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出版者:7-81124

作者:张虹

出品人:

页数:316

译者:

出版时间:2007-8

价格:31.00元

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isbn号码:9787811240344

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探秘星辰与微观：当代物理学前沿精览 图书名称：《量子纠缠与时空几何：当代物理学前沿精览》 图书简介： 本书旨在为对现代物理学，特别是量子力学、广义相对论及其交叉领域抱有浓厚兴趣的读者提供一个全面而深入的导览。我们不满足于对经典物理学的机械复述，而是将目光聚焦于二十一世纪物理学研究中最活跃、最引人入胜的前沿阵地。本书的结构精心设计，旨在引导读者从经典物理学的坚实基础上，逐步攀登至前沿理论的险峻高峰，理解支撑我们对宇宙认知革命的那些核心概念和实验证据。 第一部分：量子世界的深层结构 这一部分将从量子力学的基本公设出发，但很快将转向对非定域性、测量问题等深刻哲学和物理学难题的探讨。我们将详细剖析量子纠缠（Quantum Entanglement）的本质。这不仅仅是两个粒子之间“鬼魅般的超距作用”，更是信息论与物理现实交织的体现。我们将梳理贝尔不等式的实验验证历史，从最初的宏观经典定域实在论的挑战，到现代利用高光子数和长距离纠缠源所实现的最新突破。读者将学习如何用数学工具——例如密度矩阵和张量积——来精确描述多体系统的量子态，并理解纠缠熵作为衡量系统复杂性的重要指标。 随后，我们将深入探讨量子信息科学（Quantum Information Science）。超越基础的量子比特（Qubit）概念，本书将阐述量子计算的理论框架，包括Shor算法和Grover算法的原理。我们不会停留在理论层面，而是会详细介绍当前主流的物理实现方案，如超导电路（Transmons）、囚禁离子（Trapped Ions）以及拓扑量子比特的研究进展与面临的退相干（Decoherence）挑战。量子密码学（如BB84协议）的安全性基础——物理定律的不可破解性——将被严谨地展示出来。 第二部分：时空与引力的全新视角 我们将暂时离开微观粒子，转而考察宇宙的宏观结构，并引入爱因斯坦的广义相对论（General Relativity）。本书将用几何的语言而非繁复的张量微积分（尽管会提供必要的数学背景介绍），阐释引力如何被理解为时空本身的弯曲。重点将放在黑洞物理的现代研究上。我们将探讨事件视界（Event Horizon）的形成机制，史瓦西解、克尔解的物理意义，以及信息悖论（Information Paradox）——关于信息是否真的可以从黑洞中逃逸的持续争论。霍金辐射的半经典推导过程将被清晰呈现，并讨论量子引力理论对这一问题的潜在解决方案。 此外，本部分将详细介绍引力波天文学的黎明。从早期LIGO的建造历程到首次探测到双中子星并合（GW170817）的里程碑事件，本书将解释如何通过时空涟漪捕捉到宇宙中最剧烈的事件。读者将了解引力波信号的特征与不同源（如黑洞并合、超新星爆发）的波形差异，以及这项技术对检验强引力场下物理定律的极端重要性。 第三部分：边界地带的探索——量子引力与弦理论 物理学最大的未解之谜在于如何将描述宏观引力的广义相对论与描述微观物质的量子场论统一起来。本部分是全书最具挑战性但也最富启发性的部分，专注于量子引力（Quantum Gravity）的尝试性理论。 我们将介绍弦理论（String Theory）的核心思想：基本粒子是振动的能量弦，以及这一理论对额外空间维度的预言。本书将重点解析对偶性（Duality）的概念，特别是S对偶和T对偶，它们揭示了不同理论框架在特定极限下物理描述的等价性。通过AdS/CFT对偶（反德西特空间/共形场论对应），我们将展示一个连接引力理论（在更高维度）与无引力的量子场论（在边界）的强大工具，这是理解黑洞熵和强耦合量子系统的关键突破。 同时，我们也会对圈量子引力（Loop Quantum Gravity, LQG）进行介绍，作为弦理论的主要竞争者。LQG通过将时空本身量子化，预言了空间的基本“原子”结构和“普朗克尺度”的离散性。我们将讨论其在解决宇宙大爆炸奇点问题（量子反弹模型）上的潜力。 第四部分：宇宙学的现代挑战与未竟之路 最后，我们将视野拉回宇宙尺度，审视当前宇宙学模型面临的严峻挑战。暗物质（Dark Matter）和暗能量（Dark Energy）构成了宇宙能量密度的95%以上，但其本质仍是未知的。本书将回顾支持暗物质存在的强有力证据（如星系旋转曲线、引力透镜），并比较当前主要的候选者（如WIMPs、轴子）的实验探测进展。对于驱动宇宙加速膨胀的暗能量，我们将探讨其与宇宙学常数的关系，以及修正引力理论（Modified Gravity Theories）作为替代方案的探索。 本书并非要提供最终的答案，而是要呈现物理学家们如何思考和构造这些理论框架。它要求读者具备一定的数学直觉和对抽象概念的接受能力，致力于让读者领略到当代物理学研究的严谨性、创造性与无尽的探索精神。阅读完本书，读者将能够自信地参与到关于宇宙终极定律的讨论之中。

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老实说，这本书给我的感觉是**过于注重“证明”而忽略了“应用”的实战性**。我拿到这本书的初衷是希望学习如何快速有效地解决实际工程中的电路问题，比如设计一个滤波器或者分析一个复杂的电源拓扑。然而，书中的大量篇幅被用于严密地证明某个定理为什么成立，或者某个方程的收敛性如何，这些理论深度毋庸置疑，但对于我这种急需“工具箱”的工程师来说，显得有些“曲高和寡”。例如，当讲到网络参数时，它花了三章来推导这些参数的矩阵形式，但对于如何利用这些参数快速判断电路的稳定性或设计一个特定阻抗匹配网络，介绍得非常简略。我更喜欢那种清晰地指出“如果你遇到A情况，就使用B公式，结果C意味着……”的叙事方式。这本书更像是一位哲学家在探讨“电”的本质，而不是一位工匠在传授“造电”的技艺。我希望看到更多带有实际元件模型和非理想情况的分析案例，而不是停留在完美的、线性假设下的理论模型中打转。

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我不得不承认，这本书的**习题设计简直是“反人类”的折磨**，但同时也是最精华的部分。那些练习题的难度梯度设置得极其不友好，它不会给你很多“热身”题来建立信心，而是上来就抛出一个结构复杂、参数繁多的耦合系统。解一道题往往需要花费数小时，光是整理变量和代入公式就足以让人崩溃。然而，一旦你咬牙坚持，耗尽心力终于求得一个精确解时，那种征服复杂性的快感是无与伦比的。这些题目似乎不是为了测试你是否记住了公式，而是为了检验你对基本定律的理解是否已经内化到了可以进行复杂、多步骤、且充满陷阱的逻辑推理的地步。这本书的价值，某种意义上，就沉淀在了那些令人抓狂的、需要大量纸张才能写完的解答过程中。它强迫你必须从根本上掌握每一个分析技巧，否则寸步难行，这是一种痛苦但极其有效的学习方式。

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这本书最令人耳目一新的地方在于其**历史视角和跨学科的融合**。作者没有将电路分析视为一个孤立的学科，而是非常巧妙地将其置于整个物理学发展史的长河中去审视。它会穿插讲述基尔霍夫定律是如何在实验中被发现的，法拉第和麦克斯韦是如何一步步完善电磁理论的，这种“讲故事”的方式极大地激发了我对学科起源的好奇心。更难得的是，它不仅仅局限于纯粹的电路分析，还大胆地引入了控制论和信息论中的一些早期概念，比如反馈机制在RLC振荡电路中的类比，这让原本枯燥的传递函数分析变得生动起来。它让我意识到，电路分析的工具和思维方式，其实是理解更宏大系统行为的基础。这种跨越时空的叙事和知识的融汇贯通，让这本书读起来像是一部厚重的学术史诗，而非一本冰冷的教材。我从中领悟到的，已经超越了单纯的电流电压计算。

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这本书简直是**理论的巅峰**，读起来就像是在攀登一座知识的珠穆朗玛峰。作者对电磁场理论的阐述，特别是麦克斯韦方程组的推导和应用，简直是教科书级别的典范。我花了大量时间去理解那些复杂的矢量微积分，但每一次的豁然开朗都带来了巨大的成就感。书中对各种边界条件的精妙处理，比如在不同介质界面上的电场和磁场如何连续或跳变，展示了作者深厚的物理直觉和严谨的数学功底。特别是关于波导和天线的章节，不仅仅是介绍了公式，更是深入剖析了能量传输的本质机制。坦白说，对于初学者来说，这本书的难度系数有点高，每一个公式的背后都隐藏着大量的物理假设和数学推导，需要读者有扎实的微积分和线性代数基础才能跟上。我个人感觉，它更像是一本面向研究生或资深工程师的参考手册，用来查阅那些经典问题的精确解法和理论背景，简直无可替代。它没有那种为了迎合大众而简化复杂性的倾向，而是坚定地站在物理学的制高点上，要求读者与之匹配。那种纯粹的、未被稀释的知识的冲击力，让人在合上书本时，感到思维被彻底重塑了一遍。

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这本书的**排版和图示设计简直是一场灾难**，完全拉低了整体的学习体验。作为一本厚重的专业书籍，清晰的视觉引导至关重要，但这本书的内页设计简直是反人类工程学的典范。字体选择非常老旧，而且很多关键的数学符号，特别是那些复杂的希腊字母和上下标，印刷得模糊不清，经常需要我眯着眼睛才能分辨出是$Gamma$还是$gamma$，是$i$还是$1$。更要命的是电路图，那些示例图中的元器件符号画得极其拥挤，导线交织在一起，根本看不出哪个节点连接到哪里，我不得不在旁边自己重新画草图来理解作者想表达的电路结构。对于一个旨在教授“分析”的书籍，连基本的“展示”功能都做不好，这实在令人费解。难道出版方在排版校对时，就没有找任何人试读和试看一遍图示吗？这种低劣的制作质量，严重干扰了对专业内容的理解，让人很难沉下心来，不得不说，对知识的尊重，也体现在对读者阅读体验的尊重上。

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