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页数:310

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出版时间:2009-6

价格:38.00元

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isbn号码:9787118063738

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• 大学物理
• 物理实验
• 实验教学
• 高等教育
• 理工科
• 物理学
• 实验报告
• 教学参考书
• 大学生
• 实践教学

好的，这是一本旨在拓宽读者视野，深入探索物理学其他重要分支的书籍简介。 --- 现代物理学前沿与交叉领域探析 本书聚焦于20世纪以来，物理学在宏观与微观世界所取得的革命性突破，以及这些基础理论如何与工程、信息科学、生物学等领域深度融合，共同塑造了我们理解宇宙和技术的全新图景。 第一部分：量子革命的深远回响 本书的首要部分，将带领读者穿越经典物理学的边界，直抵微观世界的奇异图景——量子力学。我们不会重复大学基础物理实验中对经典力学或电磁学定律的验证，而是着重于那些挑战直觉、驱动现代技术的核心量子概念。 1. 深入理解量子场论的基石 本章将剖析量子场论（QFT）的基本构架，阐释粒子如何被视为场的激发态。我们将探讨狄拉克方程的物理意义及其对反物质预言的辉煌验证。内容将侧重于理解费米子与玻色子的区别，以及它们在相互作用中扮演的角色，而非具体的薛定谔方程求解。重点在于如何从场论的角度看待基础相互作用的传递。 2. 凝聚态物理：从原子到宏观涌现现象 在经典物理的框架下，材料的宏观性质通常被视为大量粒子平均行为的结果。然而，本书将深入探讨凝聚态物理如何通过量子力学解释“涌现”现象。我们将详细解析能带理论的构建，解释导体、半导体和绝缘体之间本质的区别，这些区别是现代电子学的基础。此外，还将涵盖超导现象的微观机制（如BCS理论的定性理解）及其对能源传输的潜在颠覆性影响。这些内容远超基础实验中对材料电阻率的简单测量，而是探究其内在的量子关联。 3. 量子信息与计算的理论框架 量子力学不仅仅是对微观世界的描述，它也为信息处理提供了全新的范式。本部分将详尽介绍量子比特（Qubit）的概念，并与经典比特进行严格对比。我们将分析叠加态和量子纠缠的数学结构及其物理含义，探讨它们如何实现远超经典算法的计算潜力。具体内容包括Shor算法和Grover算法的原理概述，以及量子隐形传态的理论基础，这些都是在传统物理实验中无法直接观测和操作的抽象概念。 第二部分：时空与引力的现代诠释 本书的第二部分将转向宇宙的宏大尺度，审视爱因斯坦的相对论如何彻底重塑了我们对时间、空间和引力的认知。我们将避开基础物理实验中涉及的伽利略变换，直接进入洛伦兹变换的深刻内涵。 4. 狭义相对论的高级应用与哲学影响 我们将超越简单的速度叠加问题，深入探讨四维时空的概念。核心内容包括四维动量和四维力的数学形式，它们如何自然地将能量和动量统一起来。重点分析质能方程在粒子加速器中（如寻找新的基本粒子时）的实际应用，而非停留在简单的质量亏损计算。同时，讨论相对论对因果律和时间对称性的挑战。 5. 广义相对论的几何化描述 本书将采用更偏向几何学的视角来理解广义相对论。我们将探讨黎曼几何的基本概念，理解物质如何通过“弯曲”时空来决定运动的路径，而不是通过传统意义上的“力”来拉动。重点分析爱因斯坦场方程的物理图像，解释黑洞的形成机制（史瓦西解的物理解读）以及引力波作为时空涟漪的本质，包括LIGO实验如何探测到这种极微弱的时空形变。 第三部分：粒子物理与宇宙学：探寻终极构成 本部分聚焦于物质的最基本组成单元及其在宇宙演化中的角色，这是对经典电磁学和力学范畴的极大拓展。 6. 标准模型的构建与超越 我们将系统梳理粒子物理标准模型的框架，详细介绍夸克和轻子的族群结构，以及规范玻色子（光子、W/Z玻色子、胶子）如何传递电磁力、弱核力和强核力。重点分析杨-米尔斯理论的数学结构和物理意义。本书将探讨标准模型之外的潜在物理学，如中微子振荡现象及其对粒子质量的启示，以及对暗物质和暗能量的观测证据和理论猜想。 7. 宇宙学：从大爆炸到结构形成 本章将利用现代观测数据（如宇宙微波背景辐射CMB）来重建宇宙的演化史。我们将讨论暴胀理论如何解决早期宇宙的平坦性问题和视界问题。深入分析哈勃膨胀的动力学模型，并探讨$Lambda$CDM模型的成功之处及其面对的挑战。我们将分析观测到的元素丰度如何支持大爆炸的核合成理论，这些都属于观测天体物理和宇宙学的前沿领域，与基础实验的范畴迥异。 第四部分：交叉学科：物理学的应用边界 本书最后一部分旨在展示物理学原理如何渗透到生命科学和复杂系统研究中。 8. 生物物理学：从分子机器到生命热力学 本章将从统计物理和非平衡态热力学的角度审视生命现象。我们将探讨酶催化的动力学模型，分析DNA双螺旋结构在物理力场下的稳定性，并讨论分子马达（如肌球蛋白）如何利用化学能转化为机械功的效率和机制。重点在于应用统计物理方法处理具有高度随机性和非平衡特性的生物系统，这与封闭系统中的理想气体实验截然不同。 9. 复杂系统科学与非线性动力学 本书将介绍非线性物理在描述复杂现象中的作用。我们将探讨混沌理论的基本特征（如对初始条件的极端敏感性），并分析其在气象预报、流体力学湍流以及某些社会经济模型中的体现。我们将引入耗散结构理论和孤子的概念，这些是理解自组织现象和稳定波传播的关键工具，它们的应用远超传统线性系统的分析范畴。 总结： 本书旨在提供一个广阔的物理学视野，重点关注自20世纪以来，理论物理的抽象构建如何支撑了现代技术的基石，以及物理学思想如何跨越学科界限，成为理解宇宙最深层结构和复杂自然现象的必备工具。内容深度和广度均超越了基础大学实验课程所涵盖的经典物理学范畴。

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这本书的排版风格非常注重实用性，边距留得恰到好处，方便我们在空白处做笔记和标记重点。实验步骤部分采用了编号清晰的列表形式，非常适合在实验室边操作边对照。我特别喜欢它在每个实验模块后面附带的“潜在陷阱与排除”小节，这简直是救命稻草，避免了许多新手可能在操作中犯的低级错误，比如电表量程选错、接地处理不当等问题。这种“防呆”设计体现了编写者对实际教学环境的深刻理解。唯一美中不足的是，如果全书的术语表能放在更显眼的位置，或者在第一次出现专业术语时就能提供更简洁的脚注解释，我想会更好，因为实验物理中的许多名词概念首次接触时非常容易混淆。

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这本书的实验设计深度和广度令人印象深刻，它没有停留在高中物理实验那种简单的验证层面，而是真正引导我们去思考测量背后的不确定性以及如何处理实验数据。举例来说，在光学实验部分，它提供的不仅仅是简单的光栅衍射步骤，更深入地探讨了傅里叶光学原理在图像处理中的应用潜力，这对于我们理解理论和实际操作之间的桥梁构建非常有价值。然而，我发现某些高阶实验的描述，特别是涉及到复杂电路搭建或数据采集软件使用时，文字描述略显单薄，对于习惯了图文并茂讲解的读者来说，可能会在实际操作中遇到一些小障碍，可能需要辅以额外的在线资源或教师指导才能完全掌握。尽管如此，它成功地激发了我对精确测量的兴趣，让我认识到实验物理学不仅仅是“做实验”，更是对“不确定性”的科学管理。

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我必须承认，初次接触这本书时，我对其中部分涉及到的数学处理部分感到有些畏惧，比如最小二乘法在多变量拟合中的应用，讲解得非常详尽，公式推导一步到位，但这对于数学基础稍弱的同学来说，可能理解起来需要多次回读。但正是这种深入骨髓的推导，让我最终明白了为什么我们要选择特定的数据处理方法，而不是盲目套用公式。这本书的“思考题”环节设计得非常巧妙，它们往往不是简单的计算题，而是引导你去质疑实验条件的局限性或者探讨误差来源的更深层次原因。如果说有什么可以改进的地方，或许是增加一些历史上的经典实验案例介绍，比如卡文迪许扭秤实验是如何一步步克服技术困难的，这样能让读者对科学发现的过程有更宏大的视角。

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这本书的装帧设计实在让人眼前一亮，硬壳封面采用了一种哑光质感，触摸起来很舒服，字体设计也很有现代感，不像很多传统教材那样刻板。内页纸张的质量相当不错，印刷清晰，黑白和彩色图表的过渡自然，阅读起来眼睛不容易疲劳。我尤其欣赏它在章节布局上的考量，从基础的误差分析到复杂的电磁学实验，逻辑脉络非常清晰，循序渐进，完全照顾到了初次接触实验课程的同学。不过，我个人觉得，如果能在每个实验开始前增加一个“实验目的与物理背景快速回顾”的小栏目，可能对那些理论知识暂时生疏的同学会更有帮助。总的来说，作为一本实验指导书，它在视觉传达和基础结构上已经做到了行业内的较高水准，让人愿意拿起它，而不是仅仅把它当成一本应付考试的工具书。翻开这本书，首先感受到的是一种严谨又不失亲和力的学术氛围。

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坦白讲，这本书的内容密度非常高，每一页都塞满了知识点，从实验仪器的原理介绍到数据记录表格的设计，都体现了一种近乎苛刻的严谨态度。它的理论深度足以让一些大三甚至研一的学生都能从中汲取营养。我注意到它对现代测量技术（如传感器应用）的引入非常及时，这使得教材内容紧跟时代步伐，而不是停留在陈旧的设备介绍上。但是，鉴于其内容的专业性，对于那些需要快速掌握基础操作以应付期中考试的学生来说，可能会觉得信息量过载，需要投入额外的时间去筛选和消化。总的来说，它更像是一本供未来科研人员打基础的参考书，而非仅仅是应付课业的辅助读物，需要读者具备一定的自主学习能力和对物理现象的持久好奇心才能真正发挥其最大价值。

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