Light - Science and Magic, Second Edition pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Focal Press

作者:Fil Hunter

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1997-02-26

价格:USD 49.95

装帧:Paperback

isbn号码:9780240802756

丛书系列:

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探索宇宙的奥秘：一部关于天体物理学、量子力学与相对论的综合性著作 导言：从微观粒子到宏大结构 本书旨在为读者提供一个深入而全面的视角，探索现代物理学的核心领域——从描述物质基本构成的量子世界，到揭示时空结构和引力本质的广义相对论，以及在这些宏大框架下理解恒星、星系乃至整个宇宙的演化。我们相信，理解这些看似截然不同的领域之间的内在联系，是把握现代科学精髓的关键。 本书的结构设计旨在引导读者逐步建立起坚实的理论基础，并将其应用于理解观测到的宇宙现象。我们将避免使用过度抽象的数学推导，而是侧重于概念的清晰阐述、物理图像的构建以及它们如何解释现实世界中的观测数据。 第一部分：量子力学的基石与应用 本部分将聚焦于描述微观世界的物理学理论——量子力学。我们将从经典物理学的局限性出发，引入黑体辐射、光电效应等关键实验，这些实验直接催生了普朗克的量子假设和爱因斯坦的光子概念。 波粒二象性与不确定性原理： 我们将详细探讨物质的波粒二象性，从德布罗意波长到电子衍射实验的验证。随后，深入剖析海森堡不确定性原理，解释它并非是测量技术的限制，而是自然界的基本属性。我们将讨论这对理解原子结构，特别是电子轨道和能级的形成所带来的革命性影响。 薛定谔方程与量子态： 薛定谔方程作为描述量子系统时间演化的核心方程，将被详细介绍。我们会解释波函数 $Psi$ 的物理意义，以及概率解释在量子世界中的核心地位。通过对简单的势阱、谐振子等模型的分析，读者将能直观地理解量子态的叠加与测量塌缩。 量子场论的初步接触： 为了将量子力学与狭义相对论结合，我们将简要介绍量子场论的基本思想。粒子不再被视为孤立的实体，而是场的激发态。这将为理解基本相互作用（如电磁力）的量子描述奠定概念基础，尽管我们将侧重于其对粒子物理学的启发意义，而非深奥的微扰论计算。 第二部分：时空与引力的几何描述——广义相对论 在理解了微观世界之后，我们将转向宏观领域，探讨爱因斯坦关于引力的革命性理论——广义相对论。 狭义相对论的遗产： 在进入广义相对论之前，有必要回顾狭义相对论的核心概念：洛伦兹变换、时空间隔的不变性、质能等价性 ($E=mc^2$)。这些概念是理解时空弯曲效应的前提。 等效原理与时空弯曲： 广义相对论的核心在于等效原理——引力效应与加速运动在局域上无法区分。基于此，我们将解释引力不再是一种“力”，而是时空几何本身的弯曲。物质和能量告诉时空如何弯曲，时空告诉物质如何运动（测地线）。 爱因斯坦场方程的物理图像： 我们将解读爱因斯坦场方程的物理意义，强调其描述的“时空弯曲度”与“物质能量分布”之间的对应关系。随后，我们将讨论该理论成功解释的三个经典验证：水星轨道的进动、光线在太阳附近的偏折，以及引力红移。 黑洞的形成与性质： 基于场方程的解，我们将深入探讨黑洞的物理图像。从史瓦西半径、事件视界到奇点，黑洞代表了时空几何的极端状态。我们将讨论黑洞的“无毛定理”，以及霍金辐射对黑洞热力学性质的贡献，这标志着量子理论与引力理论的交汇点。 第三部分：宇宙学——从标准模型到前沿探索 本部分将把前两部分的理论工具应用于理解宇宙的整体结构、起源和演化历史。 宇宙学原理与弗里德曼方程： 我们将基于宇宙学原理（均匀性和各向同性），引入描述宇宙膨胀的弗里德曼方程组。这些方程揭示了宇宙的尺度因子随时间的变化，是现代宇宙学定量描述的基石。 大爆炸模型与关键证据： 大爆炸理论并非一个推测，而是有强大观测支持的科学模型。我们将详细考察支持该模型的两大支柱： 1. 宇宙微波背景辐射（CMB）： 解释CMB是如何作为宇宙“婴儿期”的余晖被发现的，以及其温度的微小涨落（各向异性）如何编码了早期宇宙的物质密度分布信息。 2. 元素的丰度： 讨论太初核合成（BBN）如何准确预测了宇宙中轻元素（氢、氦、锂）的相对丰度，这是对早期宇宙高能物理状态的有力印证。 暗物质与暗能量的挑战： 现代宇宙学最大的谜团是普通物质仅占总能量密度的约5%。我们将探讨： 暗物质： 为什么我们需要假定暗物质的存在（星系旋转曲线、引力透镜效应），以及当前对其实验探测的探索方向（WIMPs、轴子等）。 暗能量： 观测到的宇宙加速膨胀意味着存在一种具有负压力的驱动力——暗能量。我们将讨论宇宙学常数模型（Lambda-CDM模型）以及其他可能的理论解释，探讨其对宇宙最终命运的决定性作用。 结论：未竟的旅程 本书的最后部分将展望物理学的前沿领域，探讨如何将量子力学、相对论和标准模型整合为一个统一的理论框架——量子引力。从弦理论、圈量子引力等不同的尝试中，读者可以看到物理学家们为解决引力与量子世界的不兼容性所付出的努力。 本书旨在提供一个坚实的基础，使读者能够理解我们当前对物质、时空和宇宙的理解，并激励他们去思考那些尚未解决的根本性问题。物理学的进步总是建立在对已知定律的深刻理解之上的，而我们对宇宙的探索，才刚刚开始。

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