天体物理学

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天体物理学范文第1篇

[关键词]《庄子・逍遥游》；天体物理学；巨生物学

[中图分类号]I262 [文献标识码]A [文章编号]1005-3115（2016）24-0047-04

《逍遥游》为《庄子》首篇。在《庄子》这一开篇文字中，庄子面对宇宙天地展开想象，超越了人的视域，创造出鲲鹏这样“不知其几千里也”的超大生物形象：“北冥有鱼，其名为鲲。鲲之大，不知其几千里也；化而为鸟，其名为鹏。鹏之背，不知其几千里也；怒而飞，其翼若垂天之云。”伴随着大鹏“抟扶摇而上者九万里”，庄子的精神“绝云气，负青天”，进入到现代天体物理学所研究的宇宙世界中。《逍遥游》中蕴含着庄子式的“天体物理学”与“巨生物学”，在人类科学发展史上有着不可忽视的价值与意义。

一、《逍遥游》中的“天体物理学”

读《庄子》一书，必须像庄子一样尽最大可能发挥想象力。在我们看来，面对《逍遥游》“北冥有鱼”一节神奇的文字，最好的阅读方式是一边慢声诵读，一边想象着大鲲在宇宙大海中遨游，想象着鲲化为鹏这一宇宙生命大变化的波澜壮阔，想象着大鹏在宇宙中飞翔的自由雄迈。在想象中伴随着庄子的文字前行，就能够感知到北冥、南冥以及北冥与南冥相距的辽远：“是鸟也，海运则将徙于南冥。南冥者，天池也；齐谐者，志怪者也。谐之言曰：‘鹏之徙于南冥也，水击三千里，抟扶摇而上者九万里，去以六月息者也。’”

在《逍遥游》的语境中，北冥、南冥绝非地球上的北冰洋、南冰洋，地球上最为广大的太平洋也难以让鲲鹏自由翻腾；大鹏从北冥到南冥，必须先在海面上滑行三千里，然后乘着由下而上的飓风飞至九万里高空，才能由出发地北冥抵达目的地南冥。也就是说，北冥与南冥不直接相连，大鹏不能由北冥游至南冥。北冥与南冥似乎是悬隔于不同星球上的两个大海，大鹏必须飞至九万里高空，摆脱北冥所在星球的吸引力，才能实施飞抵南冥的计划。后文“故九万里，则风斯在下矣，而后乃今培风，背负青天，而莫之夭阏者，而后乃今将图南”，正说明了这一点。

以上这些都可以视为庄子的“谬悠之说，荒唐之言，无端崖之辞”（《庄子・天下》），但就在这种看似荒诞的凭空想象中，又分明有着能够为现代天体物理学证明的科学理据。对庄子来说，大鹏从北冥飞到南冥，必须以“抟扶摇而上者九万里”为先决条件，这一宇宙真理远在人视域之外，在庄子的时代无法给出直接证明。为证明这一宇宙真理的存在，庄子立足于人类的经验世界，以人类所能目击到的物理现象为依据，对自己的“谬悠之说，荒唐之言，无端崖之辞”予以论证：“野马也，尘埃也，生物之以息相吹也。”现代物理学认为，物质与物质间或者相互吸引，或者相互排斥，前者称为吸引力，后者称为排斥力；由于物质间存在着这两种力量，故而形成了物质不断运动的形态。庄子所谓“野马也，尘埃也，生物之以息相吹也”，早在力学产生前就已感知到物质间因有引力作用而不断运动的内在奥秘。

以这样一种深刻的感知力为基础，庄子继续前行，以人所亲见的浮力现象对远在人视域之外的大鹏飞至九万里高空的问题予以类比论证：“且夫水之积也不厚，则其负大舟也无力。覆杯水于坳堂之上，则芥为之舟，置杯焉则胶，水浅而舟大也。风之积也不厚，则其负大翼也无力。故九万里，则风斯在下矣，而后乃今培风，背负青天，而莫之夭阏者，而后乃今将图南。”从“生物之以息相吹也”的万有引力现象论及到水的浮力现象，从水对舟的浮力作用论及到六月飓风对大鹏飞至九万里高空的推力作用，庄子层层递进，颇有现代科学论证的意味。由此，庄子对于大鹏飞至九万里高空“则风斯在下矣”的想象，就不再是荒诞不经的无端臆想，而是极具理性色彩的科学假想。

天体物理学范文第2篇

“随着一个big bang，我回来了。”伦敦奥运会前的训练赛上，斯塔西·鲍威尔小姐一举拿下376.05分，刷新了英国纪录。接受BBc采访时，不知有心还是无意，她挑了这个原指“宇宙大爆炸”的词来形容跳水瞬间。‘大爆炸’证明了我的复出，证明我有资格参加奥运会。”

消失了一个赛季后，2012年，剑桥天体物理学女博士鲍威尔重返跳台。

就像大爆炸后，宇宙大尺度结构胚胎从极早期物质随机涨落，到跟随引力绕星系团中心高速运动经历了极其漫长的时间，保持惯性容易，而克服静止重新运动很难。这条普适自然规律也应验于鲍威尔的再次启动，她失败了。

“剑桥大学天体物理学家斯塔西·鲍威尔的这个星期三过得有点失望，她止步于奥运会首轮10米跳台预赛，失去了前往半决赛的机会。”

这是《剑桥学人报》关于斯塔西·鲍威尔奥运报道的第一句话。8月9目的女子10米跳台预赛中，鲍威尔五跳出现两跳失误，只得到了287.30分，位居第20名。

跳水是一项“瞬间运动”，接受媒体采访时，鲍威尔用“残酷”来形容这一特质。和她研究的有136亿岁高龄、老得近乎永恒的银河系比，跳水确实太残酷了。“毫秒之间，一切都被改变。”她说。

“如果我的第二跳起跳后踢腿晚十分之一秒，我就可以进半决赛。跳水就是这么不容喘息。”仅仅因为早了十分之一秒，她与家门口的半决赛失之交臂。代表16900名同学出征的鲍威尔懊恼不已。“训练中我的表现远比比赛时好得多，这是为什么?我快被自己气死了。”

尽管跳水运动员鲍威尔在周三运气不佳，天体物理学家鲍威尔却在当天中了头彩。跳水失败当天，她被通知自己的博士于《英国皇家天文学会月刊》。

“这意味着我的论文会为未来这个领域的研究者们提供参考，所以尽管跳水搞砸了，我至少还有个依傍。”她打趣道。

她没有因为跳水失败从而安心研究她的星星，这不是她的性格。天体物理学博士毕业后，她打算继续攻读哲学博士学位，另外，还想当飞行员。但不管专注于哪个奇异的领域，对鲍威尔来说，“没有什么比得上知道自己已经跳下10米跳台，三周半转体一路向下，没有任何水花飞溅的感觉!”

很容易从一群跳水队员中分辨中出鲍威尔。训练间隙，她常常在泳池旁看论文。由于阑尾炎和术后感染，她错过了2011赛季。她不得不比别人更刻苦，一个天体物理学博士论文高压在身的人，可以保持每周6天，每天两场的跳水训练强度——这多少可以解释她失败后的委屈。

天体物理学范文第3篇

中国科学院高能物理研究所的天体物理学家张双南表示：“当我翻阅天文类书籍时，书中几乎没有任何在中国工作的科学家的发现，没有看到任何一张照片是由中国的望远镜拍摄的，这让我非常沮丧。”中国科学院国家空间科学中心主任吴季也补充道：“在掌握新知识方面，我们面临着来自方方面面的越来越大的压力。”

2011年5月3日，吴季宣布中国科学院将在未来几年内承担五项空间探测任务，这预示着中国空间科学新时代的到来。过去5年中，中国科学院为这几个项目提供的预算已经达到5.54亿美元，并在去年成立了专门监管这些项目进展的国家空间科学中心。

在这些计划中，天体物理学居于核心地位。首先取得进展的将是“硬X射线调制望远镜”（HXMT），这个望远镜的构想可以追溯到20年前，它将利用黑洞、中子星等天体的X射线和伽马射线辐射，对这些天体展开观测。它将成为中国首个空间天文卫星，最早于2014年发射，届时它将成为中国的“黑洞探针”计划三大卫星中最早升空的一个。另外，“暗物质粒子探测卫星”也正由南京的中国科学院紫金山天文台研制，这一卫星将记录暗物质粒子彼此湮灭时产生的伽马射线。此外，还有更多的项目已经通过了初期论证，预计从2016年开始，在下一个五年计划里陆续完成研制、发射，它们的出现将大大加强中国在空间天体物理学领域的实力。其中一项是由中国科学院高能物理研究所设计的“X射线时变与偏振探测卫星”（XTP）。项目负责人张双南表示，作为空间震荡探测项目的主导设备，它将会“比‘硬X射线调制望远镜’更强有力并取得更大成就”。他指出，“X射线时变与偏振探测卫星”收集数据的区域更加广泛，具有能采集更多光子的高强镜面，因此可以观察到更微弱的天体并探测到它们的细节。全世界的天体物理学家们都期待出现这样一台空间望远镜，不过去年美国宇航局和欧洲空间局却取消了“国际X射线天文台”的计划，上个月，它的名为“雅典娜”的简化版望远镜也在欧洲空间局的内部竞争中输给了木星探测器项目，未能成功立项。中国的“X射线时变与偏振探测卫星”项目将研究旋转坠入黑洞的物质放射出的X射线，或者参考系拖曳（例如旋转黑洞拖拽时空）产生的X射线信号。张双南说：“我们将要研究的是极端条件下的物理学。”

作为“天体肖像”项目的核心，中国打算将其长期积累的技术能力移植到新的空间射电望远镜项目的“甚长基线干涉”（VLBI）观测中。中国计划发射相关飞行器，与地面天线串连或者组成阵列，这样就相当于一部极其巨大的单天线射电望远镜，其有效口径等于各台设备之间的最大距离。中国科学院上海天文台负责设计望远镜阵列系统并进行相关国际合作。上海天文台台长洪晓瑜介绍说，计划中的望远镜阵列最初将包括两个长毫米波天线，每个天线的口径为10米。这一望远镜阵列投入使用后，首要的目标将是绘制星系中心的特大质量黑洞及其吸积盘的精细结构，它们被普遍认为是活动星系核的能量来源。洪晓瑜说，他的团队希望在第一个望远镜阵列投入使用十年后，进一步发射普通毫米波天线卫星。这样，更长的基线和更短的波长将使射电源观测的分辨率大大提高。

今年6月的“神舟九号”任务是中国首次实现载人空间对接，这为中国科学家开启了一个新领域，使中国有能力向“天宫一号”运送仪器设备，并安装另外两个舱段。

目前，一系列设备已经为“天宫”做好准备。天体物理学家们也有理由为此欢呼。在已批准的项目中，中国和瑞士合作的“伽马暴偏振探测”（POLAR）项目作为中国空间天文“黑洞探针”计划的组成部分，预计将由2014年发射的空间实验室“天宫二号”搭载升空。它将帮助科学家确定伽马暴喷流的磁场结构，这又将反过来推进伽马暴成因的研究。对于伽马暴成因，有一种理论解释是，它是大质量恒星在演化晚期坍塌时发生的；另一种则认为是由中子星或者黑洞并合时产生的。“每个理论模型都预言了不同的磁场结构”，张双南表示。

天体物理学范文第4篇

1、提前准备该专业的复习辅导书，认真学习；

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天体物理学范文第5篇

朱光亚教授为本书所作的序言对原子核物理学的产生、发展、与其他学科的交叉、及下一个世纪的展望做了极好的描述。原子核物理研究的基本问题包括：核的构成及“版图”是怎样的？核子间相互作用及其表现形式是怎样的？核的转化规律是怎样的？……随着加速器技术、探测器技术和计算机技术的发展，人们可以获得更高能量及各种种类的离子（包括放射性离子），它可用作炮弹去轰击各种不同的原子核（靶核），产生各种核反应产物，从而研究原子核物理学的各种基本问题。促使原子核物理学在更高激发能、更高角动量和更大同位旋等的自由度内不断开拓新领域。

本书基本上是围绕着这个发展主线来描述的。全书共分八章，第一章绪论，概述了80年代以来原子核物理发展的主要成就，并展望今后可能取得重大进展的前沿方向，非常值得普通读者一读。第二至第五章分别论述了核结构和亚位垒融合及核裂变理论方面的最新成就。第六至第八章分别论述了下世纪初期原子核物理研究的三个前沿领域：中高能核－核碰撞，亚核子自由度研究和放射性束物理。

核结构一直是原子核物理学研究的中心课题之一在证实原子核由质子和中子组成的假设并建立了核的壳模型和集体模型以后，出现了两个新领域——原子核的高自旋态研究和巨共振研究，揭示原子核在快速转动和具有更高激发能时的核结构特性。最近几年随着放射性核束装置投入使用，当强烈改变核内中子数和质子数平衡，推向质子滴线和中子滴线时的原子核结构特性已引起人们的极大兴趣。本书第二、三章详细介绍了这些方面的新进展和发展前景，详细介绍了高自旋态研究中发现的回弯现象。有些现象的物理内涵至今还没有搞清楚。特别地，为了便于读者理解，作者对于巨共振的一般知识和各种巨共振模式做了系统介绍，并着重介绍了新的中子晕核产生的软模式巨共振，建立在激发态上的巨共振，巨共振的各种衰变方式，原子核自旋同位旋激发，磁巨共振，高温转动核的巨共振等前沿课题。

核裂变的发现是原子核物理基础研究的产物，并已得到了广泛的应用，但是有关核裂变的许多问题尚未完全搞清楚，一直还是原子核研究的一个重要方面。本书第四、五章论述垒下重离子融合裂变反应和原子核裂变，也提到了作者在这方面的近期成果，内容丰富，有的现象用理论解释还有偏差。作者也介绍了最近少量有关中子晕（皮）核的近垒和垒下裂变反应的实验及两种相反的理论预言，并预计这方面研究将开辟重离子核反应的新方向。对通常原子核的裂变反应以及现有的核裂变的液滴模型、裂变道理论、裂变理论的壳修正、核裂变的扩散模型、用多维输运过程来研究裂变动力学以及裂变理论中的量子修正，书中都有介绍。并对形状同质异能态现象、裂变中的延迟现象等实验及其理论进行了详尽的描述。对耗散裂变从唯象描述到微观理论的发展，作者给出了一个极好的展望。对裂变过程中的时标和核的粘滞性直到裂变理论和相关的非平衡态理论的关系也有很好的描述。

从第六章开始本书着重描述下世纪原子核物理可能会取得重大进展的三个前沿领域。第六章是有关中高能和相对论性核－核碰撞的，其中重大课题有：核物质的状态方程；核物质相变，包括液气相变和夸克－胶等离子体(QGP)的产生；热核性质和多重碎裂衰变的新模式等。宇宙初期大爆炸时可能产生QGP，这是人们从未认识过的新物态。作者从介绍核态方程的一般知识开始，进而较为详细地介绍了理论研究的现状，包括玻耳兹曼－乌林－乌伦贝克(BUU)方程，量子分子动力学方法(QMD)及核－核碰撞的输运模型的蒙特卡罗模拟，然后描述中高能核－核碰撞的有关实验及其解释。最后详细地介绍了QGP产生的有关实验和实验上诊断QGP产生的方法。对QGP的研究将对原子核物理，粒子物理和天体物理产生重大影响，但到目前为止，还没有一个实验明确表明QGP的存在。人们期待着20世纪末美国相对论性重离子加速器RIHC的运行及其实验结果。除了通过观察中子星和超新星爆发可以获得部分有关高温高密核物质的信息外，中高能核－核碰撞是目前实验室中研究高温高密核物质的唯一途径，这方面将有许多新的结果出现。

自80年代放射性核束装置问世以来，人们发现了中子晕核等一系列新现象。国际核物理学界普遍认为，放射性核束物理，包括它在天体物理和其他相关学科的应用是今后一个较长时期内原子核物理学重要的前沿领域之一。本书第七章对放射性核束产生的方法和有关装置做了详细的介绍，特别介绍了我国学者提出的兰州重离子加速器冷却储存环装置和北京放射性核束装置。这是一个方兴未艾的新领域。许多发现对传统核理论模型提出了尖锐的挑战。利用放射性核束进行的核反应和传统的核反应有很多不同之处，特别是一些学者提出用这种核反应来合成超重元素，从而扩展人们已经知道的元素种类，放射性核束将大大提高人们合成新元素并研究这些新核素的性质的能力。自然界除了200多种稳定核素外，理论预言大约还有6000个以上的不稳定核素，到目前为止人们合成了其中的2000多个，放射性核束将使人们更容易去合成这些未知的核素，特别是当这些核素越来越接近于中子滴线和质子滴线时，将表现出许多新奇的性质，发现并解释这些性质将是对原子核物理学的重大挑战。

放射性核束的产生和应用还打开了核天体物理学的新局面，它主要研究宇宙和天体中各种元素及其同位素的核合成机制、时间、物理环境和宇宙场所。核反应在天体演化和宇宙演化中起着极其重要的作用，它是恒星和超新星爆发的主要能源，导致了天体和宇宙中各种化学元素和同位素的产生。迄今为止，天体物理学感兴趣的一些核反应的截面及其随能量的变化，多半是通过理论计算或是从较高能区的实验数据外推到天体核反应发生的能区而得到的，而且特别缺少不稳定核的数据，放射性核束正好可以填补这个空缺。实验核天体物理学正在进入一个以放射性核束引起的热核反应为重点的新的发展阶段。书中对宇宙大爆炸后初始核合成，主序星和高温天体环境中氢的燃烧，天体中比较重的元素的合成所需的核反应及相应的实验方法都做了介绍。