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出版者:John Wiley & Sons Inc

作者:Wolf, Dietrich E. 编

出品人:

页数:364

译者:

出版时间:

价格:$ 231.65

装帧:HRD

isbn号码:9783527403738

丛书系列:

图书标签:

• 颗粒物物理
• 凝聚态物理
• 复杂系统
• 非线性动力学
• 统计物理
• 材料科学
• 粉体
• 流体力学
• 建模
• 模拟

探索未知：超越经典物理学的边界 书名：《超越经典：现代物理学的前沿探索》 作者： [此处留空，意为一位跨学科的资深研究者] 出版信息： [此处留空，意为某知名学术出版社] --- 卷首语：科学的永恒追问 自伽利略的斜塔实验到牛顿的万有引力，人类对自然界运行规律的理解经历了数次范式转移。然而，当我们深入到物质的最微观层面，或是观测宇宙的最宏大结构时，经典物理学的宏伟框架开始显现裂痕。本书并非对既有知识的简单重述，而是一次深入前沿阵地的考察，旨在揭示那些挑战我们直觉、重塑世界观的现代物理学分支。我们聚焦于那些尚未被完全统一的理论，那些在极端条件下显现的奇特现象，以及那些等待着下一代伟大思想家去解决的根本性难题。 --- 第一部：量子的幽灵与信息之谜 (The Quantum Realm and Information Paradoxes) 第一章：量子场论的再审视：对称性、规范与拓扑 本章将超越教科书上对量子电动力学（QED）的初步介绍，深入探讨规范对称性在描述基本相互作用中的核心地位。我们将分析杨-米尔斯理论的深刻内涵，探讨非阿贝尔规范场的数学结构如何构建起强核力和弱核力的基础。重点将放在拓扑荷（Topological Charges）的概念上，例如瞬子（Instantons）和磁单极子（Magnetic Monopoles）的理论预测及其在早期宇宙演化中的潜在作用。我们将探讨手征异常（Chiral Anomalies）如何打破经典对称性，以及这些异常如何为粒子物理学的模型构建提供关键的限制条件。此外，本书将追溯共形场论（Conformal Field Theory, CFT）在统计力学和高能物理中的交叉点，阐释其不变性原理如何简化复杂的多体问题。 第二章：纠缠的深度：量子信息与量子引力之间的桥梁 量子纠缠不再仅仅是贝尔不等式检验中的一个奇异现象，它已成为理解时空几何结构的关键线索。本章将详尽阐述“多体量子纠缠”（Many-Body Entanglement）的量化指标，如纠缠熵（Entanglement Entropy）。我们将重点讨论 AdS/CFT 对偶性（Anti-de Sitter/Conformal Field Theory Correspondence）的核心观点，特别是Ryu-Takayanagi公式如何将量子信息论中的最小表面积概念与时空中的几何结构紧密联系起来。读者将了解到，信息是如何被“编码”在时空结构中的，以及黑洞信息悖论（Black Hole Information Paradox）的最新进展——例如火墙（Firewall）的提出和ER=EPR猜想（爱因斯坦-罗森桥等于爱因斯坦-波多尔斯基-罗森关联）如何试图在量子信息和虫洞理论之间建立一个统一的描述框架。 第三章：无标准模型物理学：超越希格斯机制的粒子谱 尽管标准模型取得了巨大的成功，但它未能解释暗物质、暗能量以及中微子质量问题。本章将系统梳理当前“新物理学”（Beyond the Standard Model, BSM）的主要研究方向。我们将细致分析超对称理论（Supersymmetry, SUSY）的不同版本，探讨其如何解决层次问题（Hierarchy Problem），并评估LHC实验对轻量级超对称粒子的排除范围。随后，我们将转向非对称模型，如大统一理论（Grand Unified Theories, GUTs）的构造，特别是那些预测质子衰变的模型。对于暗物质候选者，我们将从WIMP（弱相互作用重粒子）到轴子（Axions）和惰性中微子（Sterile Neutrinos）进行全面的理论梳理，并讨论如何利用间接探测、直接撞击实验以及宇宙学观测来区分不同的暗物质模型。 --- 第二部：时空的弯曲与宇宙的边界 (Gravity, Cosmology, and Extreme Spacetimes) 第四章：广义相对论的极限：黑洞热力学与奇点物理 本章深入探讨爱因斯坦场方程在极端引力场下的表现。我们将重温巴克斯坦-霍金公式（Bekenstein-Hawking Formula），并探讨黑洞熵的微观起源——即量子引力对黑洞内部微观态的计数。讨论将围绕着信息悖论的动态演化展开，特别是吸积盘的辐射过程、喷流的形成机制，以及环绕黑洞的稳定轨道动力学。对于奇点问题，我们将分析彭罗斯-霍金奇点定理的数学基础，并探索环量子引力（Loop Quantum Gravity, LQG）等理论如何尝试“平滑”经典奇点，代之以“反弹”（Bounce）的宇宙学场景。 第五章：宇宙的加速膨胀：暗能量的本质与检验 暗能量构成了宇宙总能量密度的约70%，但其物理本质仍然是现代宇宙学最大的谜团。本章将系统地回顾从“早期宇宙加速”（如暴胀理论）到“晚期宇宙加速”（暗能量主导）的观测证据。我们将详细分析宇宙微波背景辐射（CMB）的精确测量，特别是对$Lambda$CDM模型中宇宙学参数的约束。随后，我们转向对暗能量模型的分类：从宇宙学常数（Vacuum Energy）的微调问题，到动态场模型（如Quintessence和K-essence）。本章的关键在于对比不同的检验方法，包括大尺度结构（LSS）的演化、星系红移巡天，以及对弱引力透镜效应的精确测量，以期寻找偏离标准宇宙学模型的蛛丝马迹。 第六章：量子引力的前沿：弦理论与圈量子引力的对比分析 如何将量子力学与广义相对论统一起来，是理论物理学的圣杯。本章将公正地比较当前两大主要候选理论的数学框架、成功之处与核心挑战。对于弦理论（String Theory），我们将探讨其对额外维度的要求、M理论的统一性愿景，以及它如何自然地产生玻色子和费米子之间的超对称性。我们将分析“景观问题”（The Landscape Problem）对检验弦理论预言的挑战。而对于圈量子引力（LQG），我们将关注其背景独立性（Background Independence），它如何通过“自旋网络”（Spin Networks）和“自旋泡沫”（Spin Foams）来离散化时空结构，并在普朗克尺度上提供对时空的量子几何描述。 --- 第三部：物质的复杂性与临界现象 (Complexity and Non-Equilibrium Systems) 第七章：复杂系统的统计力学：从相变到耗散结构 本书将视角从基本粒子转移到宏观尺度下物质的集体行为。本章侧重于非平衡态统计物理学。我们将探讨二元临界点附近的重整化群（Renormalization Group, RG）方法如何描述相变普适性，并将其应用于理解复杂的磁性系统和液体的临界行为。随后，我们将转向远离热平衡的系统，如自组织临界性（Self-Organized Criticality, SOC）的概念，并讨论如何使用随机过程模型来模拟如森林火灾、地震等地质现象的幂律分布特征。本章旨在展示统计力学工具在理解“涌现”（Emergence）现象时的强大威力。 第八章：信息处理与物理学的交叉：耗散计算与热力学第二定律 在信息时代，计算的物理极限成为了研究热点。本章将探讨兰道尔原理（Landauer's Principle），即信息擦除过程的最小能量耗散，并将其与热力学第二定律联系起来。我们将分析如何利用量子系统或特定的耗散机制（如杰耶涅夫过程）来实现准绝热的、接近极限的计算。此外，我们将探讨信息悖论在有限时间、有限能量下的实际工程挑战，以及非平衡系统中的“时间之箭”是如何由信息流动的不可逆性所定义的。 --- 结语：未竟的旅程 现代物理学正处于一个激动人心的十字路口。实验的精度达到了前所未有的高度，理论的数学工具也日益精深。本书所涵盖的领域，无论是探索宇宙的起点，还是解构量子纠缠的本质，都指向一个共同的结论：我们对实在的理解远未完成。本书的目的不在于提供最终答案，而在于清晰地勾勒出问题所在，激发读者对那些尚未被发现的物理定律的探索热情。真正的科学前沿，永远在那些我们尚未能用现有理论完美描述的领域中闪耀光芒。

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