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出版者:John Wiley & Sons Inc

作者:Trigg, George L. 编

出品人:

页数:3043

译者:

出版时间:

价格:$ 536.75

装帧:HRD

isbn号码:9783527405541

丛书系列:

图书标签:

• 物理学
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宇宙的奥秘与物质的结构：一本探索自然本源的指南 本书旨在为读者呈现一幅关于我们所处宇宙的宏大图景，深入剖析自然界最基本的力量、物质的构成以及时空本身的精妙结构。它不是对既有知识的简单罗列，而是一次引领性的旅程，带领读者从微观的量子涨落到宏观的星系演化，理解支撑万物运行的基本法则。 第一部分：时空的织锦与物质的基石 本书伊始，我们将聚焦于物理学的两大支柱：描述宏大尺度的引力理论与刻画微观世界的量子力学。 时空几何的革命：从牛顿到爱因斯坦 我们首先回顾经典力学中绝对时空观的建立，接着，我们将深入探讨阿尔伯特·爱因斯坦提出的狭义相对论。狭义相对论如何彻底颠覆了我们对同时性的理解，引入了洛伦兹变换，揭示了能量（$E$）与质量（$m$）之间深刻的等价关系（$E=mc^2$）。我们不仅会详细解析这些数学框架，更会探讨其实验验证，例如光速不变原理在各种高能物理实验中的体现。 随后，我们将攀登至广义相对论的高峰。广义相对论并非仅仅是引力的修正，它是一种关于时空几何的深刻洞察。本书将详细阐述物质如何弯曲时空，而时空的曲率则决定了物质的运动轨迹。我们将探讨黎曼几何在描述时空曲率中的核心作用，并分析黑洞的形成机制、事件视界（Event Horizon）的物理意义，以及引力波作为时空涟漪的探测历程，包括LIGO等重大实验的突破性成果。我们还将审视宇宙学模型，如弗里德曼-勒梅特-罗伯逊-沃尔克（FLRW）度规，用以理解宇宙的膨胀和整体演化。 量子世界的奇异性：不确定性与叠加态 与宏观的确定性形成鲜明对比的是，微观粒子遵循着概率的法则。本书将系统介绍量子力学的基本公设，从薛定谔方程的建立及其在势阱、隧穿效应中的应用开始。 我们将深入探讨海森堡不确定性原理的真正含义——它并非测量技术的局限，而是自然界固有的属性。叠加态（Superposition）的概念，即粒子可以同时处于多种可能状态的奇异现象，将被结合波函数坍缩的解释进行细致的分析。此外，我们将考察量子纠缠（Entanglement）这一“鬼魅般的超距作用”，并讨论贝尔不等式如何从实验上证实了量子非定域性的本质。Entanglement不仅是基础物理学的前沿，也是未来量子计算和量子通信的基石。 第二部分：物质的层级结构与基本相互作用 物质的构成经历了从原子到基本粒子的精细分解。本部分将追踪这一分解过程，揭示自然界中四种基本力的作用机制。 原子与分子：结构的稳定与化学的根源 在进入粒子物理学之前，我们将回顾玻尔模型对氢原子能级的初步解释，随后转向更精确的、基于薛定谔方程的量子力学模型。我们将分析原子轨道、电子排布的规则（如泡利不相容原理），以及这些微观结构如何决定了元素的化学性质和周期性。分子键的形成，包括离子键、共价键和金属键，都将被置于量子场论的框架下进行更深刻的理解。 粒子物理学的标准模型 本书的核心内容之一是对粒子物理学“标准模型”（The Standard Model）的详尽描述。标准模型将物质粒子（费米子：夸克和轻子）与传递相互作用的规范玻色子（玻色子）分类。 1. 夸克与强相互作用： 我们将探讨夸克的色荷（Color Charge）概念，以及由胶子传递的强核力。重点分析量子色动力学（QCD）的非凡特性，特别是渐近自由（Asymptotic Freedom）和夸克禁闭（Confinement）现象，解释为何我们观察不到自由的夸克。 2. 电磁与弱相互作用： 电磁力由光子传递，其理论基础是量子电动力学（QED），这是迄今为止最精确的物理理论之一。弱相互作用则负责放射性衰变，它通过W和Z玻色子传递，并且是唯一能够改变粒子“味道”（Flavor）的力。 3. 希格斯机制： 标准模型的关键一步是解释为何基本粒子具有质量。我们将详细剖析自发对称性破缺和希格斯机制，以及对希格斯玻色子的发现如何验证了这一理论框架的完整性。 第三部分：凝聚态物理与复杂系统的涌现 基础物理学揭示了基本粒子如何互动，而凝聚态物理学则研究数以万计的粒子聚集在一起时，如何“涌现”出全新的宏观性质。 从晶格到导电性 我们将探讨固体材料的晶体结构，如布拉维点阵，以及其衍射特性。在电子能带理论中，电子如何填充能级，从而决定了材料是导体、半导体还是绝缘体。半导体的掺杂、PN结的形成以及晶体管的工作原理，是理解现代信息技术的基础。 超导现象的魅力 超导电性，即在特定低温下电阻完全消失的现象，是凝聚态物理中最引人入胜的课题之一。我们将从BCS理论的角度，解释库珀对（Cooper Pairs）的形成以及其在无损耗电流传输中的意义。此外，高温超导材料的复杂机理及其对能源传输的潜在影响也将被纳入讨论。 磁性与拓扑序 我们还会考察材料的磁性——顺磁性、抗磁性和铁磁性的微观根源。最后，本书将展望凝聚态物理的前沿领域，如拓扑绝缘体，它们在表面具有导电性，内部却是绝缘体，这种受拓扑保护的性质预示着更稳定、更强大的量子器件的可能性。 结语：未竟的探索 本书在描绘现代物理学的辉煌成就后，也将目光投向悬而未决的问题：暗物质和暗能量的本质、量子引力理论（如弦论或圈量子引力）的构建，以及宇宙的最终命运。物理学的探索永无止境，本书旨在为所有对自然界深层奥秘抱有好奇心的人们，提供一个坚实而富有洞察力的知识基础。

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