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页数:116

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出版时间:2009-8

价格:19.50元

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isbn号码:9787040268072

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现代物理学前沿探索：从量子纠缠到宇宙起源 图书定位： 本书旨在为具备一定物理学基础的读者提供一个全面、深入且前沿的物理学导览。它聚焦于当前物理学研究中最激动人心、最具颠覆性的领域，从微观的粒子世界到宏观的宇宙图景，力求展现现代物理学的全貌与未来趋势。本书不探讨基础化学概念或教学方法，而是专注于物理学的核心理论与实验突破。 --- 第一部分：量子世界的精妙与诡谲 第一章：量子力学的再审视与新诠释 本章将超越标准教科书对薛定谔方程的介绍，深入探讨量子力学在基础哲学层面的挑战。我们将详细剖析“测量问题”的不同解释流派，包括多世界诠释（Many-Worlds Interpretation, MWI）的逻辑推演及其宇宙学意义；退相干理论（Decoherence）如何解释宏观世界与微观世界的界限；以及对隐变量理论（Hidden Variable Theories）的最新实验检验，特别是贝尔不等式（Bell’s Inequality）的突破性验证如何进一步巩固了量子力学的非定域性（Non-locality）。 重点内容包括：波函数塌缩的本质、量子信息论中“比特”到“量子比特”（Qubit）的飞跃，以及如何利用量子态叠加性来理解复杂系统的行为。 第二章：量子场论与粒子物理学的标准模型之外 本章是理解当代高能物理实验结果的基石。我们将构建粒子物理学标准模型（Standard Model, SM）的理论框架，详细阐述规范场论（Gauge Theory）在描述电磁力、弱核力和强核力中的核心作用。对于希格斯玻色子（Higgs Boson）的发现，本书将着重分析其对粒子质量起源的解释，并讨论其与标准模型内部的不一致性，例如大真空灾难（Vacuum Catastrophe）问题。 更重要的是，本章将引领读者走向“标准模型之外”（Beyond the Standard Model, BSM）。我们将深入探讨超对称性（Supersymmetry, SUSY）的各种模型，分析LHC实验对超伴侣粒子（Sparticle）的限制，以及引入新的对称性如何解决质子衰变、中微子质量等现有理论无法解释的现象。 第三章：凝聚态物理学的拓扑革命 凝聚态物理正经历一场由拓扑学驱动的革命。本章将从传统的能带理论出发，引入“拓扑不变量”这一全新的分类工具。我们将详细讲解拓扑绝缘体（Topological Insulators, TI）的独特电子结构——体内绝缘，体表导电，及其背后的时间反演对称性保护机制。 随后，内容将聚焦于更前沿的领域：拓扑超导体（Topological Superconductors）及其理论预测的马约拉纳费米子（Majorana Fermions）。这些准粒子因其“非阿贝尔统计”（Non-Abelian Statistics）特性，被视为构建容错量子计算机的关键资源。此外，本书还将探讨量子霍尔效应（Quantum Hall Effect）的更高阶拓扑相，以及非阿贝尔任意子（Non-Abelian Anyons）的潜在实验观测。 --- 第二部分：时空与引力的宏大叙事 第四章：广义相对论的精确检验与极端时空 本章的核心在于爱因斯坦的广义相对论（General Relativity, GR）在现代实验中的验证。我们将回顾引力场方程的求解，并重点分析近期通过引力波天文学取得的重大进展。LIGO/Virgo/KAGRA 探测器捕捉到的双黑洞并合信号，不仅首次直接证明了黑洞的存在，也为检验强引力场下的时空几何提供了前所未有的数据。本书将详细解析这些波形的逆向工程，用以约束黑洞的参数空间和基本引力理论的有效性。 此外，本章还将探讨GR的极限情况：奇点（Singularity）的物理意义、事件视界（Event Horizon）的性质，以及信息悖论（Information Paradox）在黑洞蒸发过程中的最新理论进展。 第五章：引力波天文学：宇宙的全新观测窗口 引力波不再是纯粹的理论预测，而是成为一门成熟的观测学科。本章将介绍多信使天文学（Multi-Messenger Astronomy）的时代背景，重点分析中子星并合事件（如GW170817）带来的信息爆炸。通过同步观测电磁波、中微子和引力波，我们得以对超新星爆发机制、重元素（如金和铂）的起源——快中子捕获过程（r-process）——做出精确的物理推断。 未来展望部分，本书将讨论下一代引力波探测器，如空间激光干涉仪（LISA）和脉冲星定时阵列（PTA），它们有望捕获低频引力波，从而揭示早期宇宙的相变历史，甚至检测到宇宙弦的印记。 --- 第三部分：统一的梦想与宇宙的起源 第六章：从量子引力到弦理论的几何化尝试 现代物理学最大的挑战在于如何将描述微观世界的量子力学与描述宏观时空的广义相对论统一起来，形成一个“量子引力”理论。本章将系统性地介绍主要的候选理论。首先是圈量子引力（Loop Quantum Gravity, LQG），它通过对时空的离散化（量子化）来避免奇点问题，探讨“大爆炸”是否应被“大反弹”（Big Bounce）取代。 随后，我们将聚焦于弦理论（String Theory）及其在描述统一性上的雄心。本书将详细解释弦如何取代点状粒子成为基本单元，以及引入额外维度（Extra Dimensions）的必要性。重点讨论M理论的框架、AdS/CFT对应关系（反德西特空间/共形场论对应），后者提供了一个强大的数学工具，允许在某些特定情况下，将一个引力理论（高维）等效于一个无引力的量子场论（低维）。 第七章：宇宙学：暗物质、暗能量与暴胀理论 本章从宇宙学的最新观测数据出发，探讨驱动宇宙演化的两大神秘实体：暗物质（Dark Matter, DM）和暗能量（Dark Energy, DE）。对于暗物质，本书将概述弱相互作用大质量粒子（WIMPs）的搜索进展，并转向更新的候选者，如轴子（Axions）的实验探测，以及它们在星系形成和动力学中的作用。 暗能量则被认为是当前物理学最大的未解之谜。本书将分析宇宙加速膨胀的观测证据（Ia型超新星数据），并对比“宇宙学常数”与“第五种力”（Quintessence）等理论模型。最后，我们将回顾暴胀模型（Inflationary Cosmology），它是连接微观量子涨落与宏观宇宙结构的关键桥梁，并讨论原初引力波背景对暴胀模型的约束。 --- 结语：未竟的科学征途 本书总结了当前物理学站在各个前沿阵地上的努力。它揭示了知识的边界在哪里，以及科学家们正如何运用最尖端的理论工具和最灵敏的实验设备，试图回答“我们从何处来，要往何处去”的终极问题。本书的读者将获得对现代物理学深刻理解，能够追踪最新科研论文的脉络，并对下一代科学突破充满期待。

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