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出版者:Springer Verlag

作者:Harris, John W./ Harris, John W. (EDT)/ Stocker, Horst (EDT)/ Lutz, Holger (EDT)/ Benenson, Walter/

出品人:

页数:1224

译者:

出版时间:2002-3

价格:$ 79.04

装帧:HRD

isbn号码:9780387952697

丛书系列:

图书标签:

• 物理学
• 物理手册
• 科学
• 工程
• 参考书
• 高等教育
• 大学物理
• 物理公式
• 物理常数
• 实验物理

宇宙的低语：从量子纠缠到暗能量的奥秘 本书深入探索了现代物理学的最前沿领域，旨在为求知若渴的读者提供一个全面、深入且富有洞察力的宇宙图景。我们聚焦于那些挑战我们直觉、重塑我们世界观的核心概念，从微观世界的奇异现象到宏观宇宙的终极命运。 第一部分：时空的织锦——相对论的深层结构 本部分将带领读者穿越爱因斯坦的理论，领略时空如何不再是僵硬的背景，而是动态的、可塑的实体。我们将详细解析广义相对论的场方程，不仅仅是罗列公式，而是深入探讨其物理内涵：物质如何弯曲时空，而时空如何指导物质的运动。 1. 引力与几何的统一： 我们将超越狭义相对论的框架，探讨等效原理的深层意义。分析测地线在弯曲时空中的行为，并使用类比和精确的数学工具（如黎曼几何的初步概念，侧重于物理意义而非纯粹的拓扑结构）来阐释引力场的本质。重点关注黑洞的形成、结构和物理性质，包括事件视界的形成机制、史瓦西半径的计算及其物理意义，以及克尔黑洞带来的旋转效应。 2. 宇宙学的革命： 从弗里德曼方程出发，我们详细审视了宇宙的膨胀历史。探讨了早期宇宙的奇点问题，以及大爆炸模型的关键证据，如宇宙微波背景辐射（CMB）的性质和重子声波振荡（BAO）。我们将深入分析“暴胀理论”——它如何解决了视界问题和磁单极子问题，并探讨其留给现代物理学的可观测遗迹（如原初引力波）。 3. 引力波天文学的新纪元： 本章将详细介绍引力波的产生机制——从双星系统的螺旋合并到超新星爆发的非对称坍缩。侧重于LIGO/Virgo探测器的工作原理，特别是干涉仪如何捕捉到时空微小的涟漪。通过分析GW150914等关键事件的数据，我们演示了如何利用这些时空扰动来检验广义相对论在强引力场下的有效性，以及探测黑洞和中子星的质量分布。 第二部分：微观世界的幽灵——量子场论与基本粒子 本部分将深入研究描述自然界基本作用力的量子场论（QFT）的精妙结构，这是理解物质构成的基石。 1. 费曼图与微扰论的艺术： 我们将介绍量子场论的核心工具——费曼图。重点阐述这些图表如何系统地计算粒子间相互作用的概率幅，以及如何处理由此产生的无穷大问题。详细讨论重整化程序，解释“有效场论”的思想，即物理定律的有效性依赖于所探测的能量尺度。 2. 粒子物理学的标准模型： 全景式考察标准模型（SM）的结构，包括夸克、轻子和规范玻色子。深入分析电磁相互作用（QED）、弱相互作用和强相互作用（QCD）的特点。对于QCD，我们将侧重于夸克禁闭和渐近自由的物理机制，理解它们如何解释质子和中子的内部结构。 3. 质量的起源——希格斯机制： 详细剖析自发对称性破缺在授予基本粒子质量中的作用。我们将介绍希格斯场的概念，其在真空中的非零期望值如何“拖曳”规范玻色子，并讨论大型强子对撞机（LHC）发现希格斯玻色子的实验验证过程及其对SM的意义。 第三部分：连接宏微的桥梁——凝聚态物理的前沿 本部分将探讨量子力学在多体系统中的涌现行为，如何从原子尺度构建出宏观的物理现象和先进材料。 1. 拓扑物质态： 介绍比传统能带理论更深刻的分类方式——拓扑不变量。重点分析拓扑绝缘体，它们在内部表现为绝缘体，但在边缘却能无损耗地传导电流。深入讨论体边对应原理，以及它们在未来量子计算中的潜在应用。 2. 量子霍尔效应与分数量子霍尔效应： 详细解析强磁场下二维电子气中的奇特行为。从朗道能级的形成到分数量子霍尔态（FQHE）中分数电荷（准粒子）的出现，解释它们如何揭示了分数统计和非阿贝尔任意子的可能性。 3. 超导体的复杂性： 超导现象不仅是零电阻，更是宏观量子相干性的体现。我们将比较BCS理论对传统超导体的解释，并转向更具挑战性的高温超导体，探讨铜氧化物（cuprates）和铁基材料中存在的未解难题，以及它们可能涉及的“奇异金属”态。 第四部分：超越标准模型的探索——暗物质与暗能量的谜团 本部分聚焦于当前宇宙学和粒子物理学面临的两大主要挑战，它们暗示着我们现有物理学知识的局限性。 1. 暗物质的证据与候选者： 系统梳理支持暗物质存在的观测证据，包括星系旋转曲线、引力透镜效应和宇宙大尺度结构形成。深入探讨理论上主要的暗物质候选者，如弱相互作用重粒子（WIMPs）和轴子（Axions），以及全球范围内正在进行的直接探测（地下实验室）和间接探测（空间望远镜）实验的设计原理和最新进展。 2. 暗能量与宇宙的加速膨胀： 详细分析观测到的宇宙加速膨胀现象，以及它对宇宙未来演化的深远影响。将宇宙学常数（真空能）与更动态的暗能量模型（如Quintessence）进行对比，讨论如何通过测量早期宇宙的演化历史来区分这些模型。特别关注“精调问题”（Fine-Tuning Problem）——为何真空能的实际值如此之小。 3. 理论前沿的尝试： 简要介绍试图统一量子力学和引力的理论尝试，例如弦论和圈量子引力（LQG）的基本思想，说明它们试图解决标准模型和广义相对论不兼容性的努力，以及它们目前在实验上验证的困难。 本书通过严谨的物理论述和清晰的逻辑结构，旨在为读者提供一个深入理解物理学前沿的工具箱，激发对宇宙终极奥秘的持续探索热情。

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