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出版者:Bantam Dell Pub Group

作者:Rita Mary King

出品人:

页数:196

译者:

出版时间:2003-8

价格:107.00元

装帧:Pap

isbn号码:9780767915427

丛书系列:

图书标签:

• 生物学
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• 生物

《解构宇宙：从量子场论到超弦理论的探秘之旅》 内容提要： 本书旨在为那些对现代物理学的最前沿概念充满好奇心的读者提供一个既深入又引人入胜的导览。我们不会停留在经典物理学的舒适区，而是勇敢地跃入二十世纪以来颠覆了我们对物质、空间和时间认知的深层结构。本书将从量子力学的基本公设出发，逐步构建起理解微观世界的数学和哲学框架，然后，我们将穿越到描述粒子间相互作用的四大基本力的核心——量子场论（QFT）。在QFT的殿堂中，我们将详细解析标准模型的构建逻辑，理解夸克、轻子以及规范玻色子的精确角色，同时探讨费米子和玻色子的本质区别。 随后，本书将把视角投向宇宙学的宏大叙事。我们将回顾大爆炸模型的证据，深入探讨暴胀理论如何解决早期宇宙的视界和能平坦性问题，并详细介绍暗物质和暗能量的观测证据及其对宇宙演化的决定性影响。 旅程的终点，我们将探索物理学理论中最雄心勃勃的统一尝试——超弦理论（String Theory）。从将基本粒子视为一维的振动“弦”的革命性想法开始，我们将剖析背景无关性、共形场论（CFT）的应用，以及对额外维度的探索。本书将详细介绍M理论、AdS/CFT对偶性等尖端概念，展示物理学家如何试图在量子力学和广义相对论之间架起一座坚实的桥梁。这不是一本教科书，而是一场思维的探险，旨在揭示隐藏在可见现实背后的精妙设计和尚未解决的终极谜团。 --- 第一部分：微观世界的基石——量子力学的再审视 我们从量子力学的核心概念开始，但将避开过于冗余的基础回顾，直接聚焦于那些引发深刻哲学争议的元素。 第一章：概率的必然性与叠加态的实在性 本章将详述量子力学的数学结构，主要集中在希尔伯特空间、算符代数以及演化方程——薛定谔方程的物理诠释。我们将深入探讨狄拉克符号（Bra-Ket Notation） 的简洁之美，并分析如何利用矩阵力学来处理有限维度的量子系统，例如电子的自旋。 重点讨论测量问题：波函数坍缩的本质是什么？是物理过程还是信息获取的局限？我们将细致地考察哥本哈根诠释的假设，对比多世界诠释（Many-Worlds Interpretation, MWI） 和退相干理论（Decoherence） 在解决“宏观-微观”衔接问题上的优劣。我们不会简单地接受“观察者”的概念，而是探索环境作为“无情的测量者”如何塑造我们所感知的经典实在。 第二章：隧穿效应与不确定性：超越经典直觉 本章探讨量子效应在宏观世界中的表现。我们将详细计算量子隧穿在核聚变和扫描隧道显微镜（STM）中的关键作用。然后，我们将分析海森堡不确定性原理的更深层含义——它不仅是测量工具的限制，更是粒子本体固有的属性。我们将通过分析最小作用量原理在量子场论中的推广，来理解为什么粒子“倾向于”表现出其固有的概率性。 --- 第二部分：统一相互作用——量子场论的宏伟框架 经典场论（如电磁学）在面对粒子产生和湮灭时失效。量子场论（QFT）通过将粒子视为特定场的激发量子来解决这一根本矛盾。 第三章：从粒子到场：自然界的基本“语言” 本章将介绍拉格朗日密度作为构建QFT的基础。我们将阐述规范不变性（Gauge Invariance） 如何从一个纯粹的数学要求，演化为对所有基本相互作用（除了引力）描述的决定性约束。我们将从一个自由的标量场（Klein-Gordon Field） 开始，引入狄拉克场来描述费米子，并展示如何自然地导出电磁相互作用。 第四章：标准模型的构建与费曼图的威力 本章聚焦于标准模型（Standard Model） 的核心结构。我们将详细剖析SU(3) x SU(2) x U(1) 规范群的物理意义：$ ext{SU}(2) imes ext{U}(1)$ 描述的电弱统一，以及 $ ext{SU}(3)$ 如何描述强核力（QCD）。 重点解析希格斯机制：为什么规范玻色子（W和Z）具有质量，而光子却保持无质量？我们将深入探讨自发对称性破缺的过程，并分析希格斯玻色子的发现如何完成了标准模型的最后一块拼图。 第五章：重整化：驯服无穷大 QFT计算中必然出现的无穷大是其早期最大的障碍。本章将详细阐述重整化（Renormalization） 程序的物理和数学内涵。我们将区分可重整化和不可重整化理论。通过重整化群（Renormalization Group, RG） 的概念，我们将展示耦合常数是如何依赖于我们观测的能量尺度（跑动耦合常数），这是理解强核力的关键。 --- 第三部分：时空与引力的冲突——广义相对论的极限 量子场论成功描述了三个基本力，但它与描述引力的广义相对论在数学上是根本不相容的。 第六章：引力的几何化：爱因斯坦的遗产 本章简要回顾广义相对论（GR）的核心——等效原理和黎曼几何。我们将探讨爱因斯坦场方程的物理意义：物质告诉时空如何弯曲，时空告诉物质如何运动。我们将分析黑洞的事件视界和引力波的物理特征，强调GR在极端条件下的精确性。 第七章：量子引力的困境与弦论的黎明 为什么尝试将GR“量子化”会失败？我们将分析非重整化性带来的灾难性后果。本书将在此基础上，介绍超弦理论作为一种可能的解决方案。我们将阐述其核心思想：基本单元不是点状粒子，而是一维的、振动的弦。不同的振动模式对应着不同的粒子，其中一个特定的模式自然地对应着引力子——引力场的量子。 --- 第四部分：超越时空：超弦理论与现代前沿 本部分探索弦论如何解决粒子物理学和量子引力的根本问题，并带来对时空本质的全新认知。 第八章：空间维度与对偶性 本章深入探讨弦论对维度数量的必然要求——十维（或十一维）时空。我们将解释卡拉比-丘流形（Calabi-Yau Manifolds） 在紧化（Compactification）额外维度中的作用，以及不同紧化方式如何对应着不同的低能物理，解释了标准模型中粒子种类和质量的谜团。 我们将详细介绍T对偶性、S对偶性和U对偶性，这些对偶性揭示了看似不同的物理理论在深层结构上是等价的，体现了理论的惊人简洁性。 第九章：黑洞、信息悖论与AdS/CFT对应 本章聚焦于弦论在解决量子引力信息论问题上的突破。我们将分析霍金辐射和黑洞信息悖论的复杂性。随后，重点阐述AdS/CFT对偶性（反德西特空间/共形场论对应）。这个革命性的猜想（全息原理的数学实现）表明，在一个包含引力的特定时空（AdS）中的理论，等价于其边界上一个无引力的量子场论（CFT）。我们将分析这如何为研究强耦合量子场论提供了一个强大的工具。 第十章：M理论与终极框架的展望 我们将探讨M理论，它是将五种超弦理论和十一维超引力统一起来的理论框架。我们将讨论布莱恩（Branes） 的概念，以及这些高维膜状结构在解释宇宙学中的潜在角色。本书的最后，我们将总结当前物理学面临的悬而未决的问题——如“真空能”问题、宇宙学常数问题——以及弦论在提供统一愿景的同时，其实验验证所面临的巨大挑战。本书力求让读者理解，我们正处于对自然界最基本构成理解的转折点上。

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