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出版者:哈工大

作者:文九巴

出品人:

页数:439

译者:

出版时间:2007-8

价格:38.00元

装帧:

isbn号码:9787560325446

丛书系列:

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• 材料科学
• 材料工程
• 金属材料
• 非金属材料
• 高分子材料
• 复合材料
• 材料物理
• 材料化学
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• 材料工艺

宇宙深处的微观结构：从量子力学到恒星演化 本书简介： 在广袤无垠的宇宙图景中，我们所见的星辰、星云、黑洞乃至暗物质，无一不是由物质的特定结构和相互作用所构成的。本书《宇宙深处的微观结构：从量子力学到恒星演化》旨在揭示物质存在的最基本层级，并沿着能量与密度的梯度，系统性地追溯这些基本结构如何构建起从基本粒子到宏伟星系的整个宇宙体系。这不是一本关于传统材料科学的著作，它是一部跨越物理学、天体物理学和宇宙学界限的探索之旅。 第一部分：物质的基石——量子世界与基本粒子 本书的起点是人类认知中最小的尺度——量子领域。我们摒弃宏观尺度上的经典描述，转而深入探究支配原子核内部乃至更深层次的物理规律。 第一章：量子场论的语言 我们将从薛定谔方程的局限性出发，引入相对论性的量子场论（QFT）框架。重点阐述量子场如何作为物质和力的载体，而非仅仅是粒子集合。我们详细分析狄拉克方程如何自然地预言了反物质的存在，并探讨真空的量子涨落——这不仅是理论上的抽象概念，更是影响高能物理实验结果的关键因素。本章将侧重于理解基本相互作用的规范玻色子，如光子和胶子，它们如何介导粒子间的相互作用。 第二章：标准模型及其超越 深入剖析粒子物理学的“元素周期表”——标准模型。本书不满足于简单罗列夸克和轻子家族，而是着重讨论夸克如何被限制在强子内部（禁闭现象），以及希格斯机制如何赋予基本粒子质量。随后，我们将严肃地探讨标准模型的不足之处：中微子的质量问题、暗物质和暗能量的缺失。此部分将引入超对称性（SUSY）等超越标准模型的理论构想，探讨其在解决层级问题和统一四种基本力方面的潜力。我们还将追踪对“真空稳定态”的探索，这直接关系到宇宙最终的命运。 第二部分：从原子到简并态——极端条件下的物质结构 在理解了基本构成要素后，我们将场景切换到极端高压、高温或强磁场环境下，观察物质如何展现出与常态截然不同的结构。 第三章：简并物质的物理特性 本书将详细论述电子简并压力如何支撑起白矮星的结构。我们会精确计算费米能级的概念，并展示在达到临界密度时，物质不再遵循理想气体定律，而是完全由量子力学驱动。本章将详细描述白矮星的质量-半径关系，以及它们最终如何冷却成为“黑矮星”的理论模型。 第四章：中子星的内部构造与奇异物质 从中子星的引力坍缩开始，我们探讨了核物质在极高密度下的行为。重点分析中子简并压力与引力平衡的临界点（奥本海默-沃尔科夫极限）。书中将引入理论上对中子星内部物质状态的推测，包括超流体中子、介子凝胶，乃至夸克物质（如上夸克、下夸克和奇异夸克组成的“奇异星”或“怪异物质”）的可能性。我们将探讨这些物质的核方程状态（EoS）如何影响观测到的脉冲星属性，如最大质量和引力波信号。 第五章：引力坍缩与时空结构的扭曲 本书将此部分延伸至黑洞的形成。我们不再将黑洞视为一个终点，而是时空结构本身极端弯曲的产物。详细分析史瓦西半径的物理意义，并过渡到更复杂的克尔黑洞解，讨论其事件视界、奇点和能层。书中会涉及霍金辐射的理论基础，探讨黑洞如何“蒸发”，以及信息悖论在量子引力背景下的挑战。 第三部分：宇宙尺度的物质分布与演化 我们将视野提升至宇宙学尺度，考察上述微观结构如何组织起来，形成星系、星系团乃至整个宇宙的宏观网络。 第六章：宇宙的原材料——暗物质的动力学效应 本书将宇宙中约85%的未知物质——暗物质——视为一种特殊的、非重子的“宇宙流体”。我们探讨了冷暗物质（CDM）模型如何成功解释了星系旋转曲线、星系团的引力透镜效应以及宇宙微波背景（CMB）的功率谱。书中将分析WIMP、轴子等主流暗物质候选者，并从动力学角度推导其在早期宇宙中的冻结机制，以及它们如何提供星系形成的“种子”。 第七章：早期宇宙的核合成与元素丰度 我们将时间倒流至宇宙大爆炸后的几分钟，分析轻元素（氢、氦、锂）的形成过程。精确计算大爆炸核合成（BBN）的温度和时间窗口，展示这一过程如何依赖于夸克-胶子等离子体的冷却速率和中子与质子的相互转化速率。我们将用观测到的元素丰度来验证宇宙学模型的参数，如重子物质的密度。 第八章：恒星的生命周期与重元素的锻造 本书最后聚焦于恒星——宇宙中的“炼金炉”。详细描述主序星的平衡状态（辐射压与引力平衡）。重点分析晚期恒星内部发生的剧烈核聚变过程，从碳聚变到硅聚变，直至铁核的形成。随后，我们深入探讨超新星爆发（特别是II型和Ia型）的物理机制，阐述快速和慢速中子俘获过程（r-过程和s-过程）如何在这些极端爆炸中合成金、铀等重元素，并将它们播撒到星际介质中，为下一代恒星和行星的形成奠定基础。 结论：统一的物质观 本书的最终目标是建立一个贯穿所有尺度、所有能量范围的物质认知体系。从基本场的激发态到星系团的引力晕，所有的宇宙现象都根植于一套统一的物理定律。它邀请读者进行一次思维上的“缩放”，认识到构成我们手中石块的粒子，与驱动遥远恒星燃烧的机制，本质上是同一宇宙织锦的不同纹理。

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与其他我读过的材料学入门书籍相比，这本书最显著的特点是其极强的理论抽象性，它几乎完全专注于“为什么”和“如何计算”，而对“实际应用中遇到了什么问题”的关注度极低。书中关于热力学和相图的章节讲解得非常精确，能够让人透彻理解平衡态的形成机理，但缺乏将这些知识点与实际工程案例——比如高温合金的析出强化过程、半导体器件的退火工艺控制——进行有效挂钩。我希望看到更多的“材料工程师的视角”，即在实际生产环境中，参数的微小波动如何导致最终产品性能的巨大差异，以及如何通过优化工艺参数来规避这些风险。这本书更像是一份理论物理学的延伸读物，而不是一本面向工程实践的工具书。它为我提供了知识的深度，但却在应用广度上留下了巨大的空白，使得理论知识与动手实践之间似乎隔着一道难以逾越的鸿沟，让初学者感到知识的“实用性”打了折扣。

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这本书的排版和印刷质量简直是一场灾难。对于一本理工科教材来说，图文的清晰度至关重要，但这本书的插图，特别是那些关于电子显微镜照片和电子密度分布的图谱，分辨率低得令人发指。很多本应清晰展示微结构特征的图像，在放大或仔细辨认时，充满了噪点和模糊的边缘，这直接影响了我们对材料微观形貌的准确判断。更别提那些公式的排版了，很多希腊字母和上下标混在一起，公式的结构不够清晰，常常需要反复阅读才能确定哪个变量代表哪个物理量。阅读体验极差，迫使我不得不频繁地在纸质书和电子版（如果能找到清晰版本的话）之间来回切换。这种低劣的制作工艺，对于一本售价不菲的专业书籍来说，是完全不可接受的。它极大地削弱了原本扎实的内容本应带来的学习效率和愉悦感，仿佛是把绝顶美味的食材，用最粗糙的工具和最低劣的方式呈现在食客面前。

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这本书的封面设计，说实话，挺朴实无华的，就像它书名给人的感觉一样——“材料科学与工程”。我本来是抱着学习基础知识的热情来的，毕竟这是我专业课的必读书目之一。然而，翻开第一章，我就感觉像是掉进了一个由晶格结构、能带理论和相变动力学构筑的迷宫。作者似乎坚信读者已经对X射线衍射和透射电镜有着炉火纯青的掌握，上来就是一堆深入到微观尺度的概念轰炸。坦白讲，对于一个初学者来说，这些内容堆砌在一起，缺乏一个循序渐进的引导，读起来非常吃力。比如讲到“位错滑移机制”那部分，图示虽然清晰，但文字描述过于学术化，充满了专业术语的密集轰炸，我得不停地查阅附录和网络资料才能勉强跟上作者的思路。我更希望看到一些更贴近实际应用，或者用更生动的语言来阐释这些复杂物理过程的例子。就好像一位经验丰富的工程师在跟你耳提面命，而不是一位严谨的学者在进行教科书式的阐述。整个阅读过程，更像是在攻克一座技术壁垒，而不是进行一次愉快的知识探索。这对于建立对材料科学宏观概念的整体认识，反而形成了一定的阻碍。

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我是在准备一个关于金属疲劳与断裂的专题研讨会时接触到这本书的。我原本期待能从中找到一些关于新型复合材料在极端载荷条件下的失效模式的新见解。这本书在传统金属学的部分做得相当扎实，从经典的Hall-Petch关系到更复杂的晶界扩散理论，叙述得非常全面，引用的文献也相当具有代表性。但是，当涉及到近十年内发展起来的新型材料体系，比如高熵合金或者增材制造（3D打印）材料时，内容就显得有些滞后和保守了。讨论深度明显不足，很多前沿的微观结构演变问题仅仅是点到为止，没有提供深入的分析视角。这让我感觉这本书更像是一部经典的、已经定型的参考书，而不是一部紧跟时代步伐的工程科学著作。对于我们这些需要紧跟产业前沿的人来说，这种滞后性是一个不小的遗憾。它能帮你打下坚实的基础，但若想站在材料科学的最前沿眺望未来，这本书能提供的助力就相对有限了，需要搭配大量的期刊论文才能弥补这种不足。

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这本书的深度毋庸置疑，它无疑是为那些已经具备扎实背景知识的研究生或者高年级本科生量身定做的深度参考手册。我尤其欣赏其中关于“先进功能材料”部分的论述，特别是对压电材料和磁性薄膜的性能调控机理分析得极为透彻。作者没有停留在描述现象，而是深入挖掘了其背后的量子力学基础和界面效应。这种对细节的把握，在其他同类教材中是很难找到的。然而，正是这种对深度的极致追求，使得它的可读性大打折扣。那些公式的推导过程，虽然逻辑严密，但缺乏必要的背景铺垫和简化说明，经常需要读者自己去“脑补”中间省略的步骤。读到后来，我感觉自己更像是一个公式的验证者，而不是一个知识的接收者。有时候，我会停下来思考，如果作者能用更现代的计算模拟结果来佐证这些理论推导，或者增加一些案例研究来展示这些理论在实际工程中是如何指导设计的，这本书的价值会得到更充分的体现。现在的状态是，理论的骨架非常坚硬，但支撑起它的肉体——也就是那些让读者感到亲切和易懂的连接点——显得有些单薄和不足。

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