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出版者:武汉理工大学出版社

作者:王俊杰 编

出品人:

页数:427

译者:

出版时间:2002-9

价格:37.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787562918523

丛书系列:

图书标签:

• 清华教材
• 检测原理
• 检测技术
• 测量技术
• 仪表
• 传感器
• 自动化
• 工业控制
• 仪器仪表
• 电子技术
• 数据采集
• 信号处理

《时空织锦：宇宙的物理法则与人类的探索足迹》 内容简介 在浩瀚无垠的宇宙深处，隐藏着无数奥秘，它们以物理法则的形式编织着时空的锦缎。本书《时空织锦：宇宙的物理法则与人类的探索足迹》并非一本关于检测技术或测量仪器的书籍，而是致力于揭示这些支配宇宙运转的根本规律，并梳理人类为理解这些规律而付出的不懈努力和取得的辉煌成就。我们将带领读者穿越宏观的星系尺度，深入微观的粒子世界，在一次激动人心的思想旅程中，探索构成我们存在之基石的深邃原理。 第一章：时空的结构与量子纠缠——宇宙的舞台 本章将首先构建我们对时空的基本认知。我们不再局限于牛顿经典力学中的绝对时间和独立空间，而是深入爱因斯坦的相对论。我们将详细阐述狭义相对论如何统一了时间和空间，揭示了时间流逝的相对性以及质量与能量的等价性（E=mc²）。在此基础上，我们将进一步探讨广义相对论，理解引力并非一种力，而是时空弯曲的表现，并解释行星为何会围绕恒星运转。我们将借助形象的比喻和直观的例子，让读者理解弯曲时空如何影响光线的传播，甚至孕育出黑洞这样的极端天体。 然而，宏观的宇宙图景只是冰山一角。量子力学的出现，为我们展现了一个截然不同的微观世界。本章将深入探索量子力学的核心概念，如波粒二象性，即粒子既可以表现为粒子，又可以表现为波；不确定性原理，说明我们无法同时精确测量一个粒子的位置和动量；以及能量的量子化，即能量是以不连续的“份”——量子——来传递的。 作为量子世界中最令人着迷的现象之一，量子纠缠将是本章的重点。我们将解释，即使相隔遥远的两个或多个粒子，一旦发生纠缠，它们的状态就紧密关联，一个粒子的状态改变会瞬间影响到另一个粒子的状态，这种“幽灵般的超距作用”挑战了我们直观的因果关系观念。我们将深入探讨这一现象的含义，以及它可能对未来信息技术产生的深远影响，例如量子计算和量子通信。我们将强调，这些物理法则共同构成了宇宙的“剧本”，而人类的探索，正是为了阅读和理解这个剧本。 第二章：引力的诗篇与宇宙的演化——从大爆炸到星系的诞生 本章将聚焦于引力在宇宙宏观尺度上的作用，并追溯宇宙从诞生之初到形成如今丰富多彩的星系结构的壮丽史诗。我们将从宇宙大爆炸理论出发，详细解释宇宙的起源。这不是一次简单的爆炸，而是一次空间本身的急速膨胀，伴随着能量向物质的转化。我们将探讨大爆炸的证据，包括宇宙微波背景辐射的发现，它被视为大爆炸的“余晖”，以及宇宙中轻元素的丰度，这些都与早期宇宙的核合成模型高度吻合。 随着宇宙的膨胀，物质开始聚集。引力，作为宇宙中最普遍存在的相互作用，在此过程中扮演了至关重要的角色。我们将详细阐述引力如何驱动了物质的聚集，形成了原始的密度涨落，这些涨落最终演化成了恒星、星系乃至星系团。我们将描绘恒星的生命周期，从气体云的坍缩，到核聚变的点燃，再到白矮星、中子星或黑洞的最终归宿，每一步都充满了物理学的奇迹。 星系的诞生与演化将是本章的另一重要主题。我们将讨论不同类型的星系，如螺旋星系、椭圆星系和不规则星系，以及它们形成和演化的可能机制。我们将探讨星系碰撞和合并如何改变星系的形态和结构，以及星系中心的超大质量黑洞在星系演化中所起的作用。我们还将提及暗物质和暗能量的概念，它们虽然不可见，却在宇宙的整体结构和膨胀过程中起着决定性的作用。本书不会涉及如何测量这些物质和能量，而是侧重于它们的理论存在及其对宇宙演化的影响。我们将以此理解宇宙并非静态的存在，而是一个不断演化、充满动态的生命体。 第三章：电磁的舞动与物质的构成——从光到原子内部 本章将深入探索电磁力，这是宇宙中除引力外另一种极其重要的基本相互作用。我们将从古老的光学现象出发，追溯到麦克斯韦方程组的统一。我们将解释光作为一种电磁波，其传播的本质，以及光的波动性和粒子性（光子）之间的辩证关系。我们将探讨电磁波谱的广泛范围，包括无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和伽马射线，以及它们在宇宙中的不同作用，例如恒星发出的可见光，以及天文学家利用不同波段的电磁辐射来观测宇宙的各种现象。 电磁力不仅塑造了宏观的电磁现象，更是构成物质世界的基础。我们将深入到原子和分子的世界，解释原子核由质子和中当中组成，以及电子如何在原子核周围的轨道上运动。我们将阐述电磁力如何将电子束缚在原子核周围，形成稳定的原子结构。同时，我们将探讨化学键的形成，即原子之间通过共享或转移电子而形成的连接，这构成了我们所见到的所有物质的基础。 本章还将触及基本粒子的概念。在原子内部，我们发现了比质子和中子更小的粒子，如夸克和轻子。我们将简要介绍粒子物理学的标准模型，它描述了这些基本粒子以及它们之间的相互作用（强相互作用、弱相互作用和电磁相互作用）。我们将强调，尽管我们不深入探讨测量这些粒子和相互作用的具体方法，但理解它们的存在和相互关系，是理解物质构成及其行为的关键。我们将通过电磁力的视角，揭示一个微观而又充满活力的物质构成世界。 第四章：能量的转化与生命的起源——熵增与信息 本章将从能量的角度审视宇宙，并探讨能量转化与信息之间的深刻联系，以及生命起源的可能路径。我们将深入研究热力学定律，特别是第二定律——熵增原理。我们将解释熵（entropy）并非简单的“混乱度”，而是描述一个系统混乱程度或不可用能量的度量。我们将阐述，在孤立系统中，熵总是趋于增加，这意味着能量会逐渐耗散，系统会趋于更无序的状态。这一原理揭示了时间箭头，解释了为何过程总是单向进行，例如一杯热水会逐渐冷却，而不是自行变热。 我们将探讨熵增原理对宇宙的整体命运的影响，以及它如何限制了能量的可用性。然而，我们也将强调，生命本身似乎是一个挑战熵增的奇迹。生命体通过不断从环境中获取能量和物质，并通过新陈代谢维持自身的有序状态，在局部有效地降低了熵。我们将讨论生命起源的假说，例如化学演化和RNA世界等理论，这些理论都涉及在早期地球的条件下，无机物如何通过一系列能量驱动的化学反应，逐渐形成具有自我复制能力的复杂有机分子。 信息在这个过程中扮演了关键角色。我们将探讨信息如何与能量和熵相联系，以及信息熵的概念。生命体正是通过存储、复制和传递遗传信息，才得以延续和演化。我们将审视信息在生命系统中的作用，从DNA的双螺旋结构到蛋白质的合成，再到细胞之间的信号传递，无不体现着信息的组织和利用。本书不涉及如何测量信息或能量的参数，而是从概念层面揭示它们在宇宙运行和生命演化中的深刻意义。我们将以此思考，在熵增的宏大背景下，生命信息的出现和演化，为宇宙增添了怎样的色彩。 第五章：人类的求知欲与宇宙的边界——从望远镜到理论的飞跃 本章将回归人类自身，审视我们对宇宙的求知欲如何驱动了科学的发展，以及我们探索宇宙边界的足迹。我们将回顾人类历史上那些伟大的思想家和科学家，他们如何通过观察、实验和抽象思维，逐渐揭开了宇宙的面纱。我们将提及从最早的观测天文学，到伽利略的望远镜，再到现代射电望远镜、太空望远镜等观测手段的演进，它们是如何扩展了我们的视野，让我们看到了前所未见的宇宙景象。 然而，人类对宇宙的理解，不仅仅依赖于观测，更离不开理论的构建。我们将阐述，牛顿力学如何统一了天体和地面物体的运动规律，为经典物理学奠定了基础；爱因斯坦的相对论如何颠覆了我们对时空的认知，并预言了黑洞等奇异天体的存在；量子力学又如何描述了微观世界的奇妙景象，并为我们理解物质的本质提供了框架。我们将强调，这些理论并非孤立的发现，而是相互联系，共同构成了我们理解宇宙的知识体系。 本章还将探讨人类探索宇宙边界的最新进展，例如对系外行星的搜寻，寻找地外生命的可能性，以及对暗物质和暗能量的深入研究。我们将思考，随着我们对宇宙的理解不断加深，我们对自身在宇宙中的位置的认知也在发生变化。我们将强调，人类的求知欲是永无止境的，对宇宙的探索，不仅是为了满足好奇心，更是为了拓展人类的认知边界，理解我们自身存在的意义。本书将以人类探索宇宙的宏大叙事，为读者呈现一幅波澜壮阔的科学画卷，激励读者对未知保持敬畏和探索的精神，而非着眼于具体的测量仪器和技术。 结语 《时空织锦：宇宙的物理法则与人类的探索足迹》是一次关于宇宙本质的哲学思考和科学探索的旅程。它不旨在教授具体的“检测技术”或“仪表”的使用方法，而是希望通过对宇宙基本物理法则的深入剖析，以及人类探索这些法则的精彩历程，激发读者对科学的兴趣，培养对宇宙的敬畏之心，并深刻理解人类在浩瀚宇宙中的独特位置。本书以一种引人入胜的方式，带领读者穿越时空，从宏观到微观，从物质到能量，从规律到生命，共同编织一幅属于我们时代的宇宙认知画卷。

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这本书的篇幅虽然不薄，但阅读体验出奇地流畅，这归功于作者在逻辑组织上的匠心独运。它没有采用传统教材那种冰冷的章节划分，而是构建了一个层层递进的知识体系。从最基础的电学基础、信号调理，一直延伸到高级的信号处理和网络通信协议，每一步都衔接得天衣无缝。尤其让我印象深刻的是关于信号隔离与抗干扰技术的那一章节。在电磁干扰严重的车间环境下，如何保证数据传输的纯净度是一个老大难问题。这本书系统地介绍了光耦隔离、隔离放大器的应用，并且用实际的电路拓扑图展示了在不同噪声源威胁下最优的布线和接地方案。这部分内容对于现场工程师来说，简直是“干货”爆棚，直接可以拿来当设计规范用。它成功地将看似枯燥的电路理论，转化为了保障测量准确性和系统稳定性的实用工具箱。

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这本书的排版和图例设计非常人性化，这一点在技术书籍中常常被忽视，但它极大地提升了我的学习效率。清晰的流程图和结构框图几乎贯穿全文，使得即使是复杂的系统架构，也能一目了然。比如，在描述流量计的安装标准时，书中不仅绘制了直管段的要求，还详细标注了阀门和弯头对不同类型流量计（如涡街和电磁）产生的干扰系数，这些细节在许多其他参考资料中是找不到的。此外，书中附带的案例分析部分，几乎都是基于实际工程项目编写的，它们没有美化处理，真实地反映了项目实施过程中遇到的各种突发状况和最终的解决方案。这种“实战演练”式的教学方法，让理论知识立刻有了着落。它教会我的不仅是“是什么”和“怎么做”，更重要的是“为什么这样设计”，这种对背后逻辑的深入探究，才是真正有价值的。看完后，感觉自己不是在“读”一本书，而是在跟随一位经验丰富的导师进行项目复盘。

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我必须承认，这本书的深度远超我的预期，它更像是一本高级工程师的“备忘录”，而不是一本入门指南。它探讨了许多在标准教科书中一笔带过的高级话题。例如，在数据采集系统的精度评定方面，作者没有仅仅停留在有效位数和分辨率的层面，而是引入了Allan方差分析方法来评估时间序列数据的噪声特性，这对于需要进行长时间高精度测量的科研项目来说，具有极其重要的指导意义。此外，对于一些新兴的智能传感器技术，如自校准和边缘计算的应用，书中也进行了前瞻性的讨论，虽然有些内容可能还未完全成熟，但足以激发我们对未来技术方向的思考。读这本书，你需要具备一定的工程背景，否则可能会在一些复杂的数学模型和专业术语面前感到吃力，但一旦跨越了最初的门槛，所获得的知识增益是巨大的，它拓宽了我们对“测量”这个概念的理解边界，使其从单纯的“读数”升华为复杂的“信息获取过程”。

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我花了整整一个周末来啃这本书的传感器原理部分，简直是身临其境。作者对各种测量原理的描述细致入微，远超出了我以往接触的任何教材。举例来说，对于应变式传感器，书中不仅讲解了其基本电桥原理，还深入探讨了温度漂移补偿、蠕变效应的消除措施，这些都是现场维护中最让人头疼的问题。特别是关于非接触式测量技术，比如超声波和激光测距，作者不仅给出了公式推导，更结合了不同介质（液体、固体粉末）的声学特性差异进行了深入剖析，这对于我们在复杂工况下选择合适的传感器至关重要。书中穿插了大量的图示和原理剖面图，使得那些抽象的物理效应变得可视化。说实话，我过去在进行设备选型时经常会因为不了解传感器的“脾气秉性”而走弯路，现在读完后，感觉自己就像拥有了一本“传感器使用说明书”的内幕版本，对如何挑选、安装和校准高精度的测量元件胸有成竹了。

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这本关于工业控制系统的书真是打开了我的新世界大门。作者的叙述方式非常贴近实际应用，没有过多陷入晦涩的理论公式，而是聚焦于如何将这些复杂的控制算法落实到具体的生产线上。尤其是对PID控制器参数整定那一章，我深有感悟。我之前一直对如何平衡系统的响应速度和稳定性感到困惑，这本书通过大量的实例分析，清晰地展示了Ziegler-Nichols法、手动整定法等不同方法的适用场景和局限性。书中对分散控制系统（DCS）和可编程逻辑控制器（PLC）的架构比较分析得尤其到位，让我对当前主流的自动化解决方案有了更立体的认识。它不仅仅是罗列了各种技术名词，更重要的是阐述了技术背后的设计哲学——即如何在成本、可靠性和性能之间做出权衡。读完后，我感觉自己看自动化项目时的视角都变得更专业了，不再是只关注某个单一的传感器或执行器，而是能够从整个系统的层次结构上去理解和优化。对于初入自动化行业的新人来说，这本书无疑是一份非常及时的“救生圈”，它提供了一个坚实的理论和实践桥梁。

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