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《探知无界：天文学中的基础物理》邵立晶【文字版_PDF电子书_】

内容简介：

在中国教育部的支持下，北京大学与国内外多所中学联合启动的“亚洲青少年交流计划”自2021年开始，接收来自国际高中学生共同参与线上课堂，相互学习、共同探讨。此项计划不仅凝聚了教育、科技界的智慧和资源，而且着眼于拔尖创新人才的培养，是一次大学与中学深度融合、共同育人的创新尝试，致力于在真实的科研课题学习与实践中，为中学生打造一个全方位、跨学科的学习体验。

北京大学的教授团队亲自设计并讲授的课程，不仅旨在巩固中学生的学科知识，更重要的是引导中学生培养跨学科思维和科学家精神，激发对科技前沿的热爱，并在科学探索的旅途中播下探究与创新的种子。

这些课程内容经过北大教授的严格审定，依托“北大A计划”青少年拔尖创新人才选拔与培养机制，再由北大附中的教师团队根据中学生的学习特点进行了适度的调整与拓展，包括增加了延伸阅读和实践活动，最终获得教育部的正式批准出版。本丛书暂定为“北大名师讲科普系列”。

本册简介：

智人物种大约起源于公元前20万年，而直到约公元前500年，人类才逐渐认识到“世界是可被理解的”，复杂事件可被归纳为简单的原理。基础物理学是人类认识世界的重要积累，从牛顿到麦克斯韦到普朗克和爱因斯坦，由量子场论和广义相对论作为理论奠基的现代物理学大厦被构建起来。在这个进程中，天文学科发挥了重要的作用。而在21世纪的今天，基础物理学面临着暗物质、暗能量等突出问题，人类理解世界的认知边界在哪里?本册图书通过介绍最新的天文学观测，包括引力波和黑洞照片等，来探讨天体物理在探索基础物理理论方面的突出作用，以及面临的机遇和挑战。

作者简介：

邵立晶

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丛书主编：方方，马玉国

方方，哲学博士，教授，博士生导师。北京大学心理与认知科学学院教授。教育部长江学者特聘教授，国家杰出青年科学基金获得者，北京大学博雅特聘教授。

现任北京大学党委常委、副校长，兼任党委教师工作部部长、人事部部长、师资人才办公室主任等。曾任北京大学心理学系系主任，心理与认知科学学院院长等。

马玉国，教授，博士生导师。

现任北京大学附属中学党委副书记、校长;北京大学分析测试中心主任，北京大学软物质科学与工程中心副主任。北京大学化学与分子工程学院教授，中国科协第九次代表大会代表，中国化学会理事。

本册主编：邵立晶，北京大学科维理天文与天体物理研究所研究员。北京大学理论物理博士，德国波茨坦市的马克斯·普朗克引力物理研究所(又称，阿尔伯特·爱因斯坦研究所)和德国波恩市的马克斯·普朗克射电天文研究所博士后。

目  录：

导　语 / 1

第一讲 | 宏观世界 / 3

一、地球、月亮、太阳 / 8

二、恒星 / 13

三、星系 / 17

四、暗物质 / 26

小结 / 34

第二讲 | 微观世界 / 37

一、微观世界 / 43

二、力 / 53

小结 / 57

第三讲 | 引力 / 61

一、狭义相对论 / 68

二、广义相对论 / 72

三、黑洞 / 77

四、引力波 / 83

五、基础研究有什么“用” / 98

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亚洲青少年 北大名师 基础物理学

摘要：《探知无界：天文学中的基础物理》一书由邵立晶所著，深入探讨了天文学领域的基础物理知识。全书以通俗易懂的语言，详细阐述了宇宙的起源、恒星的形成、黑洞的奥秘等天文学核心问题，为读者开启了一扇通往宇宙奥秘的大门。

1、宇宙起源

邵立晶在书中首先介绍了宇宙的起源。通过阐述大爆炸理论，揭示了宇宙从无到有的过程。他指出，宇宙起源于一个极度高温、高密度的奇点，经过数十亿年的膨胀和演化，形成了今天我们所看到的宇宙。这一理论不仅解释了宇宙的起源，还为天文学研究提供了重要的理论依据。

邵立晶进一步解释了宇宙膨胀的原因。他认为，宇宙膨胀是由于宇宙中的物质之间存在引力，而引力又导致物质之间的相互吸引。然而，随着宇宙的膨胀，物质之间的距离越来越远，引力逐渐减弱，最终导致宇宙膨胀速度加快。这一理论为宇宙学研究提供了新的思路。

在阐述宇宙起源的过程中，邵立晶还提到了暗物质和暗能量的概念。他认为，暗物质和暗能量是宇宙的重要组成部分，它们的存在对于宇宙的起源和演化具有重要意义。这一观点为天文学研究提供了新的方向。

2、恒星形成

邵立晶在书中详细介绍了恒星的形成过程。他指出，恒星的形成始于一个巨大的分子云，分子云中的物质在引力作用下逐渐聚集，形成了一个原始星云。随着原始星云的不断收缩，温度和密度逐渐升高，最终点燃了核聚变反应，从而诞生了恒星。

邵立晶进一步阐述了恒星的演化过程。他认为，恒星的演化与恒星的质量密切相关。质量较大的恒星寿命较短，而质量较小的恒星寿命较长。在恒星的演化过程中，恒星会经历主序星、红巨星、白矮星等不同阶段，最终走向死亡。

在介绍恒星形成和演化的过程中，邵立晶还提到了超新星爆炸和黑洞的形成。他认为，超新星爆炸是恒星演化的重要事件，它不仅能够释放出大量的能量，还能够将物质喷射到宇宙空间中。而黑洞则是恒星演化的一种极端形式，它对于宇宙的演化具有重要意义。

3、黑洞奥秘

邵立晶在书中深入探讨了黑洞的奥秘。他指出，黑洞是一种极端密度的天体，其引力场强大到连光都无法逃逸。这一特性使得黑洞成为天文学研究中的一个重要课题。

邵立晶详细介绍了黑洞的形成过程。他认为，黑洞的形成与恒星的演化密切相关。当恒星的质量超过一定阈值时，其核心的引力将变得如此强大，以至于连光都无法逃逸，从而形成了黑洞。

在阐述黑洞奥秘的过程中，邵立晶还提到了黑洞的吸积盘和喷流。他认为，黑洞的吸积盘是黑洞吞噬物质的重要途径，而喷流则是黑洞释放能量的重要方式。这些现象为黑洞研究提供了新的线索。

4、天文学发展

邵立晶在书中回顾了天文学的发展历程。他指出，天文学的发展离不开科学技术的进步。从古代的天文观测到现代的天文望远镜，每一次技术的突破都推动了天文学的发展。

邵立晶进一步分析了天文学发展的趋势。他认为，随着科技的不断进步，天文学研究将更加深入。例如，引力波探测、暗物质探测等新技术将为天文学研究带来新的突破。

在总结天文学发展时，邵立晶强调了国际合作的重要性。他认为，天文学研究需要全球科学家共同参与，只有通过合作才能推动天文学的发展。

总结：《探知无界：天文学中的基础物理》一书为我们揭示了宇宙的奥秘，让我们对宇宙有了更深入的了解。邵立晶通过通俗易懂的语言，详细阐述了宇宙起源、恒星形成、黑洞奥秘等天文学核心问题，为读者开启了一扇通往宇宙奥秘的大门。本书不仅具有很高的学术价值，还具有很高的科普价值，值得广大读者阅读。

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