Gravitational Lenses

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出版者:Springer
作者:P. Schneider
出品人:
页数:560
译者:
出版时间:1999-11-23
价格:USD 139.00
装帧:Paperback
isbn号码:9783540665069
丛书系列:
图书标签:
  • 物理
  • 学科
  • 天文
  • 引力透镜
  • 天体物理学
  • 宇宙学
  • 广义相对论
  • 观测天文学
  • 暗物质
  • 星系演化
  • 高能天体物理学
  • 宇宙微波背景辐射
  • 黑洞
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具体描述

Light observed from distant objects is found to be deflected by the gravitational field of massive objects near the line of sight - an effect predicted by Einstein in his first paper setting forth the general theory of relativity, and confirmed by Eddington soon afterwards. If the source of the light is sufficiently distant and bright, and if the intervening object is massive enough and near enough to the line of sight, the gravitational field acts like a lens, focusing the light and producing one or more bright images of the source. This book, by renowned researchers in the field, begins by discussing the basic physics behind gravitational lenses: the optics of curved space-time. It then derives the appropriate equations for predicting the properties of these lenses. In addition, it presents up-to-date observational evidence for gravitational lenses and describes the particular properties of the observed cases. The authors also discuss applications of the results to problems in cosmology.

浩瀚星河中的光影迷踪:宇宙学前沿探索 书名: 《光之回响:穿越时空的宇宙印记》 作者: [虚构作者姓名:亚历山大·维特鲁威] 字数: 约 1500 字 --- 内容简介: 在人类仰望星空数千年的历史长河中,我们对宇宙的理解从未停止拓进的脚步。本书并非聚焦于单一的物理现象,而是以宏大的视角,系统性地梳理了当代宇宙学最激动人心的前沿领域,深入探讨了构成我们存在基石的那些最深奥、最难以捉摸的实体与过程。 《光之回响》是一次横跨时间与尺度的思想旅程,它将带领读者超越可见光所能触及的边界,潜入暗物质、暗能量的幽深迷宫,解析宇宙大爆炸遗留下的最古老信息,并展望未来探测技术可能揭示的宇宙终极命运。 第一部分:未知的织网者——暗物质与暗能量的谜团 宇宙中绝大部分的物质与能量对我们的望远镜来说是隐形的。本书的第一部分致力于剖析“暗”的本质,这些我们尚未直接观测到的实体,却主宰着宇宙的结构与膨胀速率。 1.1 暗物质的引力指纹: 我们如何“看见”看不见的东西?本章详尽考察了星系旋转曲线、星系团的动力学以及宇宙微波背景(CMB)中的微小波动,这些都是暗物质存在的有力间接证据。我们审视了候选粒子——从弱相互作用重粒子(WIMPs)到轴子——的理论模型,并回顾了地面和空间探测实验(如XENON、LUX-ZEPLIN)的最新进展和挑战。重点在于,暗物质如何充当了宇宙结构的“骨架”,在早期宇宙中催生了星系和星系团的形成。 1.2 宇宙加速的推手:暗能量的本质探讨: 发现宇宙正在加速膨胀,无疑是20世纪末最重大的科学突破之一。本书深入探讨了暗能量的几种主流解释:是爱因斯坦宇宙学常数的复活,还是第五种基本力场——“夸克”(quintessence)的体现?我们分析了基于Ia型超新星观测(标准烛光)的测量精度如何不断提高,以及它们如何与大规模结构(LSS)数据相互印证,共同描绘出当前宇宙能量密度中,暗能量占据约近70%的惊人比例。本部分对“尖叫的宇宙”——即暗能量的性质如果随时间变化,对宇宙未来会造成何种灾难性后果(如“大撕裂”)——进行了严谨的物理推演。 第二部分:时空的涟漪——引力波天文学的黎明 引力波的直接探测,开启了观测宇宙的一个全新窗口。本书的第二部分聚焦于爱因斯坦广义相对论的终极考验,以及从时空涟漪中提取的物理信息。 2.1 探测的艺术:从LIGO到地基阵列: 我们详细阐述了激光干涉引力波天文台(LIGO)和处女座干涉仪(Virgo)的工作原理,解释了如何从地面噪音中分辨出极微弱的时空形变信号。我们重点剖析了首次探测到的事件——GW150914——所带来的意义:双黑洞并合的精确测量,以及这些并合体的性质如何挑战或完善了我们对极端质量天体的认知。 2.2 宇宙“听觉”:多信使天文学的兴起: 引力波与电磁波天文学的融合是当前研究的热点。本章重点讨论了双中子星并合事件(如GW170817)的观测,这次事件首次将引力波信号与千新星(Kilonova)的电磁辐射明确关联起来,为重元素(如金、铂)的起源提供了确凿证据,并对哈勃常数等关键宇宙学参数的测量精度产生了革命性的影响。 第三部分:原初之光的秘密——早期宇宙的快照 要理解今天的宇宙如何形成,我们必须回溯到它诞生的最初几分钟。本书的第三部分致力于解读宇宙留下的最古老信息载体。 3.1 宇宙微波背景(CMB)的精细结构: CMB是宇宙“婴儿期”的余晖。我们深入解读了普朗克(Planck)卫星和WMAP任务获取的高精度全天图谱。重点分析了温度和偏振图谱中的偶极子、各向异性,以及这些微小起伏(声子模式)如何精确地印证了标准的ΛCDM(Lambda Cold Dark Matter)模型。这部分内容将详细解释如何从CMB的功率谱中提取出宇宙的物质密度、重子与暗物质的比例等关键参数。 3.2 暴胀理论的遗迹与前景: 宇宙暴胀理论解决了大爆炸模型的视界问题和平坦性问题。本书探讨了暴胀理论的物理图像,并着重讨论了寻找“B模偏振”这一关键证据的努力。B模被认为是暴胀过程中产生引力波的独特痕迹,其发现将是对暴胀理论最直接有力的支持。我们介绍了下一代地面和气球实验(如CMB-S4)的设计目标和预期成果。 第四部分:星系的演化与结构形成 从微小的量子涨落到如今遍布星系和星系团的宏大结构,宇宙的演化是一个复杂而精妙的编织过程。 4.1 从暗物质晕到星系形成: 本章探讨了计算机模拟(如Illustris TNG项目)如何将暗物质晕的演化与普通物质(重子)的冷却、恒星形成和超新星反馈有效地结合起来,以再现我们今天观测到的各类星系形态——从旋涡星系到椭圆星系。强调了反馈过程(如活动星系核AGN的喷流)在调控星系大小和恒星形成率中的关键作用。 4.2 宇宙网与大尺度结构: 宇宙并非均匀分布,而是由纤维状、墙状的结构构成的“宇宙网”。我们分析了如何利用红移巡天数据(如SDSS, DESI)来绘制三维的宇宙地图,并利用统计工具(如功率谱和双点相关函数)来量化这些结构的形成速度和演化规律,以此来检验暗能量和暗物质对结构生长的抑制作用。 结语:未来之光 《光之回响》的最后一部分将目光投向未来。从詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)对早期宇宙星系的革命性观测,到欧几里得(Euclid)任务对暗能量和暗物质的精确定位,再到下一代引力波探测器(如爱因斯坦望远镜)的展望,本书描绘了一幅令人振奋的宇宙学路线图:人类正以前所未有的精度,逼近那些关于我们起源和终极命运的最终答案。这不是一个故事的结束,而是最宏大、最激动人心的探索的开始。

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读后感

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用户评价

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《Gravitational Lenses》这本书最让我惊喜的是它所展现出的跨学科魅力。它不仅仅是天体物理学的范畴,还涉及到广义相对论、几何学、统计学,甚至还有一些哲学上的思考。作者在探讨引力透镜效应时,并没有局限于纯粹的物理理论,而是多次强调了它在认识宇宙本质、理解时空结构方面的重要意义。比如,它如何帮助我们验证爱因斯坦的理论,如何让我们窥探宇宙早期的景象,以及它在多大程度上改变了我们对宇宙的认知。这种宏观的视角让我觉得这本书不仅仅是一本专业书籍,更是一本人文科学的读物,它能够拓展我们的视野,激发我们对宇宙的敬畏之情。

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我发现自己对书中关于“多重成像”的描述尤其着迷。当一个光源被引力透镜弯曲后,我们看到的不仅仅是一个扭曲的影像,而是可能出现多个影像,这些影像以一种非常对称的方式排列着,就像是光源本身在照镜子一样。作者详细解释了产生多重成像的条件,以及如何通过分析这些影像的位置和形状来推断透镜的质量和几何结构。最让我惊叹的是,有时候我们甚至可以看到同一个遥远星系,以多种不同的形态出现在同一张照片中,这完全颠覆了我对“观察”的传统理解。这种现象本身就充满了奇幻色彩,而书中对其科学的解释,更是让我对宇宙的运作方式有了全新的认识。

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哇,拿到这本《Gravitational Lenses》的时候,我心里是既期待又有点忐忑的。之前对这个概念只是模糊的了解,知道它和爱因斯坦的相对论有关,涉及到宇宙中的一些奇特现象。拿到书之后,迫不及待地翻开,首先映入眼帘的是那些令人惊叹的宇宙图像——弯曲的光线勾勒出遥远星系的轮廓,仿佛宇宙在用它自己的方式绘制一幅幅抽象的画作。我花了很长时间去欣赏这些图片,每一张都充满了神秘感,引发了我无限的遐想。作者在引言部分就开宗明义地解释了引力透镜效应的原理,用通俗易懂的比喻将复杂的物理概念阐释清楚,比如把宇宙想象成一块巨大的、有弹性的布,质量越大的物体,就像越重的球,会把这块布压出更深的凹陷,而光线经过这些凹陷时,就会像穿过玻璃透镜一样发生弯曲。这种解释方式让我这个物理门外汉也能大致理解其核心思想,这真的是一件非常了不起的事情。

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阅读《Gravitational Lenses》的过程,就像是在经历一场智力上的冒险。作者并没有回避那些复杂的数学公式,但他巧妙地将它们融入到理论的解释中,并且总是给出清晰的推导过程和物理意义的解读。即使我无法完全理解每一个公式的推演细节,但通过作者的讲解,我能够把握住它们在整个理论体系中所扮演的角色,以及它们如何支撑起引力透镜效应的观测证据。我特别欣赏其中关于“微引力透镜”的讨论,它被用来探测系外行星,甚至是寻找黑洞和中子星等致密天体,这种利用宇宙本身的“透镜”来寻找“看不见”的物体,真是太有创意了!这本书让我深切感受到科学的魅力,它不仅仅是知识的堆砌,更是人类智慧的结晶。

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这本书的文字风格非常迷人,作者并非只是枯燥地陈述事实,而是充满了热情和思考。他时常会用一些充满诗意的语言来描绘宇宙的奇妙景象,让读者在学习科学知识的同时,也能感受到一种艺术的美感。比如,在描述引力透镜产生的扭曲影像时,他会说“光线在宇宙的画布上舞动,留下了超越时空的印记”。这种描述方式让我感觉自己并非在阅读一本学术专著,而是在进行一次灵魂的探索,去感受宇宙的浩瀚与神秘。同时,作者也清晰地指出了引力透镜效应在天文学研究中的局限性,以及未来可能的发展方向,这让我觉得这本书的视野非常开阔,不仅仅停留在已有的知识层面,更是对未来充满期待。

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《Gravitational Lenses》这本书最让我印象深刻的是它对于“暗物质”研究的贡献。在书中,引力透镜效应被反复提及,作为探测暗物质分布最有效的工具之一。作者花了相当大的篇幅来介绍如何利用弱引力透镜效应来绘制宇宙大尺度结构中暗物质的分布图,这让我第一次真正理解了暗物质并非仅仅是一个理论上的概念,而是可以通过观测到的现象来“看见”的。那些分布在星系团周围,无形却有力的暗物质,正是通过引力透镜效应,一点点地在我们眼前显现。这本书让我对宇宙中隐藏的物质有了更深刻的理解,也对天文学家们如何利用间接证据来探索未知充满了敬意。

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这本书不仅仅是一本关于物理学理论的书,它更像是一扇通往宇宙深处的窗户,让我得以窥见那些平日里遥不可及的景象。我尤其喜欢其中关于“强引力透镜”和“弱引力透镜”的章节。强引力透镜产生的那些弧形、圆环状的图像,简直是艺术品,它们不仅证实了引力透镜效应的存在,更提供了研究遥远星系结构的宝贵信息。作者详细介绍了如何通过分析这些弯曲的光线来推断前景透镜的质量分布,甚至可以用来测量宇宙的膨胀速率,这是多么令人振奋的发现!而弱引力透镜,虽然效应不那么明显,但通过对大尺度结构上微弱的形状畸变进行统计分析,同样能够揭示宇宙中暗物质的分布图谱,这部分内容让我对暗物质的神秘面纱有了更深的认识,原来宇宙中如此多的物质,我们却看不见摸不着,但它却真实地存在,并深刻地影响着宇宙的演化。

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我特别喜欢书中关于“爱因斯坦环”的章节。当透镜星系和背景光源恰好对齐时,引力透镜效应会形成一个完美的圆环,这被称为爱因斯坦环。作者详细介绍了这种特殊现象的成因,以及如何通过观测爱因斯坦环来精确测量透镜的质量。我脑海中浮现出那些被媒体报道过的、如梦似幻的爱因斯坦环的照片,原来它们背后有着如此深刻的科学原理。这本书让我明白了,我们所看到的那些最令人惊叹的宇宙景象,往往也是最能揭示宇宙奥秘的线索。这种将科学的严谨性与宇宙的美丽完美结合的方式,是我阅读这本书最大的收获之一。

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这本书的结构安排非常合理,从基础概念的引入,到不同类型引力透镜的详细阐述,再到它们在天文学研究中的具体应用,循序渐进,引人入胜。我喜欢它在解释每一个概念时,都会引用大量的实际观测案例来加以说明。比如,当作者讨论到如何利用引力透镜效应来测量星系团的质量时,就引用了许多著名的星系团的观测数据和分析结果。这些真实的案例让理论不再是空中楼阁,而是有了坚实的落地之处,也让我对天文学家们是如何一步步揭开宇宙奥秘有了更直观的认识。读这本书,我感觉自己仿佛置身于一个天文观测站,亲眼见证着那些令人惊叹的发现。

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总的来说,《Gravitational Lenses》这本书是一次非常棒的阅读体验。它没有让我感到枯燥乏味,也没有让我因为晦涩的理论而望而却步。作者的讲解深入浅出,引用的案例丰富生动,让我得以在一个相对轻松愉快的氛围中,逐渐深入了解引力透镜这个迷人的宇宙现象。这本书不仅满足了我对宇宙的好奇心,更激发了我进一步探索天文学的热情。它让我明白,宇宙并非静止不变的背景,而是一个充满活力、不断演化的舞台,而引力透镜,正是这个舞台上最神奇的魔术师之一。我强烈推荐这本书给所有对宇宙、对科学感兴趣的读者,相信你们也会被它深深吸引。

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