Gravitational Experiments in the Laboratory

Gravitational Experiments in the Laboratory pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:
作者:Chen, Ying Tian; Cook, Alan; Chen, Y. T.
出品人:
页数:284
译者:
出版时间:2005-7
价格:$ 76.84
装帧:
isbn号码:9780521675536
丛书系列:
图书标签:
  • 物理
  • 引力
  • 实验
  • 实验室
  • 教学
  • 高等教育
  • 科学
  • 测量
  • 重力
  • 经典物理
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具体描述

This book provides an up-to-date account of the precise experiments used to explore the nature of universal gravitation that can be performed in a terrestrial laboratory. The experiments required are at the limits of sensitivity of mechanical measurements. The problems of experiment design are discussed, and critical accounts given of the principal experiments testing the inverse square law and the principle of equivalence, and measuring the constant of gravitation. An analysis of the effects of noise and other disturbances is also provided, further highlighting the care that is needed in experimental design and performance. The motivation for undertaking such experiments is also discussed. The book will be of value to graduate students, researchers and teachers who are engaged in either theoretical or experimental studies of gravitation, and who wish to understand the nature and problems of laboratory experiments in this field.

跨越星辰与微观的边界:现代物理学的前沿探索 本书汇集了当代物理学研究中最引人入胜且具有革命性潜力的几个领域的前沿进展与深刻见解。它并非聚焦于单一学科的深入钻研,而是旨在描绘一幅宏大的图景,展示物理学家们如何利用最尖端的实验技术和理论模型,去叩问宇宙的基本结构、物质的终极奥秘以及时空的本质。 第一部分:凝聚态物理的量子奇观 本部分深入探讨了在极端低温和高压条件下,物质所展现出的反直觉的量子行为。我们首先从拓扑材料的最新突破入手。这些材料,例如拓扑绝缘体和拓扑超导体,其表面的导电性和体内的绝缘性之间的鲜明对比,揭示了全新的电子态。书中详细分析了如何通过精确控制晶格结构和电子自旋,来诱导出具有保护性边缘态的现象,这些边缘态对局部缺陷具有极强的鲁棒性,为构建抗干扰的量子器件奠定了理论与实验基础。特别是关于马约拉纳费米子的搜寻和确认,被置于一个重要的位置。这些半个粒子是否能真正存在于特定的超导异质结中,以及它们在拓扑量子计算中的潜在应用,是本章的核心议题。 接着,我们将目光投向强关联电子系统。电子之间的库仑排斥作用在某些材料中占据主导地位,导致了例如高温超导和量子自旋液体等一系列经典物理定律无法简单解释的现象。书中详尽考察了新的二硒化物和镍氧化物体系,讨论了电子轨道自由度(如单轨和双轨效应)如何与自旋和电荷自由度耦合,形成复杂的“电子魔角”。对于量子自旋液体,我们不仅回顾了磁性朗道尔液体(Kitaev模型)的最新实验进展,还探讨了利用量子模拟器(如光晶格原子阵列)来精确复现和研究这些高度纠缠态的可能性。 第二部分:粒子物理学的标准模型之外 本部分将视角拉升至最小尺度的基本粒子,审视当前粒子物理学面临的挑战以及下一代实验装置的规划。重点关注希格斯物理学的精密测量。自2012年发现以来,对希格斯玻色子的耦合常数、衰变模式以及自耦合行为的测量,是检验标准模型完备性的关键。书中详细分析了大型强子对撞机(LHC)后期的升级计划,特别是对希格斯玻色子产生的各种截面(如$WW$, $ZZ$, $gammagamma$, $tar{t}$)的测量精度是如何逐步逼近理论预测的。任何微小的偏差都可能指向新的物理现象,比如超对称理论或其他扩展模型。 随后,我们深入探讨暗物质的直接和间接探测。暗物质的本质仍然是现代物理学的最大谜团之一。本书系统梳理了当前主流的探测策略:弱相互作用大质量粒子(WIMPs)的地下氙气探测器(如LZ和XENONnT)如何通过寻找与原子核的弹性散射事件来限制质量和截面参数空间;以及轴子等超轻量级候选粒子的新型谐振腔探测技术。在间接探测方面,对来自银河系中心和矮星系的伽马射线谱线分析,以及对宇宙微波背景(CMB)的极化测量,如何提供对暗物质湮灭或衰变的约束,也被全面介绍。 第三部分:宇宙学与引力前沿 本部分将焦点置于宇宙学尺度,探索时空几何的极端状态和早期宇宙的动力学。引力波天文学的兴起被视为本世纪物理学的里程碑。书中不仅回顾了LIGO/Virgo/KAGRA探测到的双中子星并合(GW170817)如何为快速射电暴(FRBs)和重元素(如金和铂)的起源提供了确凿的观测证据,还着重分析了下一代引力波探测器——LISA(激光干涉空间天线)的科学目标。LISA的低频段探测能力,将使我们首次能够直接观测到超大质量黑洞的并合事件,以及对宇宙早期相变过程的印记进行搜寻。 此外,本部分对早期宇宙暴胀理论的最新发展进行了评估。暴胀是解决视界问题和平坦性问题的有效机制,但其具体的物理模型(如单场、多场暴胀)仍有待检验。书中详细讨论了如何通过原初引力波的张量/标量功率谱比(r值),以及原初非高斯性的精确测量,来区分不同的暴胀模型。相关的研究正紧密结合下一代CMB实验(如CMB-S4)和星系原初引力波背景的搜寻工作。 第四部分:前沿计算物理与信息科学的交汇 最后,本书探讨了理论物理学与信息科学的快速融合。量子计算不再仅仅是理论猜想,它正在成为解决传统上无法处理的物理问题的强大工具。本章重点阐述了量子相位估计算法(QPE)如何被应用于计算复杂分子的基态能量和材料的能带结构,这些计算在经典计算机上通常需要指数级资源。同时,我们也审视了随机量子退火在优化复杂物理系统(如拓扑相的识别和相变的预测)中的应用。 在理论方面,AdS/CFT对应(反德西特空间/共形场论对偶)作为连接量子引力和量子场论的深刻桥梁,被用于理解夸克-胶子等离子体(QGP)的输运性质。书中讨论了如何利用CFT中的信息论概念,如纠缠熵,来量化引力理论中的几何结构,预示着时空本身可能是一种涌现的量子信息结构。 总体而言,本书为读者提供了一个深入且多维度的视角,洞察当代物理学在宏观引力世界、微观粒子世界以及复杂物质系统中的前沿探索路径,强调了实验精度、理论创新和跨学科合作在推动科学进步中的核心作用。

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读后感

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坦白说,《Gravitational Experiments in the Laboratory》这个书名,让我感到一种莫名的震撼。引力,这个塑造了星系、行星乃至我们自身存在的宏大力量,竟然可以在实验室这样一个微观的、可控的环境下被研究和测量,这简直太神奇了!我迫不及待地想知道,人类是如何做到这一点的。我设想书中会描绘出那些充满智慧的实验设计,那些令人惊叹的精密仪器,以及科学家们在其中付出的无数心血。我会想象着他们是如何用细致入微的观察,去捕捉那些微弱的引力效应,又是如何用严谨的计算,去解读那些复杂的实验数据。也许书中还会穿插一些关于这些实验的趣闻轶事,或者科学家们在研究过程中的灵感闪现,这样会读起来更有意思。总之,我期待这本书能够让我领略到人类科学探索的智慧与力量,让我对宇宙的认识更加宏伟和深刻,同时也能激发我对科学研究的热情和向往。

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我一直认为,物理学的魅力在于它的普遍性和精确性。《Gravitational Experiments in the Laboratory》这本书名,让我看到了如何将这种普遍的自然规律,通过人类的智慧和技术,在有限的实验室环境中得以精确地验证。我设想,书中会详细阐述每一个实验的物理原理,清晰地解释每一个步骤的目的,以及每一个测量值所代表的意义。我尤其感兴趣的是,科学家们是如何设计出能够排除各种外界干扰的实验装置的,例如空气流动、地震波、甚至周围物体的微弱引力。如果书中能够对比不同时期、不同方法进行的引力实验,分析它们的优劣和发展脉络,那将极具启发性。我还希望能够了解到,这些实验室实验的结论,是如何与天体物理学中的引力理论相互印证,共同构建我们对宇宙的认知体系的。这本书对我来说,不仅仅是一本关于引力实验的科普读物,更是一次关于科学方法、精密仪器和人类探索精神的深度体验。

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这本《Gravitational Experiments in the Laboratory》的书名本身就勾起了我的无限遐想。作为一个对物理学有着浓厚兴趣的普通读者,我总是对那些能够将抽象理论转化为实际观察的实验着迷。万有引力,这个我们日常生活中最熟悉却又最难以捉摸的力量,竟然可以在实验室里被如此细致地探究,这本身就令人激动。我脑海中立刻浮现出各种经典的实验场景:卡文迪许扭秤精确测量引力常数的那种精妙,或者更现代的,利用激光干涉测量微弱引力场的画面。我期待书中能够详细介绍这些实验的设计理念、仪器构造、操作步骤,以及最重要的,如何从繁杂的数据中提炼出科学的结论。我好奇作者是如何权衡理论的严谨性和实验的可行性的,又如何在有限的实验室条件下克服各种干扰因素。我相信,通过这本书,我将有机会窥见科学家们探索宇宙最基本规律的智慧与勇气,并从中获得对物理世界更深刻的理解。哪怕我无法亲手复现这些实验,仅仅是阅读它们的过程,也足以让我感受到科学的魅力和人类探索精神的伟大。

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老实说,当我第一次看到《Gravitational Experiments in the Laboratory》这个书名时,我有点犹豫。我的物理学基础不算扎实,对“引力”这个概念,印象最深的大概就是牛顿被苹果砸到脑袋然后悟出万有引力定律的故事,还有爱因斯坦的时空弯曲理论。所以,我担心这本书的内容会过于专业和晦涩,我能否真正理解其中的奥秘?但是,抱着一丝丝的好奇心,我还是翻开了它。我设想,作者可能会用一种循序渐进的方式,从最基础的引力现象入手,解释为什么需要在实验室里进行这些研究。也许会从简单的 Pendulum 实验开始,讲解如何测量重力加速度,然后逐步深入到更复杂的装置。我特别想知道,那些精密的仪器是如何制造出来的,它们的原理是什么。如果书中能够配上精美的插图或者详细的图表,那就更好了,这样我就可以更直观地理解那些复杂的实验设置。我希望能在这本书中找到一种能够连接我现有知识和书中内容的桥梁,让我能够一步步地,有条理地,去理解那些曾经让我望而却步的科学概念。

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《Gravitational Experiments in the Laboratory》这个标题,让我联想到了无数次在科幻电影中看到的,科学家们在闪烁着各种指示灯的实验室里,穿着白大褂,专注地进行着某项惊人的实验。当然,我知道现实中的科学探索往往是枯燥且充满挑战的,但正是这种对未知的好奇心,驱使着人类不断前进。我期待这本书能够带我走进一个真实的科学实验室,去感受那种严谨、细致、一丝不苟的工作氛围。我希望作者能够分享一些在实验过程中遇到的困难和挑战,以及科学家们是如何克服它们的。也许书中会提到一些鲜为人知的,但却至关重要的实验细节,这些细节往往是决定实验成败的关键。此外,我也对实验的伦理和安全问题感到好奇,毕竟,涉及引力的实验,可能会用到一些特殊的设备和材料。总而言之,我希望这本书能够提供一种沉浸式的阅读体验,让我仿佛置身于那个充满智慧和探索精神的实验空间。

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