An Introduction to Physical Science pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Houghton Mifflin College Div

作者:Shipman, James T./ Wilson, Jerry D./ Todd, Aaron W.

出品人:

页数:708

译者:

出版时间:

价格:118.35

装帧:HRD

isbn号码:9780618472345

丛书系列:

图书标签:

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《宇宙的脉动：从原子到星系的宏大叙事》 本书导言 人类对自然世界的探索从未止步，我们渴望理解脚下的土地如何形成，头顶的星空如何运转，以及构成万物的最基本单元蕴含着何种奥秘。《宇宙的脉动：从原子到星系的宏大叙事》并非一本教科书，而是一次深刻的、跨越尺度的思想漫游。它旨在为渴望触及科学前沿、寻求对物理世界统一理解的求知者，提供一套清晰而富有启发性的框架。本书将复杂的物理学、化学、天文学和地质学的概念，编织成一张相互关联的宏伟图景，揭示隐藏在日常现象背后的基本法则。 本书的叙事风格力求避免生硬的公式堆砌，转而采用富有洞察力的叙述方式，引导读者领会科学思想的演变历程及其在现代世界中的实际应用。我们将聚焦于那些驱动宇宙运行的根本力量和规律，探讨它们在不同尺度上如何显现其独特的面貌。 --- 第一部分：微观世界的基石——物质与能量的交织 本部分深入物质世界的最小构成单位，追溯我们对原子和亚原子粒子的理解如何从哲学思辨演变为精确的量化科学。 第一章：不可分割的幻象——原子的历史与结构 我们从古希腊的“原子论”概念出发，审视德谟克里特的思想如何穿越千年，最终被道尔顿的化学原子论所确立。然而，真正的革命发生在十九世纪末。本章将详细剖析汤姆逊的葡萄干布丁模型到卢瑟福的核式结构模型的突破性转变。重点阐述了原子核的构成——质子和中子的发现及其稳定性。 随后，我们将步入量子力学的黎明。波尔的能级模型如何成功解释了氢光谱，以及更深层次的——电子的波粒二象性。我们将探讨海森堡的不确定性原理，它如何从根本上改变了我们对粒子位置和动量的确定性描述。最后，本章以现代的量子力学模型为终点，介绍电子云的概念，以及化学键的形成机制——这不仅是理解化学反应的基础，也是生命起源的关键步骤。 第二章：能量的本质与转换 能量是宇宙中最核心的概念之一。本章将详细阐述能量的几种基本形式：动能、势能（包括引力势能和弹性势能）、热能和辐射能。我们将回顾牛顿力学的宏大框架，解释功、功率和动量守恒定律，这些是理解宏观运动的基础。 然而，物理学的疆域远不止于经典力学。本章将引介热力学定律。第一定律（能量守恒）和第二定律（熵增原理）是理解一切自然过程方向性的指导原则。我们将用生动的实例解释熵——无序度的增加如何决定了热量流动的方向、能量转化的效率，以及宇宙的终极命运。 第三章：电磁场的交响曲 电磁力是支配原子间相互作用和日常生活中绝大多数现象（光、电力、磁性）的基本力。本章从法拉第和麦克斯韦的杰出工作开始，系统地梳理电荷、电流、磁场之间的内在联系。我们将深入理解麦克斯韦方程组的简洁与强大，它们统一了电学、磁学和光学。 本章将重点探讨电磁波谱。从波长极长的无线电波到能量极高的伽马射线，每一种波段都对应着特定的物理过程和信息传递方式。最后，我们将简要触及狭义相对论的开端，探讨洛伦兹变换如何修正了牛顿物理学在高速运动下的缺陷，以及质量和能量的等价性($E=mc^2$)如何在核反应中得到最直接的体现。 --- 第二部分：尺度之上的和谐——地球与行星系统 当微观粒子聚集起来，形成了具有宏观特性的物质世界，引力便成为塑造行星和恒星的主要力量。本部分将视角拉升，探讨我们所处的行星系统和地球的动态平衡。 第四章：引力的织网——从开普勒到广义相对论的跃迁 引力是塑造宇宙宏观结构的基石。本章从伽利略对落体运动的观察开始，过渡到牛顿的万有引力定律。我们将分析行星轨道如何精确地遵循开普勒三大定律，以及这些定律如何通过万有引力得到完美的理论解释。 随后，本章将探讨引力在更广阔尺度上的表现。我们将描述潮汐现象的成因，以及轨道稳定性对探索太阳系的重要性。最后，我们将简要介绍爱因斯坦的广义相对论，解释引力并非一种“力”，而是时空本身的弯曲，这一革命性的观念如何预言了黑洞和引力波的存在。 第五章：地球的动力学与内部结构 我们的星球是一个充满活力的系统。本章将聚焦于地球的内部构成——从地壳、地幔到地核的物质分层。我们将探讨地震波如何成为我们“透视”地球内部的唯一途径，以及地核中液态外核的运动如何产生地球磁场，这个磁场是抵御致命太阳风的保护伞。 本章的重点将放在板块构造学说上。我们将详细解析地幔对流如何驱动大陆漂移、山脉的隆起、海沟的形成，以及火山活动的周期性。这些地质过程不仅塑造了我们今天所见的地理面貌，也深刻影响了生物进化的轨迹。 第六章：大气与水的循环——宜居性的物理基础 地球的宜居性依赖于复杂的气候系统。本章将分析大气层的组成、压力随高度的变化规律，以及太阳辐射如何驱动全球尺度的气流运动（如科里奥利效应）。我们将探讨温室效应的物理机制，区分自然温室效应与人为增强的效应，并讨论水循环——蒸发、凝结和降水——如何调节地球的能量分布和地表形态。 此外，本章还会讨论海洋物理学，包括洋流的形成（如墨西哥湾流）如何作为全球热量输送带，对区域气候产生决定性影响。理解这些循环，就是理解我们赖以生存的“生命维持系统”如何运作。 --- 第三部分：深空的回响——恒星、星系与宇宙的演化 当我们的目光投向夜空，物理学定律将以更宏伟的尺度发挥作用。本部分将探索恒星的生命周期、星系的形成以及我们对整个宇宙历史的理解。 第七章：恒星的熔炉——从诞生到死亡 恒星是宇宙中重要的元素工厂。本章将从引力塌缩的开端讲起，阐述原恒星如何通过核心温度和压力的升高，最终点燃核聚变反应。我们将深入解析质子-质子链反应和CNO循环，这是恒星产生光和热的根本原因。 随后，本书将依照恒星的质量，描绘其不同的生命轨迹：低质量恒星的红巨星阶段和白矮星的黯淡结局；以及大质量恒星的壮丽终点——超新星爆发。我们将强调，正是这些超新星遗迹，播撒了比氦重的元素（碳、氧、铁等），为新一代恒星、行星乃至生命的诞生提供了原材料。 第八章：星系的结构与动态 恒星并非孤立存在，它们以星系的形式聚集在一起。本章将分类介绍宇宙中的主要星系形态：螺旋星系（如银河系）、椭圆星系和不规则星系。我们将探讨星系的形成理论，例如“自下而上”的合并与增长模型。 一个引人入胜的议题是暗物质的存在证据。通过观察星系旋转曲线和星系团的引力透镜效应，我们发现可见物质的引力远不足以维持这些结构的稳定。本章将详细阐述暗物质的性质及其在宇宙结构形成中的主导作用。 第九章：宇宙的起源与命运 本书的收官部分将聚焦于宇宙学。我们将从哈勃的观测开始，确认宇宙正在膨胀这一事实。随后，我们将详细探讨大爆炸模型（Big Bang Theory）的核心证据：宇宙微波背景辐射（CMB）的发现及其在确认宇宙早期状态中的关键作用，以及轻元素（氢、氦）的丰度与模型预测的完美吻合。 最后，我们将展望宇宙的未来。暗能量，这种驱动宇宙加速膨胀的神秘力量，将是本章的重点。通过对当前宇宙学参数的分析，我们将探讨宇宙的几种可能的终局：大冻结、大撕裂，或是重新收缩的可能性，从而完成这次从基本粒子到无限时空的宏大探索。 --- 结语：科学的统一性 《宇宙的脉动》试图展示，支撑原子内部的量子法则，与驱动星系旋转的引力法则，在更深层次上是统一的。物理学的每一次重大突破，都是对自然界简洁与和谐的又一次确认。本书提供了一个视角，让读者得以站在巨人的肩膀上，以一种整合的、跨学科的眼光，重新审视我们所处的这个令人惊叹的宇宙。这趟旅程的价值，不在于记住每一个公式，而在于领会那些驱动我们文明进步的、永恒不变的自然规律。

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