IDEAS AND EXPERIMENTS IN PHYSICAL SCIENCE pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Kendall Hunt Publishing Company

作者:B Kent Harrison

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2007-08-01

价格:USD 48.59

装帧:Plastic Comb

isbn号码:9780757544859

丛书系列:

图书标签:

• 物理学
• 科学史
• 实验
• 思想实验
• 科学哲学
• 科普
• 物理学史
• 科学普及
• 教育
• 经典教材

《物质世界的奥秘：从经典物理到量子前沿》 内容简介 本书旨在为对物理科学怀有浓厚兴趣的读者提供一个全面而深入的探索之旅，覆盖了从宏观世界的基本定律到微观粒子行为的深刻洞察。我们不局限于某一特定领域，而是力求构建一个跨越经典物理学和现代物理学核心概念的知识体系，强调实验证据在构建科学理论中的决定性作用。 第一部分：构建经典世界的基石 本部分将从牛顿力学入手，这是理解我们日常经验世界运动的基础。我们将详细解析运动定律、万有引力，并探讨这些定律在宏观尺度下的强大解释力。随后，我们将转向能量的概念，深入研究功、动能、势能以及能量守恒定律，这些是理解所有物理过程的核心。我们将特别关注保守场和非保守场中的能量转换机制。 紧接着，我们引入热力学，这是理解能量在大量粒子系统中如何表现的科学。从温度、热量到熵的概念，我们将系统地阐述热力学的四大定律。热力学第二定律，特别是熵增原理，将作为理解自然界中不可逆过程和时间之箭的关键工具被深入剖析。我们会讨论理想气体模型，并探讨真实气体行为与统计力学的初步联系。 电磁学部分是本书的另一核心支柱。我们将从静电学和静磁学的基本定律（如库仑定律和毕奥-萨伐尔定律）开始，逐步构建起法拉第电磁感应定律和麦克斯韦方程组的完整框架。麦克斯韦方程组不仅统一了电、磁、光现象，更预示了电磁波的存在，这是现代通信技术的基础。我们将详细阐述光的波动性，并通过傅里叶分析等数学工具，展示如何用波的叠加原理来解释衍射和干涉现象。 第二部分：跨越界限——20世纪的物理革命 经典物理学在解释某些现象时遭遇的瓶颈，促使了物理学在20世纪初发生深刻的变革。本部分将详细介绍相对论的诞生及其对时空观的颠覆。 狭义相对论： 我们将从爱因斯坦的两个基本假设出发，推导出洛伦兹变换。时间膨胀、长度收缩、质速关系（$E=mc^2$）将不再是抽象的公式，而是通过思想实验和实际观测证据（如μ子衰变）得到验证。 广义相对论： 随后，我们将迈入引力的几何化描述。广义相对论的核心在于时空的弯曲，我们将探讨等效原理，并介绍爱因斯坦场方程的物理意义。黑洞、引力波的预测及其后续的实验探测，将作为现代天体物理学的有力例证被阐述。 量子力学的奠基： 面对黑体辐射、光电效应和原子光谱等经典物理无法解释的现象，量子化概念应运而生。我们将追溯普朗克、爱因斯坦和玻尔的工作，理解能量的量子化和能级的概念。 海森堡的矩阵力学与薛定谔的波动力学： 本部分将深入探讨量子力学的数学形式。我们将详述薛定谔方程（包括定态和含时形式）及其在描述粒子波函数上的应用。波函数的概率解释、归一化以及期望值的计算方法将是重点。 核心概念的解析： 测不准原理将作为量子世界内在的不确定性的体现被仔细讨论。我们将探索角动量的量子化、自旋的概念，以及全同粒子（费米子和玻色子）的统计特性。 第三部分：深入微观与宏观的前沿探索 在掌握了量子力学的基本框架后，我们将考察其在物质结构和现代科技中的应用，并展望物理学的未来方向。 原子与分子结构： 利用量子力学工具，我们将精确求解氢原子的能级和轨道，理解泡利不相容原理如何决定了元素周期表的结构。随后，我们将探讨化学键的本质——分子轨道理论和价键理论的量子力学基础。 凝聚态物理学导论： 固体内部的电子行为是凝聚态物理学的核心。我们将从晶体结构（布拉维点阵、晶格振动——声子）开始，引入能带理论，解释导体、半导体和绝缘体的区别。对半导体PN结的分析将直接联系到现代电子器件的工作原理。我们还会简要介绍超导性和磁性现象的量子起源。 核物理与粒子物理： 我们将审视原子核的结构、核力的性质以及核反应（裂变与聚变）。随后，我们将进入粒子物理学的宏观图景——标准模型。标准模型如何描述基本粒子（夸克、轻子）及其三种基本相互作用（电磁力、弱核力、强核力）将得到清晰的梳理。希格斯机制及其在赋予粒子质量方面的作用也将被介绍。 结语：未解之谜与未来展望 本书最后将讨论当前物理学面临的主要挑战和未解之谜，包括暗物质和暗能量的证据、量子引力（如弦理论或圈量子引力）的尝试，以及量子信息科学（如量子计算和量子纠缠的实际应用潜力）。 本书的叙述风格强调概念的清晰性、逻辑的严密性以及对实验证据的尊重，力求让读者在掌握物理学基本原理的同时，也能体会到科学探索的严谨与激情。通过对这些核心理论的系统学习，读者将能以更深刻的视角审视我们所处的物质世界。

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我对这本书的评价，可以用“身临其境”来形容。作者的叙述方式非常独特，他仿佛是一位电影导演，将抽象的物理概念和实验过程，用极具画面感和戏剧性的语言呈现出来。我阅读的时候，常常会感觉自己就置身于那个实验现场，能够清晰地感受到科学家们当时的心境，无论是他们的兴奋、困惑，还是最终的豁然开朗。书中对麦克斯韦方程组的解读，并没有直接呈现复杂的数学公式，而是通过一个充满想象力的故事，将电场和磁场之间的微妙联系娓娓道来，让我这个对数学不甚了解的人，也能深刻体会到其中蕴含的美妙。此外，书中对“对称性”在物理学中的重要性的阐释，也给我留下了深刻的印象。作者通过各种生动的例子，展现了对称性如何渗透到宇宙的方方面面，从微观粒子的基本性质到宏观宇宙的演化，无处不在。这种从宏观到微观，从抽象到具体的讲述方式，让我在享受阅读乐趣的同时，也能够建立起对物理学整体的深刻理解。这本书让我感受到，科学不仅仅是冰冷的数据和公式，更是一种充满美感和智慧的探索过程。

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这本书的封面设计就有一种引人入胜的魔力，深邃的蓝色背景上点缀着闪烁的星辰，仿佛预示着即将开启一场宇宙奥秘的探索之旅。翻开扉页，我立刻被文字的质感和排版所吸引，字体大小适中，行距舒展，读起来十分惬意。起初，我抱着一种谨慎的态度，担心它会像市面上大多数科普读物一样，仅仅是枯燥的知识堆砌。然而，随着阅读的深入，我的疑虑烟消云散。作者以一种非常生动形象的方式，将那些原本晦涩难懂的物理学概念，比如量子纠缠、相对论效应，描绘得如同一幅幅壮丽的画卷。他善于运用大量的类比和鲜活的例子，将抽象的理论具象化，让我这个非专业人士也能在脑海中构建出清晰的物理图像。尤其令我印象深刻的是，书中对一些经典物理学实验的解读，不仅仅是陈述实验的过程和结论，更深入地探讨了实验背后的设计理念、可能遇到的困难以及科学家们如何克服这些挑战，这让我感受到了科学探索的严谨与智慧，也体会到了科学精神的魅力。我常常在读到某个精彩的观点时，会忍不住停下来，反复咀嚼，然后陷入深深的思考。这本书不仅仅是知识的传递，更是一种思维方式的启迪。

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当我拿到这本书的时候，我最期待的是能从中找到一些能解释日常生活中各种现象的物理学原理，例如，为什么天空是蓝色的，或者雨滴为什么是圆的。这本书在这方面做得非常出色，并且远远超出了我的初步设想。它不仅仅解释了“是什么”，更深入地挖掘了“为什么”。作者非常擅长将宏大的物理概念与我们身边触手可及的事物联系起来。我记得有一章详细阐述了声波的传播，他用了一个生动的例子，将物体振动比作投入平静湖面的一颗石子，涟漪的扩散过程就形象地展示了声波的传播方式。更让我惊叹的是，书中还涉及了一些前沿物理学的讨论，比如暗物质和暗能量的谜团，作者并没有回避它们的未知性，而是以一种非常开放和探索性的态度，介绍了科学家们目前的研究方向和遇到的挑战，这让我觉得科学的魅力恰恰在于它的未知和不断探索的过程。阅读过程中，我经常会被书中提出的问题所吸引，这些问题并非要求我给出标准答案，而是鼓励我去思考，去尝试构建自己的理解模型。这本书就像一位循循善诱的老师，在引导我认识世界的同时，也激发了我内心深处的好奇心和求知欲。

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不得不说，这本书带来的体验远超我的预期。我原本以为会读到一本充斥着方程式和晦涩术语的“硬核”物理学教材，但实际内容却给我带来了巨大的惊喜。作者仿佛是一位经验丰富的向导，带领我穿越物理学的迷宫，每一步都充满了发现的乐趣。他没有直接灌输理论，而是通过一系列巧妙构思的“思想实验”，引导读者主动去思考、去推导。这些思想实验，有些是经典物理学中的标志性场景，有些则是作者自己独到的构思，它们都极具启发性，能够帮助读者绕过那些可能令人生畏的数学工具，直观地理解物理现象背后的逻辑。我尤其喜欢书中对“可能性”和“不确定性”在微观世界中的展现，这颠覆了我很多固有的认知，让我开始重新审视我们对现实世界的理解。更让我赞叹的是，作者在解释复杂概念时，总是能找到最恰当的比喻，比如将黑洞的引力场比作一张被重物压弯的床单，这种生动的描绘，让我在脑海中形成了一个清晰而形象的画面，大大降低了理解的门槛。整本书读下来，我感觉自己仿佛完成了一次智力上的“探险”，每一次翻页都充满了未知和期待，收获的不仅仅是知识，更是一种全新的视角和思维模式。

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这本书带给我的，是一种颠覆性的认知体验。它完全打破了我对物理学“枯燥、晦涩”的刻板印象。作者的写作风格非常自由奔放，他似乎不受传统科普写作模式的束缚，而是将科学知识巧妙地融入到了一个个引人入胜的故事和比喻之中。我最喜欢的是书中关于“熵”的讨论，他并没有简单地解释熵是什么，而是通过描绘一个房间从整洁到混乱的过程，生动地展示了熵增的普遍性，并将其与宇宙的演化联系起来，让我对时间的方向有了更深刻的理解。同时，书中对“信息”在物理学中的作用的探讨，也极具启发性。他将物理世界中的许多现象，都看作是信息传递和处理的过程，这是一种非常新颖的视角，让我开始重新思考“物质”和“能量”的本质。这本书让我感觉到，科学不仅仅是解释我们已知的东西，更重要的是，它能够激发我们对未知的好奇，并提供一种探索未知的方式。我常常在阅读过程中，会产生许多新的想法和疑问，这种主动思考的过程，比被动接受知识更有价值。这本书为我打开了一扇通往物理学世界的大门，让我看到了一个充满奇妙、逻辑严谨却又无比美丽的宇宙。

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