趣談天體物理

課程性質

課程背景

愛因斯坦曾說：這個世界最不可理解的事，它居然是可以理解的；如果不能給出簡單的解答，只說明你了解得不清楚。趣談天體物理課程將結合部分物理學常數，運用量綱分析、定性和半定量的方法，嘗試著來理解世界為何是這樣，並試著與學習者一道對宇宙中不同層次的天體形成整體的圖案。

面向群體

對天體物理學有興趣，並試圖有較深層次了解的學習者。

開課信息

開課次數	開課時間	授課教師	學時安排	參與人數
第1次開課	2018年12月17日-2019年3月9日	羅新煉	1-3小時每周	6177人
第2次開課	2019年4月8日-2019年7月15日			2885人
第3次開課	2019年9月9日-2019年12月30日			3849人
第4次開課	2020年2月17日-2020年6月15日			3776人
第5次開課	2020年9月28日-2021年1月22日			2102人
第6次開課	2021年3月15日-2021年7月12日		1-2小時每周	待定

（註：表格內容參考資料）

課程簡介

該課程內容最早來自於2006-2007年羅新煉副教授在美國訪學期間給研究生開設的課程，是南京大學天文與空間科學學院本科新生專業選修課初等數理天文的主體部分，同時也是研究生核心課恆星結構與演化的重要組成部分，涉及部分天體物理學精華內容，並充分運用了量綱分析、定性和半定量的研究方法，有一定的高階性和挑戰度，可作為較高層次的天文學和天體物理學快速入門課程。

課程大綱

1. 認識宇宙的歷史

1.1 趣談天體物理總綱

1.2 認識宇宙的歷史

認識宇宙的歷史

2. “最小”與“最大”

2.1 由德布羅意的波粒二象性給出Planck尺度

2.2 由螞蟻與橡皮繩悖論來看可見宇宙

2.3 物理學的極大與極小

“最小”與“最大”

3. 穩定的結構

3.1 穩定的結構

3.2 氫原子

穩定的結構

4.行星

4.1 自然界的物態

4.2 行星上最高的山有多高？

4.3 行星王國

行星

5.恆星

5.1 星光由哪兒來

5.2 恆星的質量限

5.3 熱核聚變反應

5.4 恆星演化

5.5 元素起源

恆星

6.緻密星

6.1 恆星演化的殘留

6.2 白矮星

6.3 中子星

6.4 黑洞

緻密星

7.相對論簡介

7.1 狹義相對論

7.2 廣義相對論

7.3 何時需要考慮相對論效應？

7.4 幾何

相對論簡介

8.星系

8.1 銀河系

8.2 距離的測量

8.3 宇宙島，星系的國度

星系

9.宇宙

9.1 奧伯斯佯謬

9.2 Hubble定律

9.3 可見宇宙由多少物質構成？

9.4 宇宙的將來

9.5 宇宙的幾何

9.6 宇宙學紅移

宇宙

10.漫漫長路

10.漫漫長路

漫漫長路

（註：課程大綱排版從左到右列）

課前預備

預備知識

學習者應具備高中以上數學、物理基礎。（課程會根據學習者在學習過程中遇到的困難通過富文本相應做補充。）

學習資料

書名/文獻名	作者	出版社	出版年份
《六個數-塑造宇宙的深層力》	馬丁·里斯	上海科學技術出版社	2009
《千億個太陽》	魯道夫·基彭哈恩	湖南科學技術出版社	2018
Theoretical Astrophysics	Padmanabhan	Cambridge University Press	2002
Dependence of macrophysical phenomena on the value of the fundamental constants	W. H. Press & A. P. Lightman	-	1983
The anthropic principle, and the structure of the physical word	B.J.Carr & M. J. Rees	-	1979
Of Atoms, Mountains, and Stars: A Study in Qualitative Physics	V.F.Weisskopf	-	1975

（註：表格內容參考資料）

授課目標

希望通過這門課程的學習，讓學習者能感受科學的魅力，體會科學的精神，並初步嘗試用科學的方法來思考和解答部分天體物理問題。

課程特點

1.信息量大，知識高度濃縮：覆蓋了從Planck尺度，到原子、行星、恆星、星系、宇宙不同層次的自然界研究對象，涉及經典物理、量子力學、相對論、宇宙學等知識。

2.名為趣談，實則是一門相當嚴謹且有一定學術性的課程，講述的內容、觀點的背後都有公式或理論作為依據。若要有收穫，需花一定的時間和精力去思考，並積極參與“課堂交流區”的討論。