速的10％）。离奇点更近，略小于1 厘米的地方，逃逸速度将等于光速。在这个距离上，光本身没有足够的速度来逃离引力的拉扯。这是理解黑洞性质的关键思想。
对“奇点”一词的用法值得明确。我们不相信在持续的引力坍缩的终点，物质会变成某个几何点；正相反，我们会发现经典引力理论失效并进入量子体系。从这里开始，我们将使用术语“奇点” 来指代这种极其致密的状态。
事件视界
现在想象你是一名驾驶宇宙飞船的宇航员，并且正在接近这个奇点。在距离它还有一段距离时，你可以随时将发动机反转并逃之夭夭。但是距离越近，就越难体面地撤离。终你会到达一个无论装载的发动机有多强大都无法逃脱的距离。这是因为你已经到达了事件视界，这是一个用数学方式来定义的球面，它也被定义为内部逃逸速度超过光速的边界。对于我们关于地球坍缩到一个点的思想实验而言，这个表面将是一个以奇点为中心，半径只有1 厘米的球面，这对我们的太空船来说可能很容易避开。然而当黑洞由恒星而不是行星坍缩形成时，事件视界会变得更大。事件视界有一个重要的物理效应：如果你在那个表面之上或者里面的话，根据物理定律你没办法逃离，因为这样做你需要打破普适的速度限制。事件视界是一个强制性的标界：在它之外你有决定你命运的自由，而在它之内你的未来将被锁在里面，不可改变。
这个球面半径被称为史瓦西半径，是为了纪念前面提到的卡尔·史瓦西。作为次世界大战中的一名士兵，史瓦西得到了广义相对论中著名的爱因斯坦场方程的个精确解。史瓦西半径写为，其中M 是黑洞的质量，G 是牛顿引力常数，c 是光速。根据这个公式，地球的史瓦西半径还不到1 厘米。以此类推，太阳的史瓦西半径为3 公里，这意味着如果我们的太阳被压缩成奇点，那么距这一点仅3 公里之处的逃逸速度就将等于光速。一个质量是太阳质量10 亿倍的黑洞（具有109 太阳质量）将使史瓦西半径扩大10 亿倍（一个无旋转的点质量的史瓦西半径与其质量成正比）。正如我将在第6 章中所描述的那样，这些巨大的黑洞被认为存在于很多星系的中心。
在牛顿物理学中，这种对事件视界的描述是合理的。事实上，在爱因斯坦和其他我们提到的人之前几个世纪，类似黑洞的物理实体是被想象出来的，而它们深刻地改变了我们对空间和时间的理解。早想象出类似黑洞的“暗星”的人是18 世纪的约翰·米歇尔（John Michell）和皮埃尔·西蒙·拉普拉斯（Pierre Simon Laplace），而现在我将解释他们做了什么。
天文学的一个非凡之处在于，即使你被困在地球上也能发现关于宇宙的很多事情。例如，没有人曾经游览过太阳，然而在19 世纪后期通过分析太阳光谱探测到了太阳中存在的氦。需要特别注意的是，这也是氦元素本身被次发现；它在太阳上被发现的时间要比在地球上被探测到早得多。在更早的18 世纪，关于黑洞背后的一些想法就开始形成了，特别是关于所谓的暗星的概念。人在很大程度上是他那个时代的产物，那些饱含奇思妙想、迈出步的人都是这样。
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