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出版者:化学工业出版社

作者:赵文恩

出品人:

页数:289 页

译者:

出版时间:2004-2

价格:29.0

装帧:平装

isbn号码:9787502550660

丛书系列:

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物理学的奥秘：从宏观宇宙到微观粒子 本书聚焦于物理学的核心原理、前沿探索及其在现代科技中的广泛应用，旨在为读者构建一个清晰、深入且富有启发性的物理世界图景。 我们将摒弃对生命化学领域的探讨，转而深入物质、能量、时空以及它们之间相互作用的根本规律。 第一部分：经典物理学的基石 本部分旨在奠定读者对自然界宏观规律的理解，这是所有现代物理学发展的基础。 第一章：运动与力——牛顿力学的再审视 我们将从伽利略的相对性原理出发，系统阐述牛顿三大定律的深刻内涵。重点分析矢量运算在描述运动中的重要性，并深入探讨功、能、动量的概念及其守恒定律在解决复杂力学问题中的威力。本章将详细解析圆周运动、振动与波的初步概念，为后续的能量传递和场论打下基础。我们将用大量的实例来展示如何运用这些定律来分析机械系统，例如复杂的多体碰撞、天体力学中的开普勒定律的推导，以及如何理解摩擦力、弹性力等非理想力的作用。 第二章：能量的形态与转化——热力学与统计力学入门 热力学是连接微观世界与宏观现象的桥梁。本章将从经验定律出发，详细阐述热力学第零、第一、第二和第三定律。我们将着重解释熵（Entropy）这一核心概念，它不仅是系统无序度的量度，更是时间之箭的物理基础。随后，我们将引入统计力学的视角，探讨宏观热力学性质（如温度、压强）如何由大量微观粒子（分子或原子）的随机运动统计得出。我们将讨论玻尔兹曼分布、理想气体模型，以及相变现象的微观解释。本章不会涉及生物体内的能量代谢路径，而是专注于热力学循环（如卡诺循环）的效率极限分析。 第三章：场论的奠基——电磁学的统一 麦克斯韦方程组是物理学史上最优雅、最具预见性的理论之一。本章将带领读者领略电场、磁场和电磁波的统一过程。我们将从库仑定律和高斯定律出发，逐步建立静电学和静磁学的理论框架，并引入法拉第电磁感应定律和安培定律（含麦克斯韦的修正项）。核心内容在于理解场的概念——它如何作为媒介传递相互作用。最后，我们将详细分析电磁波的产生、传播特性（坡印廷矢量），及其在光速的确定中所起的决定性作用。 第二部分：现代物理学的革命 经典物理学在解释微观世界和高速运动时遭遇了瓶颈。本部分将聚焦于相对论和量子力学的诞生及其带来的深刻变革。 第四章：时空的相对性——狭义与广义相对论 爱因斯坦的相对论彻底颠覆了牛顿关于绝对时空和引力的观念。本章首先聚焦于狭义相对论（Special Relativity），探讨光速不变原理下的时间膨胀、长度收缩、质能等效原理（$E=mc^2$）及其在粒子加速器中的实际应用。随后，我们将转向广义相对论（General Relativity），将引力解释为时空几何的弯曲。我们将定性地描述爱因斯坦场方程的含义，并探讨其关键的实验验证，如水星近日点的进动、引力红移以及引力透镜效应。本章将完全聚焦于时空结构，而非任何与生命活动相关的物理过程。 第五章：量子化的世界——从黑体辐射到原子结构 量子力学的诞生是理解物质微观属性的关键。本章从普朗克的黑体辐射假设开始，追溯光电效应、康普顿散射等实验如何揭示光的粒子性（光子）。随后，我们将探讨波尔的原子模型，引入能级概念和量子化的轨道。核心内容将放在薛定谔方程的建立与解释上，理解波函数（$Psi$）的概率诠释，以及对氢原子能级、电子自旋等基本量子特性的描述。本章将严格限制在对原子、分子（作为物理系统）的能级结构和光谱特征的分析，不涉及任何化学键的形成或生化反应的动力学分析。 第六章：微观粒子的行为——量子场论的序曲 在量子力学框架下，粒子不再是确定的实体，而是具有波粒二象性的实体。本章将探讨更深层次的量子现象，例如不确定性原理的本质、量子隧穿效应及其在扫描隧道显微镜（STM）中的应用。我们还将简要介绍泡利不相容原理和费米子、玻色子的区别，为理解多粒子系统的结构（如固体物理中的电子气）打下基础。本章将概述量子电动力学（QED）作为第一个成功的量子场论的框架，解释光子与电子之间相互作用的微观机制。 第三部分：凝聚态物理与宇宙的尺度 本部分将应用前述基础知识，探索物质在不同尺度下的集体行为以及物理学在宇宙学中的体现。 第七章：物质的集体行为——固体与半导体物理 凝聚态物理学研究大量原子聚集在一起时表现出的新奇集体性质。本章将分析晶体结构、布拉维点阵和布里渊区概念。重点在于能带理论的建立——即如何用量子力学解释导体、绝缘体和半导体的区别。我们将详细分析本征半导体和掺杂半导体的载流子行为，并解释PN结的形成，这是所有现代电子设备（如晶体管、LED）工作的物理基础。本章将纯粹从能带结构和载流子输运的角度来描述这些现象。 第八章：宇宙的结构与演化——标准宇宙学模型 本章将把物理学的原理应用于最大的尺度：宇宙。我们将介绍大爆炸理论的观测基础，包括哈勃膨胀定律、宇宙微波背景辐射（CMB）的物理起源及其各向异性的物理意义。我们将讨论物质的演化，从基本粒子到恒星形成，再到星系的结构。此外，本章还会探讨当前宇宙学面临的重大未解之谜，如暗物质和暗能量的物理证据及其对时空动力学的影响。本章的焦点是时空、引力和能量的宏观分布，与生物圈的演化无关。 总结与展望 全书的结论部分将回顾经典物理到现代物理的逻辑演进，并展望物理学在未来可能的发展方向，包括量子引力、高能物理中的基本粒子分类（标准模型及其局限性），以及下一代能源和信息技术的物理学原理。本书旨在培养读者运用物理思维解决复杂问题的能力，完全专注于物质、能量和时空的客观规律探索。

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坦白说，这本书的重量和厚度已经超出了我携带的舒适范围，但它却成了我书桌上利用率最高的参考书。我发现，这本书最迷人的地方，在于它对“变化”的捕捉能力。生命不是一成不变的静态画面，而是一场永不停歇的动态舞蹈，而这本书，成功地将这场舞蹈的每一个舞步都记录了下来，并且解释了为什么要这么舞。例如，在讲解细胞信号转导通路时，作者没有简单地罗列受体、G蛋白、第二信使这些组件，而是着重分析了信号的放大效应和信号的终止机制。那种精妙的设计，保证了生命体既能对外界刺激做出迅速反应，又能在完成任务后迅速“复位”，避免了不必要的内耗。这种对“动态平衡”的深刻洞察，让我对自身身体的运作有了更深层次的感激。我曾尝试着去对照书中的图谱，想象我的身体此刻正在发生的生化反应，虽然无法亲眼所见，但通过文字的引导，我仿佛能“听见”那些分子们正在进行的繁忙对话。这本书的语言风格非常克制和客观，极少使用情绪化的词汇，一切都以数据和逻辑为王，这反而增强了它的权威性和可信度，让人觉得，这里阐述的，就是宇宙运行在微观层面最真实的法则。

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这本专著，与其说是一本书，不如说是一个庞大、精密且相互关联的知识体系的地图集。我花了很长时间才适应它独特的叙事节奏，它不像小说那样有明确的高潮和低谷，而是在一种持续、稳定的信息流中，逐步构建起一个完整的世界观。我的阅读习惯是倾向于理解事物之间的“联系”而非孤立的“事实”，而这本书恰恰在这方面表现出色。它最让我印象深刻的是对膜结构和物质跨膜转运的描述，作者将磷脂双分子层描绘成一个充满“交通管制”的动态界面，各种离子泵、载体蛋白，精确地控制着细胞内外的物质交换，这种对“边界”和“流动”的精妙控制，是生命得以维持的关键。书中对各种实验技术的引用也极其到位，它没有将实验方法当作附属品，而是将其融入到知识体系的建立过程中，让读者明白，我们今天所掌握的知识，都是一代代科学家们披荆斩棘、用严谨的实验方法“凿”出来的。这本书的价值在于它的“基础性”和“普适性”，它所阐述的原理，几乎适用于地球上所有已知的生命形式，这使得它的知识具有穿越时空和物种的永恒魅力。读完它，你不会觉得自己掌握了什么具体的“技巧”，但你会发现，你已经具备了理解生命现象的底层“代码”。

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这本书简直是知识的海洋，我从头到尾都沉浸在作者构建的那个宏大而精微的世界里，完全被那些复杂的系统和巧妙的调控机制所折服。初读时，那些看似晦涩难懂的名词和公式确实给我带来了不小的挑战，仿佛站在一座巨大的迷宫入口，不知该如何是好。然而，作者的叙事功力非凡，他没有生硬地堆砌理论，而是将每一个分子、每一个反应都赋予了生动的“角色”，讲述了它们在细胞这个微观王国里如何协同合作，完成生命至关重要的任务。比如，对能量代谢途径的描述，简直就像一部精心编排的史诗，从光合作用的起始光芒，到糖酵解的紧张进行，再到最终电子传递链上的磅礴释放，每一步的因果关系都交代得清晰明了，让人恍然大悟。我尤其欣赏作者在阐述疾病机理时的视角转换，他能迅速地将我们从正常的生理状态拉入病理的深渊，让我们看到，一旦某个关键的酶失活或某个信号通路出现紊乱，整个精密的平衡就会瞬间崩塌，那种宿命般的无力感，着实令人深思。这本书不仅是知识的传递，更是一种思维方式的训练，它教会我如何用系统性的眼光去看待生命现象，每一个微小的变动背后，都可能隐藏着巨大的信息量。读完后，感觉自己的认知边界被极大地拓宽了，对“生命”这两个字有了全新的、更加敬畏的理解。

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这本厚重的书放在桌上，本身就是一种视觉上的威慑，但一旦翻开，它散发出的那种严谨的学术气息，却又让人心生敬意，忍不住想去探究。我个人对这本书的整体编排结构非常赞赏，它的逻辑推演是极其线性的，就像一条笔直的河流，从最基础的化学键、分子结构开始，稳步流向下游的细胞结构，最终汇入生命活动的大海。不同于一些侧重于“应用”或“前沿”的读物，这本书更像是一本“基石”之作，它把最核心、最本质的原理阐述得非常扎实，不留任何模棱两可的地方。我印象最深的是关于酶催化机制的章节，作者用极其清晰的图示和精确的动力学数据，解释了活化能是如何被降低的，这种对“为什么”的刨根问底，让我对效率这个概念有了全新的认识。当然，阅读体验上并非一帆风顺，某些需要大量记忆的内容，比如复杂的代谢物名称和它们在特定反应中的去向，确实需要花时间去死记硬背。不过，作者似乎预料到了这一点，总会在关键节点设置一些精彩的案例研究或历史回顾，这些“小插曲”适时地打破了纯理论的枯燥，起到了很好的缓冲作用，使得长距离的阅读旅程不至于让人感到疲惫不堪。

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说实话，这本书的阅读体验有点像是在攀登一座陡峭的山峰，过程是艰辛的，但登顶后的视野却是无与伦比的壮阔。我必须承认，我不是那种可以一目十行、轻松吞噬专业书籍的学霸，所以在阅读过程中，我不得不频繁地查阅前几章的内容以巩固记忆，很多复杂的调控网络图谱，我得反复对照着看，才能理清其中的错综复杂的反馈和前馈关系。这本书的优势在于其详尽的细节描述，它没有回避那些令人望而生畏的专业术语，而是将它们作为构建整体蓝图的基石。比如，在讨论基因表达的调控时，作者对转录因子、增强子、沉默子之间的三维空间交互作用的描绘，细致到令人发指，每一个蛋白质的结合位点、每一个DNA的螺旋构象变化，都被描摹得栩栩如生，仿佛我正用一台超高倍显微镜在观察实景。这种深度带来的压迫感是巨大的，但与此同时，也带来了一种极大的满足感——当那些原本孤立的概念最终串联成一个有机的整体时，那种豁然开朗的感觉，是任何轻松读物都无法给予的。这本书对实验方法的介绍也十分到位，它不仅仅停留在“是什么”，更深入到“怎么发现的”，让读者能体会到科学研究的严谨与曲折。对于想深入科研领域的人来说，这本书简直就是一本不可多得的“内功心法”。

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回想起来，却是我好好翻过的最后一本化学书……

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