《宇宙物理学》

目录1

译者序1

第一篇　绪论1

第一章　天体的层次1

§1.1 层次的分类1

第一版序言3

§1.2 太阳系5

第二版序言6

a）行星（6）　b）化学组成和年代测定（7）　c）太阳系的起源8

§1.3 恒星11

a）距离（11）　b）光谱（12）　c）元素的含量14

d）光度和颜色（17）　e）半径（20）　f）质量20

g）赫罗图（21）　h）赫罗图的解释（26）　i）新星和超新星（27）　j）脉冲星和中子星29

§1.4 星际气体31

a）中性氢（HI）区（33） b）电离氢（HII）区37

c）HII区的射电波（39）　d）分子的观测（40）　e）固体微粒（41）　f）磁场（42）　g）HI区的能密度43

h）星际气体的加热和冷却44

§1.5 星系49

a）银河系（49）　b）银核（52）　c）旋臂的形成理论54

d）一般的星系（55）　e）哈勃定律（59）　f）射电星系（61）　g）类星体（63）　h）塞佛特（Seyfert）星系67

§1.6 宇宙68

a）物质和辐射的分布（68）　b）相对论的宇宙膨胀论（72）　c）膨胀宇宙的线元（73）　d）膨胀力学75

e）零压模型（76）　f）红移（80）　g）红移-星等的关系（83）　h）温度变化85

§2.1 微观过程和宏观规律87

第二章　宇宙的基本定律和物质状态87

§2.2 统计热平衡102

§2.3 辐射和电子109

a）辐射（109）　b）电子110

§2.4 核素的分布114

a）完全平衡分布（114）　b）仅由核反应达到的平衡（118）　c）偏离核平衡120

§2.5 原子的电离122

a）温度电离（122）　b）压致电离125

§2.6 相互作用的影响126

a）超高温和超高密（126）　b）核力（127）　c）结晶化130

第三章　恒星演化理论的基础132

§3.1 恒星演化理论的建立132

第二篇　恒星演化132

§3.2 恒星演化的近代描述134

§3.3 恒星结构的基本方程139

§3.4 物态方程142

§3.5 光的吸收系数145

§3.6 对流传热150

§3.7 热核反应153

§3.8 中微子引起的能量损失156

第四章　化学组成均匀的恒星166

§4.1 时间尺度166

§4.2 积分定理169

a）维里定理（169）　b）能量守恒定律170

§4.3 力学平衡171

§4.4 均质恒星的结构176

§4.5 恒星的光度181

§4.6 解的唯一性问题184

§4.7 动态不稳定性186

第五章　从恒星诞生到超新星爆发189

§5.1 恒星的形成189

a）星际气体云的演化（189）　b）原始星的急剧收缩193

§5.2 林氏阶段197

a）表面对流层（197）　b）向主星序收缩199

§5.3 主序星和星团的年龄201

§5.4 太阳中微子207

§5.5 化学组成的不均匀的发展208

a）对流造成的混合（209）　b）子午环流209

§5.6 向红巨星演化212

a）中心区氢的耗尽和壳燃烧的发生（216）　b）等温中心核（216）　c）中心核收缩和外层膨胀（216）　d）引力收缩中心核（219）　e）电子简并中心核220

§5.7 氦闪222

§5.8 氦燃烧阶段225

a）球状星团的恒星（225）　b）银河星团中的恒星227

§5.9 碳-氧中心核及其以后的演化231

a）忽略中微子损失的情况（233）　b）有中微子损失的中等质量的恒星（234）　c）有中微子损失的重恒星（237）　d）对流外层向中心核侵入238

§5.10　中徽子损失是否存在243

§5.11　超新星爆发246

a）碳爆发型超新星（247）　b）铁的光致分解型超新星250

§5.12　密近双星的演化255

a）洛希等势面（255）　b）恒星演化和双星之间的物质交流（258）　c）各种看法的讨论261

第六章　恒星演化的最后形态271

§6.1 白矮星的冷却271

§6.2 零温高密物质274

§6.3 广义相对论性的恒星的引力平衡278

§6.4 中子星281

a）零温星和中子星的极限质量（281）　b）关于中子星问题286

§6.5 超大质量恒星288

a）超大质量恒星的稳定性（288）　b）超大质量恒星的收缩292

第七章　恒星的引力坍缩296

§7.1 黑洞296

§7.2 球对称引力坍缩298

§7.3 轴对称旋转引力场301

a）Weyl解（302）　b）旋转引力场303

§7.4 一般引力坍缩的最终状态306

§7.5 引力波释放307

§7.6 黑洞发射的能量310

a）黑洞的结合能（310）　b）黑洞的能量和质量公式（311）　c）黑洞的热力学和“蒸发”312

第三篇　宇宙学314

第八章　宇宙论的发展314

§8.1 无限空间与岛宇宙314

a）无限的宇宙与无限的空间（314）　b）牛顿的绝对空间（314）　c）岛宇宙与天体起源论（315）　d）相对论以前的宇宙论316

§8.2 膨胀宇宙与演化宇宙318

a）爱因斯坦相对论和惯性系（318）　b）膨胀宇宙的发现（320）　c）膨胀宇宙理论（322）　d）演化宇宙（323）　e）微观物理规律与宇宙结构324

第九章　宇宙的结构325

§9.1 膨胀宇宙的模型325

a）宇宙原理（325）　b）宇宙时空的度规（326） c）宇宙模型的构成329

§9.2 常曲率空间329

§9.3 广义相对论的宇宙论331

a）爱因斯坦引力场方程（331）　b）爱因斯坦的静止宇宙（333）　c）没有物质的宇宙（334）　d）Friedmann宇宙（335）　e）Lemaitre宇宙335

§9.4 膨胀宇宙的其它模型337

a）牛顿引力宇宙论（338）　b）Milne宇宙论340

c）稳恒宇宙论（342）　d）Lyttleton-Bondi的宇宙论（342）　e）Alfven-Klein的宇宙论343

§9.5 膨胀宇宙的观测343

a）膨胀宇宙模型的参量（343） b）红移与宇宙视界（345） c）红移与星系亮度的关系（349） d）视亮度与星系数目的关系（350） e）视角直径（352） f）宇宙年龄（353）　g）观测的现状353

§9.6 均匀各向同性模型的推广356

a）空间对称性和Killing矢量（356） b）最大限度对称空间与de Sitter宇宙（359）　c）三维均匀非各向同性空间（362）　d）普遍的膨胀方程——Raychauduri方程364

第十章　宇宙的演化367

§10.1 演化与稳恒367

§10.2 热宇宙的初期与氦的形成368

a）辐射能占优势的状态（369）　b）辐射和物质的膨胀（370）　c）中微子黑体辐射（371）　d）质子与中子的比例（372）　e）氦元素的形成（373） f）元素合成与宇宙模型的选择376

§10.3 热宇宙中期的物质与辐射378

a）从辐射优势到物质优势（378）　b）辐射与物质的相互作用（378）　c）宇宙物质的中性原子化（379）　d）辐射和物质的退耦与宇宙黑体辐射380

§10.4 起伏的成长与星系的形成381

a）起伏（382）　b）膨胀宇宙中起伏的成长（382）　c）密度起伏的成长（384）　d）粘滞性、导热率和起伏的标度（386）　e）从气体云到星系388

§10.5 充满膨胀宇宙的物质和辐射389

a）银河系物质与星系物质（389）　b）银河系外的背景辐射（390）　c）宇宙线与宇宙黑体辐射（391）　d）中微子海（392）　e）各种质量的黑洞393

第十一章　宇宙学的基础395

§11.1 马赫原理395

2）惯性的起源（395）　b）反马赫度规（397）　c）马赫原理的推广和狄拉克的建议399

§11.2 宇宙的层次结构400

a）从星系团到超宇宙（400）　b）层次性结构和宇宙黑体辐射的各向异性（400）　c）相对于惯性系统的旋转402

§11.3 宇宙的原始状态402

a）光的俘获面的存在和时空奇异性（402）　b）时空的量子起伏（403）　c）混合宇宙（404）　d）基本粒子的时代405

§11.4 引力理论及其验证406

a）相对论的引力现象（406）　b）各种引力理论408

c）后牛顿近似与四个实验409

第四篇　宇宙线411

第十二章　宇宙线的各种基本过程411

§12.1 非热状态411

a）带电粒子的电离能的损失（411）　b）热韧致辐射413

§12.2 带电粒子在磁场中的运动416

a）刘维定律（416）　b）绝热不变量（419） c）粒子加速（421）　d）不同粒子加速效率的差异427

§12.3 粒子扩散429

a）无规则运动（429）　b）Fokker-Planck方程431

第十三章　宇宙线起源模型434

§13.1 各种成分的能密度434

§13.2 太阳成分437

§13.3 银河成分438

§13.4 银河系外成分440

第十四章　原子核成分441

§14.1 化学成分的观测值441

§14.2 原子核嬗变445

§14.3 宇宙线的传播447

§14.4 原始组成与宇宙组成的比较452

§14.5 太阳发生的宇宙线455

§14.6 能量分布457

§14.7 各向异性463

第十五章 电子成分472

§15.1 同步加速辐射472

§15.2 逆康普顿效应475

§15.3　银河系射电波与星际空间的电子成分477

§15.4 银河系内电子的传播483

§15.5 超新星遗迹发射的射电波487

§15.6 河外射电源494

第十六章 X射线和γ射线496

§16.1 γ射线（≥100 MeV）496

a）γ射线的发生机制（496）　b）γ射线强度的方向分布（497）　c）星系际成分（500）　d）γ射线源502

§16.2 γ射线和X射线的吸收505

§16.3 X射线源的分布507

§16.4 伴随超新星的X射线510

§16.5 X射线双星514

§16.6 高温等离子体发射的X射线520

§16.7 新星型X射线源527

§16.8　X射线、γ射线爆529

§16.9 河外X射线源535

§16.10　河外的延展成分539

§16.11　软X射线的延展成分543

第十七章　高能成分的各种效应548

§17.1 高能成分的发生源548

a）恒星在引力收缩过程中加速（548）　b）主序星549

c）收缩着的恒星（550）　d）密近双星（554）　e）星系核554

§17.2 星际气体加热和轻元素起源555

a）宇宙线引起的星际气体电离（555）　b）轻元素的起源（556）　c）X射线引起的电离（557）　d）HII区（558）　e）宇宙线的压强559

§17.3 星际气体的加热560

a）X射线的吸收（560）　b）宇宙线引起的电离561

§18.1 元素形成理论563

第十八章　宇宙元素的形成563

第五篇　元素的起源563

§18.2 星内合成理论565

第十九章　恒星能源——热核反应570

§19.1 热核反应理论570

a）非共振情形（572）　b）共振情形（575） c）反应率随温度的变化（577） d）光反应（578） e）产能率578

§19.2 恒星内部的热核反应579

a）氘反应（580） b）pp链（581） c）CNO循环（584） d）氦反应（588） e）碳、氧、氖燃烧反应593

第二十章　重元素的合成过程597

§20.1 α过程和e过程以及热暴式的碳燃烧597

a）Si的光分解（597）　b）α过程的元素（599）　c）产能率（602）　d）原子核的热动平衡过程（e过程）603

e）热暴式的碳燃烧604

§20.2 s过程607

a）中子源（607）　b）中子俘获截面（609）　c）s过程的元素（611）　d）s过程的〈σ〉n612

§20.3 r过程615

a）开始发生r过程的恒星演化阶段（616）　b）中子过剩核的结合能（617）　c）r过程元素的路径618

d）r过程核的含量（619）　e）p过程621

第二十一章　其他问题622

§21.1 轻元素和氘的起源622

a）Li，Be和B的起源（623）　b）氘的起源628

c）早型特殊星的组成630

§21.2 星系化学组成的演化633

a）恒星的诞生率（634）　b）恒星的最终阶段和超新星爆发（634）　c）恒星的质量抛射（636）　d）星际气体和重元素量的变化637

§21.3 氦的起源638

§21.4 超重核是否存在641

参考文献和书籍644