具体描述
力学与结构，ISBN：9787301105191，作者：徐吉恩, 唐小弟主编
探索宇宙的织锦：现代物理学导论 一、 跨越时空的序言：从宏观到微观的震撼之旅 本书并非关于日常可见的力学定律或传统结构分析的教科书。相反，它是一份邀请函，邀请读者踏上一场深入现代物理学核心概念的宏大探险。我们旨在描绘一幅横跨宇宙尺度、物质本质以及时间演化图景的壮丽画卷。内容从二十世纪初颠覆性的理论革命——相对论与量子力学——开始，逐步深入到构成我们存在根基的粒子、场和时空结构。 二、 相对论的几何学：时空的弯曲与统一的物质观 我们将首先探讨爱因斯坦的狭义相对论如何彻底重塑了牛顿式的绝对时空观。这不仅仅是速度的限制，更是时间膨胀、长度收缩以及质能等价（$E=mc^2$）的深刻物理内涵。我们详细解析洛伦兹变换背后的数学逻辑，并阐释其在高速运动系统描述中的必然性。 随后，我们将进入广义相对论的领地。这里，引力不再被视为一种力，而是时空几何自身的弯曲。本书将详细解释黎曼几何在描述引力场中的核心作用，并展示如何通过爱因斯坦场方程来理解黑洞的形成、引力波的产生及其在宇宙学尺度上的影响。我们不满足于定性的描述，会深入探讨如何利用度规张量来精确计算弯曲时空中的测地线，这是理解行星轨道、光线偏折乃至引力透镜效应的关键。书中将呈现对水星近日点进动等经典实验检验的详细分析，并讨论目前对引力理论的最新挑战，例如量子引力问题的提出。 三、 量子世界的幽灵：不确定性与波粒二象性 本书的第二大支柱是量子力学的根基。我们将从普朗克对黑体辐射的解释开始，回顾玻尔模型如何标志着旧量子论的终结。核心内容集中于薛定谔方程的建立及其时间演化和定态解的物理意义。我们详尽讨论波函数的概率解释（玻恩诠释），并深入剖析量子叠加态的奇特现象，如著名的双缝实验中的干涉模式如何揭示了微观粒子固有的波粒二象性。 不确定性原理（海森堡）不仅是测量精度的限制，更是自然界内在的、无法规避的属性。我们将从数学上推导位置和动量不确定性关系，并探讨其对确定性物理图像的根本性冲击。此外，书中会专门辟章讨论量子纠缠现象——爱因斯坦称之为“鬼魅般的超距作用”——并解释贝尔不等式及其在实验中对定域实在论的否定。对于自旋的概念，我们将从角动量算符的代数结构入手，阐明其在粒子分类和量子信息科学中的基础地位。 四、 物质的结构图谱：粒子物理学的标准模型 在理解了时空和物质的基本规律之后，我们将聚焦于构成宇宙的最小单元——基本粒子。本书将系统介绍粒子物理学的标准模型（Standard Model）。这包括对费米子（夸克与轻子）的分类，阐述它们如何通过三种基本相互作用（电磁力、弱核力、强核力）进行关联。 我们详细讨论规范场论（Gauge Theory）作为描述相互作用的数学框架。强相互作用通过胶子的交换实现，我们将探讨量子色动力学（QCD）中“夸克禁闭”和“渐近自由”的特性。对于电弱统一理论，本书将解释希格斯机制如何赋予规范玻色子（W和Z玻色子）质量，同时保持理论的规范不变性。 书中不会回避标准模型的局限性，例如暗物质和暗能量的缺失、中微子质量的解释，以及引力在量子框架下的不相容性。这些未解之谜是引导我们走向“超越标准模型”物理学的关键线索。 五、 宇宙的演化：从奇点到膨胀的宏大叙事 最后，我们将把时空、物质和能量的规律应用于整个宇宙的尺度。这部分内容将基于弗里德曼-勒梅特-罗伯逊-沃尔克（FLRW）度规，这是广义相对论在均匀、各向同性宇宙假设下的解。我们详尽分析了宇宙学的基本方程，并讨论了宇宙膨胀的证据——哈勃定律和宇宙微波背景辐射（CMB）。 本书将追踪宇宙从极热、致密的早期阶段，经历暴胀、物质-辐射主导期，直至当前暗能量主导的加速膨胀阶段的整个历史。通过对CMB各向异性（如$Lambda$CDM模型中的参数）的分析，读者将体会到现代观测如何精确地验证了相对论和粒子物理学的结合。 六、 结语：未竟的探索 本书旨在提供一个全面且深入的现代物理学基础框架，其核心在于几何、概率与对称性。我们强调，物理学的力量在于其预测能力和内在的数学一致性。读者将离开本书时，带着对构成我们现实的底层规律的深刻理解，并准备好面对诸如弦理论、圈量子引力等前沿理论提出的挑战。这不是终点，而是通往更深层次自然奥秘的起点。
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