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页数:316

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出版时间:2008-3

价格:29.80元

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isbn号码:9787534746543

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《量子纠缠与时空结构：前沿物理学探索》 导言： 叩问宇宙的终极奥秘 人类对自然世界的理解从未停止探索的脚步。从宏观的星系运动到微观的基本粒子，每一个层次的揭示都伴随着科学范式的深刻变革。《量子纠缠与时空结构：前沿物理学探索》并非一本关于日常化学反应或元素周期表的入门读物，它是一次深入时空结构本质、挑战经典物理学认知的思维远征。本书聚焦于当代理论物理学的两大核心议题：量子信息科学的前沿应用——量子纠缠，以及爱因斯坦广义相对论框架下时空几何的深层特性。它旨在为具备扎实高等数学和理论物理基础的读者提供一个深入理解这些复杂概念的平台，探究连接信息、物质与时空最基本单元的内在逻辑。 第一部分：量子纠缠的非定域实在性及其信息论基础 本部分将彻底摒弃对波函数“坍缩”的经典解释，转而从信息论的角度重构量子力学的描述框架。 第一章：纠缠态的数学描述与度量 详细剖析了多体系统的密度矩阵形式，重点阐述了贝尔不等式的数学结构及其在实验验证中的关键作用。我们不再满足于“EPR佯谬”的哲学讨论，而是深入探讨诸如冯·诺依曼熵（Von Neumann Entropy）、纠缠熵（Entanglement Entropy）等定量度量工具。如何用数值方法量化两个或多个子系统之间的纠缠程度，是本章的核心内容。特别是对于纯态和混合态的区分，以及在特定对称性下的简化计算，将给出详细的推导过程。 第二章：张量网络与量子信息传输 本书将张量网络（Tensor Networks）视为理解高维量子系统结构和模拟复杂多体物理现象的强大工具。从最基础的矩阵乘积态（Matrix Product States, MPS）出发，逐步过渡到更复杂的投影纠缠对态（Projected Entangled Pair States, PEPS）和多尺度重整化群（MERA）。这些数学工具不仅服务于理论模拟，更直接关系到量子纠错码的设计。我们将详细分析表面码（Surface Code）的逻辑结构，阐释其如何利用纠缠的冗余性来抵抗环境噪声，这是构建容错量子计算机的基石。 第三章：纠缠的几何化——AdS/CFT对偶的视角 本章将本书内容引向时空理论。我们引入Maldacena提出的反德西特空间/共形场论（AdS/CFT）对偶猜想。核心论点在于，纠缠熵如何成为连接强引力理论（AdS空间）与边界CFT的桥梁。具体而言，Ryu-Takayanagi（RT）公式——$mathcal{S} = frac{ ext{Area}(gamma)}{4G_N}$——将量子纠缠的度量直接与经典时空中的极小曲面面积关联起来。我们将详细检验该公式在不同几何背景下的适用性，并讨论其对黑洞信息悖论的潜在解决方案——信息并非丢失在黑洞内部，而是编码在视界边界的量子态中。 第二部分：时空结构的拓扑与动力学 本部分将视角从微观信息转移到宏观几何，探讨引力理论在极端条件下的行为，特别是对时空拓扑结构的修改。 第四章：广义相对论的几何基础重申与修正 在深入探讨量子引力效应之前，本章对爱因斯坦场方程（Einstein Field Equations, EFE）进行严格的回顾。重点分析EFE在黎曼几何框架下的内涵，包括里奇张量、里奇曲率和爱因斯坦张量的物理意义。随后，我们引入对标准引力理论的修正，例如 $f(R)$ 引力理论。通过修改拉格朗日量，我们探讨了这些修改如何影响宇宙学常数的地位，以及在早期宇宙暴胀模型中可能产生的动力学效应。 第五章：黑洞热力学与视界动力学 黑洞作为时空几何的终极实验场，其性质是理解量子引力效应的关键。本章深入研究Bekenstein-Hawking黑洞熵的微观起源。我们将分析Hawking辐射的半经典推导，并关注量子场论在弯曲时空中的行为。重点解析事件视界的动力学——如何利用Penrose图（Penrose Diagrams）来描绘黑洞的完整时空结构，包括奇点类型（如克尔奇点、史瓦西奇点）的拓扑分类。此外，对“火墙悖论”（Firewall Paradox）的最新进展进行批判性评估，探讨其对信息单向性的挑战。 第六章：量子引力推测与圈量子引力（Loop Quantum Gravity, LQG） 鉴于弦理论在解决量子引力问题上的非唯一性和实验检验困难，本章将重点介绍圈量子引力（LQG）的框架。LQG的核心在于对时空进行“原子化”处理。我们将详细介绍施加在哈密顿约束和三维Diffeomorphism约束上的ADM变量，以及由此导出的自旋网络（Spin Networks）和自旋泡沫（Spin Foams）。自旋网络为我们提供了一种离散化的空间几何，其中的“圈”代表了基本的面积和体积量子。本书将论证LQG如何自然地避免了经典奇点，例如在“圈量子宇宙学”（Loop Quantum Cosmology）模型中，奇点被替换为一个密度受限的“大反弹”（Big Bounce）。 第七章：时空拓扑的奇异性与虫洞理论 本部分最后探讨了爱因斯坦方程允许的，但对物理直觉最为奇特的解——虫洞（Wormholes）。我们详细分析了爱因斯坦-罗森桥的结构，并阐明了稳定可穿越虫洞所必需的“负能量条件”（即奇异物质的存在）。我们将运用强对偶性来讨论量子场论中负能量密度的局限性，并结合对时间旅行的因果性限制（如Chronology Protection Conjecture），评估虫洞在物理现实中的可能性边界。 结论：信息与时空的交织未来 本书的最后一部分总结了量子信息与时空几何交叉领域的研究前沿。我们认为，量子纠缠可能不是时空结构的“属性”，而是其更基础的“建构块”。通过对AdS/CFT、LQG等理论的深入探讨，本书试图揭示一个统一的理论图景，在这个图景中，引力本身可以被视为由微观量子态的纠缠所涌现出的宏观几何现象。这对基础物理学的哲学基础构成了深刻的挑战，也指明了未来实验物理学和理论建模的方向。 读者对象： 本书面向对高等数学（微分几何、张量分析）有扎实基础，并已初步接触量子场论和广义相对论的研究生、博士后研究人员及资深物理爱好者。阅读本书需具备高度的抽象思维能力和对前沿物理学议题的浓厚兴趣。

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这本书带给我最大的惊喜，在于它对学习的“激励作用”远超一般教科书。我通常在阅读专业书籍时，会习惯性地在很多地方做大量的笔记和高亮，试图将所有信息都“占为己有”。但阅读《基础化学》时，我发现我的标记行为明显减少了，不是因为内容不重要，而是因为作者已经把关键点梳理得太清晰了。它就像一位高明的教师，在你即将感到困惑之前，就已经预判到了你的疑问并给出了答案，这种“被理解”的感觉是非常棒的阅读体验。更值得一提的是，这本书在某些章节后面设置的“拓展阅读”或“历史沿革”部分，虽然不是考试重点，但却极大地拓宽了视野，让我看到了化学这门学科的宏大发展脉络，感受到了科学的迭代和进步。这让我明白，化学并非是一成不变的教条，而是一门充满活力的、仍在不断发展的学科。这种对学科精神的传递，才是真正优秀的基础教材所应该具备的品质，它点燃了我对更深层次化学研究的兴趣，而不仅仅满足于掌握基础知识点，这种无形的引导力量是巨大的。

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从一个资深“教材筛选者”的角度来看，《基础化学》在教材的“可读性”和“学术深度”之间找到了一个近乎完美的黄金分割点。我过去接触过一些非常学术化的著作，它们深度毋庸置疑，但阅读起来就像在啃一块坚硬的石头，让人望而却步；也接触过一些过于追求通俗而牺牲了严谨性的读物。但这本书巧妙地避开了这些陷阱。它的叙述节奏把握得极好，不会让你在某个难点上长时间卡住，总能适时地提供一个有助于理解的类比或小结。比如在介绍化学键的形成和类型时，它先用非常直观的方式勾勒出离子键和共价键的“骨架”，然后再逐步引入杂化轨道理论和分子轨道理论这些更高级的概念进行“填充和美化”，这种循序渐进的方式，极大地降低了认知负荷。对我来说，最棒的是，这本书在介绍理论的同时，对实验证据的引用非常扎实。它不是凭空提出一个理论，而是紧密结合相关的经典实验（比如密室实验、光谱分析等），让你清晰地看到这些理论是如何一步步被验证和完善的。这不仅增强了知识的说服力，也培养了我们对实验科学的敬畏之心。

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说实话，我对很多“基础”类教材的印象往往是枯燥乏味、案例陈旧，但《基础化学》这本书彻底颠覆了我的看法。这本书最打动我的地方在于它对现实世界连接的重视程度。它不是那种关在象牙塔里的纯理论堆砌，而是非常巧妙地将复杂的化学原理嵌入到我们日常生活的方方面面。比如，在讲解酸碱平衡时，它会毫不避讳地引入食品工业中的防腐剂应用，或者日常清洁剂的原理分析，这种“学以致用”的导向，极大地提升了我的学习兴趣和代入感。我发现自己不再是被动地记忆知识点，而是主动地思考“为什么会这样”以及“这在生活中意味着什么”。书中收录的例题和习题设计也相当精妙，它们并非简单的机械重复运算，而是更侧重于考察对概念的深层理解和应用能力。很多题目需要结合好几个章节的知识点进行综合分析才能得出答案，这充分体现了作者对培养学生综合分析能力的重视。读完相关章节后，我感觉自己的“化学思维”被激活了，看问题的角度也变得更加立体和多维。这种教材对于那些渴望真正掌握化学思维，而不是仅仅应付考试的学生来说，简直是宝藏级别的存在，它教会你的远不止是公式，更是一种看待世界的方法论。

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这本《基础化学》的装帧设计真是让人眼前一亮，简约而不失质感，拿在手里沉甸甸的，初步印象就非常专业可靠。我最欣赏的是它在内容组织上的那种严谨性与逻辑性，简直像一个训练有素的向导，带领初学者逐步深入到化学世界的复杂迷宫中去。它并没有一上来就抛出那些晦涩难懂的公式和理论，而是从最基础的原子结构、元素周期律这些“砖石”开始，非常耐心地打地基。我记得我以前对化学概念的理解总是零散且断层的，但这本书像是用一条清晰的红线将所有知识点串联了起来，从宏观到微观的过渡处理得极其自然。特别是对电子排布和轨道理论的讲解，它似乎找到了一个完美的平衡点，既保证了科学的准确性，又照顾到了非化学专业背景读者的接受程度。书中的插图和图表质量非常高，色彩搭配得体，能够有效地辅助理解那些抽象的概念，比如分子间作用力的示意图，简直是教科书级别的范例，让我瞬间就对这些平时难以想象的微观景象有了具象化的认识。这本书的排版也值得称赞，留白恰到好处，阅读起来丝毫没有压迫感，即使是面对厚厚一本书，也不会让人望而生畏，反而会激发我想要一页一页探索下去的欲望。总而言之，这本教材在“如何呈现知识”这一点上，做得比我预期的要出色太多，它不仅仅是知识的载体，更像是一份精心制作的导览手册。

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我是一个对细节容忍度极高的人，但这本书在细节处理上的严谨性，还是让我由衷地感到佩服。这本书的行文风格非常克制和精确，没有丝毫的夸张或煽情，完全是以一种冷静、客观的学者态度在叙述事实和原理。这种成熟的语调让阅读过程变得非常踏实和可靠，你几乎不需要花额外的精力去分辨哪些是重点，哪些是辅助信息，因为每一个句子似乎都经过了深思熟虑的打磨。特别是对于一些历史背景的介绍和关键科学家的贡献梳理，它做得非常到位，既没有喧宾夺主，又恰到好处地为那些抽象的定律赋予了人性的光辉和探索的艰辛。我特别留意了书中的术语表和索引部分，做得极其详尽和规范，这对于我们进行深度学习和后续查阅资料提供了极大的便利。我甚至发现，即便是那些最基础的物理化学概念，比如热力学第一定律的阐述，它也提供了多角度的解释，力求让读者从不同的认知层面都能把握其核心要义。这种近乎偏执的对精确性的追求，让这本书的学术价值得到了极大的提升，感觉它不仅仅是一本教材，更像是一部精炼的参考手册。

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