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出版者:Elsevier Science

作者:T. Yamabe

出品人:

页数:199

译者:

出版时间:1999-08-31

价格:USD 225.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780080426969

丛书系列:

图书标签:

• Carbon Nanotubes
• Nanotechnology
• Materials Science
• Chemistry
• Physics
• Engineering
• Nanomaterials
• Science
• Technology
• Applied Physics

探索宇宙的奥秘：从量子涨落到时空几何 一册深入浅出的宇宙学与理论物理学导论，带领读者领略现代物理学最前沿的宏伟图景。 本书旨在为对宇宙起源、演化以及支配其运行的根本规律抱有浓厚兴趣的读者提供一份详尽而引人入胜的指南。我们不会探讨碳纳米管的微观结构或其在材料科学中的应用，而是将目光投向比原子核更宏大、比时间本身更古老的尺度——从普朗克尺度下的时空泡沫，到整个可观测宇宙的命运。 本书分为五个核心部分，层层递进，系统地梳理了从经典物理学基础到尖端理论物理学的核心概念。 --- 第一部分：宇宙的基石——经典与量子的交汇 本部分着重回顾和巩固读者对描述宏观世界和微观世界所需的基本物理学框架的理解，并为后续的宇宙学讨论奠定必要的数学和物理基础。 第一章：时空与引力的古典遗产 本章从牛顿的绝对时空观出发，逐步过渡到爱因斯坦的狭义相对论。我们将详细解析洛伦兹变换、质能等价原理（$E=mc^2$）的深刻含义，以及它们如何重塑了我们对“同时性”和“物质”的认知。重点将放在闵可夫斯基时空几何的介绍，为理解广义相对论中的弯曲时空打下基础。 第二章：量子的黎明与不确定性 本章深入黑体辐射、光电效应的历史性实验，阐述普朗克的量子假设如何颠覆了经典物理学的统治地位。随后，我们将探讨波尔模型、德布罗意物质波理论，并最终引入海森堡不确定性原理。这里讨论的核心是：在最微小的尺度上，确定性让位于概率性，这是理解宇宙早期状态的关键前提。 第三章：场论的语言：经典场与相对论 本章致力于介绍“场”的概念，这是现代物理学的核心工具。我们将从电磁场方程（麦克斯韦方程组）入手，展示其内在的相对论协变性。随后，会简要引入狄拉克方程，展示如何将量子力学与狭义相对论结合，成功描述了自旋为半整数的费米子——如电子和夸克——的行为。 --- 第二部分：引力的宏伟结构——广义相对论的几何描绘 广义相对论是理解宇宙大尺度结构和演化的核心理论。本部分将致力于揭示时空如何通过物质和能量的分布而被塑造。 第四章：弯曲时空的几何学 本章是通往现代宇宙学的门径。我们将介绍黎曼几何的基本概念，如张量、度规张量和协变导数。重点解析爱因斯坦场方程（Einstein Field Equations, EFE）的结构，即“物质告诉时空如何弯曲，时空告诉物质如何运动”。我们将用直观的类比解释测地线（Geodesics）的概念，即自由落体运动在弯曲时空中的路径。 第五章：经典解与预言 本章将分析爱因斯坦场方程的一些关键精确解。从水星近日点进动解释（首次成功预言的引力效应），到史瓦西解，它描绘了无旋转、不带电的球对称黑洞的结构，包括事件视界和奇点。此外，还将讨论克尔解，即旋转黑洞的复杂几何形态。 第六章：引力波的涟漪 爱因斯坦预言的引力波，作为时空结构本身的扰动，在百年后被直接探测到。本章将详细介绍引力波的产生机制（如双星系统并合），其在时空中传播的特性，以及LIGO等探测器的工作原理和其对基础物理的验证意义。 --- 第三部分：宇宙的演化——从奇点到膨胀 本部分将理论物理的框架应用于整个宇宙，构建标准宇宙学模型（Lambda-CDM）。 第七章：弗里德曼-勒梅特-罗伯逊-沃尔克（FLRW）度规 本章的核心是FLRW度规，它描述了一个在宏观上均匀且各向同性的宇宙。我们将从FLRW方程出发，推导出描述宇宙随时间膨胀（或收缩）的动态演化方程。读者将理解为什么宇宙必须是膨胀的，这是对哈勃观测的直接理论解释。 第八章：大爆炸的图景 本章构建了标准的大爆炸模型。我们将追踪宇宙的冷却历史，从极热、极密的早期状态开始，依次讨论了普朗克时期、暴胀前夜。关键的演化阶段包括：夸克时代、强子形成、轻子时代，以及物质与辐射的退耦。 第九章：宇宙微波背景辐射（CMB）的洗礼 CMB被誉为“大爆炸的化石”。本章详细阐述了光子与物质在“复合期”（Recombination）之前的耦合状态，以及退耦后光子脱离物质束缚，形成今天我们观测到的黑体辐射谱。重点分析了CMB的极小温度涨落（各向异性），这些涨落是宇宙中所有结构（星系、星系团）的“种子”。 --- 第四部分：现代物理学的两大谜团——暗物质与暗能量 尽管标准模型取得了巨大成功，但观测宇宙学揭示了我们对宇宙构成存在巨大的认知鸿沟。 第十章：不可见的引力：暗物质的证据链 本章系统梳理了支持暗物质存在的观测证据：星系旋转曲线异常、星系团尺度的质量缺失（如维里里定理的应用）、引力透镜效应的观测，以及大尺度结构形成对冷暗物质（CDM）的依赖性。我们将探讨候选粒子，如WIMPs（弱相互作用大质量粒子）和轴子，虽然其确切性质仍是未解之谜。 第十一章：宇宙加速膨胀与暗能量 本章聚焦于1998年超新星观测所揭示的宇宙加速膨胀现象。我们将引入宇宙学常数（Λ）的概念，将其置于爱因斯坦场方程中，并讨论暗能量作为一种均匀分布的负压物质对宇宙动力学的主导作用。我们还会探讨替代性的理论，如修改的引力理论（Modified Gravity, f(R)）。 --- 第五部分：通往终极理论的道路 本部分将目光投向理论物理学最前沿，探讨目前试图统一所有基本力的宏大构想。 第十二章：粒子物理的标准模型回顾 在进入更深层次的统一理论之前，本章简要回顾了描述除引力外所有基本相互作用（强力、弱力、电磁力）的粒子物理标准模型。我们将讨论规范对称性、希格斯机制及其对质量起源的解释。 第十三章：量子引力的挑战与弦理论的愿景 如何将广义相对论与量子力学相容，是本世纪最大的理论挑战。本章讨论了背景独立性、重整化困难等问题。随后，我们将介绍弦理论（String Theory）的核心思想：基本实体是延伸的一维“弦”，而不是点状粒子。我们将探讨高维空间（如卡拉比-丘流形）的需求，以及弦理论如何自然地包含引力子。 第十四章：圈量子引力与其他替代路径 除了弦理论，本章还将简要介绍另一种主要的量子引力尝试——圈量子引力（Loop Quantum Gravity, LQG）。LQG试图在不依赖额外维度的情况下，将时空本身量子化，并预测出最小的、离散的时空体积和面积。本章结尾将展望未来：一个完整的“万有理论”需要解决什么问题，以及如何通过更高精度的观测来验证这些理论预测。 --- 本书旨在为读者提供一个连贯的、从基础到前沿的认知框架，理解我们身处的宇宙是如何在时间和空间尺度上运作的，以及人类探索终极真理的历程是何等艰辛而又充满魅力。

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我对材料科学的兴趣，很大程度上源于其解决现实世界问题的能力。《The Science and Technology of Carbon Nanotubes》这个书名，让我对书中关于碳纳米管实际应用的可能性充满了期待。我猜想，这本书不会仅仅停留在基础科学的讨论，而是会深入到各个技术领域，描绘碳纳米管如何改变我们现有产品的性能和功能。我希望看到关于碳纳米管在电子产品中的应用，例如作为更高效的晶体管材料，或是用于制造更薄、更灵活的显示屏。

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在阅读任何一本技术书籍时，我都会思考它对于行业发展的影响以及它是否能够为读者提供解决实际问题的思路。《The Science and Technology of Carbon Nanotubes》这个书名，让我感觉它不仅仅是一本知识的汇集，更是一份对未来科技发展的深刻洞察。我期待书中能够提供一些关于碳纳米管在实际工程中面临的挑战的讨论，例如大规模生产的成本效益、与现有技术的兼容性、以及潜在的环境和健康风险。同时，我也希望它能为研究人员和工程师提供一些创新的思路和解决方案，帮助他们克服这些障碍，真正将碳纳米管的巨大潜力转化为现实。

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在探索新材料的世界时，我最欣赏那些能够将基础科学原理与前沿技术应用紧密结合的书籍。《The Science and Technology of Carbon Nanotubes》这个书名，无疑勾勒出了一幅描绘碳纳米管从原子级别到工程应用的全景图。我期待书中能够深入探讨碳纳米管的电子特性，解释为何它们可以表现出导电、半导体甚至超导的特性，以及这些特性如何与它们的螺旋度和直径紧密相关。我希望书中能够详细阐述其量子力学基础，例如能量带结构、局域化电子以及在载流子输运中的特殊现象。

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对于任何一个希望深入了解纳米材料领域的读者而言，理解其制备过程和性能表征是必不可少的。《The Science and Technology of Carbon Nanotubes》这个书名，让我对书中关于碳纳米管的“科学”与“技术”两个维度的内容都充满期待。我猜想，书中很可能会详细介绍碳纳米管的合成方法，从实验室小规模制备到工业化生产的各种技术路径。我期待看到对化学气相沉积（CVD）、电弧放电法、激光烧蚀法等经典方法的原理、工艺参数、以及它们在制备不同类型碳纳米管（如单壁、多壁、不同直径和手性）方面的优劣势的详尽分析。

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当我翻阅一本与材料科学相关的书籍时，我最看重的是其应用前景的深度和广度。《The Science and Technology of Carbon Nanotubes》这个书名，直接点明了“Technology”一词，让我对这本书在应用层面的论述充满信心。我期望书中能够详细勾勒出碳纳米管在各个尖端技术领域的实际应用案例和未来发展趋势。从轻质高强的复合材料在航空航天和汽车工业中的应用，到高效催化剂和储能器件在新能源领域的突破，再到先进传感器和药物输送系统在生物医药领域的革新，这些我都充满浓厚的兴趣。

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我一直对材料科学领域的前沿进展感到着迷，尤其是那些能够彻底改变我们认知世界方式的材料。碳纳米管（Carbon Nanotubes, CNTs）无疑属于这一类。它们独特的结构和由此带来的非凡性质，让我对它们在未来科技发展中的潜力充满了好奇。在决定深入了解这一领域时，《The Science and Technology of Carbon Nanotubes》这本书的名字立刻吸引了我的注意。光是这个书名，就传达出一种严谨、全面且具有前瞻性的信息，暗示着它将是一扇通往碳纳米管世界的权威之门。想象一下，这本书可能会详细阐述碳纳米管的分子结构，从最基础的碳原子如何排列成管状，到这些管状结构如何形成我们今天所知的碳纳米管。这其中必然涉及到量子力学和固态物理学的深邃理论，这些理论解释了为什么如此微小的结构会展现出如此宏大的能量和功能。我期待着书中能够用清晰易懂的语言，或者至少是通过精心设计的图示和公式，来解析这些复杂的概念。

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每当我遇到一本关于新兴材料的书籍，我都会关注它是否能够清晰地展现出材料的“为何”与“如何”。《The Science and Technology of Carbon Nanotubes》这个书名，无疑勾起了我对后者——“如何”——的强烈探究欲。我猜想，这本书很可能不会仅仅停留在理论层面，而是会花费大量的篇幅来探讨碳纳米管的制备技术。从最初的手工合成到如今各种规模化的生产工艺，这其中必然蕴含着无数的挑战和创新。我期待书中能够详细介绍不同的生长方法，例如化学气相沉积（CVD）、电弧放电法、激光烧蚀法等等，并对每种方法的原理、优缺点、以及在实际应用中的前景进行深入的比较分析。

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作为一名对科学前沿充满好奇心的学生，我总是寻找能够系统性、深入性地解释复杂概念的书籍。《The Science and Technology of Carbon Nanotubes》这个书名，给我一种强大的信号，预示着它将是一本包含深度理论探讨的权威著作。我设想，书中很可能会在开篇部分就引入支撑碳纳米管奇特性质的基础物理学原理。这可能包括对量子限制效应的详细解释，如何解释其独特的电子结构和导电性能。我期待看到对狄拉克费米子的讨论，以及它如何在碳纳米管的电子行为中扮演关键角色。

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对于任何一个希望在科技领域有所建树的读者而言，理解材料的物理和化学性质是至关重要的。《The Science and Technology of Carbon Nanotubes》这个书名，让我对书中内容充满了期待，特别是关于碳纳米管本身性质的详尽阐述。我设想，书中会深入探讨碳纳米管在力学、电学、热学和光学等方面的非凡性能。例如，在力学方面，它们极高的抗拉强度和弹性模量，是否意味着它们将成为下一代复合材料的理想增强剂？在电学方面，它们作为一维导体、半导体甚至超导体的潜力，又将如何改变电子器件的设计理念？

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作为一名对纳米技术充满热情的科研爱好者，我总是渴望找到能够系统性地介绍某一前沿领域的书籍。《The Science and Technology of Carbon Nanotubes》这个书名，在我看来，就预示着一本涵盖广泛、深入浅出的权威著作。我猜测，这本书的开篇部分，很可能如同精心铺设的基石，会首先为读者构建起碳纳米管的基本认知框架。这大概会从它们是如何被发现和命名的开始，追溯到那些开创性的实验和理论研究。接着，我期待它能详细剖析碳纳米管的微观结构，比如单壁碳纳米管（SWCNTs）和多壁碳纳米管（MWCNTs）的区别，以及它们在手性和直径上的多样性如何直接影响其宏观性质。这不仅仅是简单的堆砌知识点，更重要的是，我会期待作者能够解释这些结构特征是如何通过化学键合和电子云分布来决定的。

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