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出版者:Springer Verlag

作者:Rigamonti, Attilio

出品人:

页数:514

译者:

出版时间:2009-1

价格:$ 67.74

装帧:

isbn号码:9788847011281

丛书系列:

图书标签:

• 物理学
• 物质结构
• 原子物理
• 凝聚态物理
• 量子力学
• 固体物理
• 材料科学
• 化学物理
• 纳米科学
• 晶体学

《宇宙的织锦：从基本粒子到宏观结构的演化史诗》 内容提要 本书是一部横跨物理学、化学、天文学和材料科学的鸿篇巨制，旨在系统阐述物质在不同尺度和能量层级上如何组织、相互作用并最终形成我们所观察到的宇宙图景。它并非聚焦于某一特定层级的结构，而是着重于结构如何从更基础的层面涌现，以及不同尺度结构之间的内在联系和转化规律。全书结构严谨，逻辑清晰，从普朗克尺度的基本作用力开始，逐步向上构建，直至星系团的浩瀚结构。 --- 第一部分：基础的基石——量子与粒子实在 本部分深入探索构成物质的最基本单元及其行为法则。我们摆脱了经典物理学的直观束缚，进入到量子世界的奇特领域。 第一章：时空与基本作用力的新视角 本章首先回顾了相对论对时空观的革命性影响，并引入了量子场论（QFT）作为理解粒子行为的现代框架。重点讨论了四种基本作用力（强核力、弱核力、电磁力、引光力）在极高能量下的统一趋势，以及它们在现代物理学中的数学描述。我们详细考察了标准模型（Standard Model）的结构，包括费米子（夸克和轻子）和玻色子（规范玻色子，如光子、胶子、W/Z玻色子）的分类与性质。 第二章：夸克的囚禁与强子世界的构建 本章聚焦于强核力的作用机制——量子色动力学（QCD）。我们探讨了夸克如何被“囚禁”在强子内部，以及渐近自由现象的深刻含义。通过对π介子、质子和中子的详细分析，阐述了核子的内部结构——不仅仅是基本粒子的简单堆砌，而是充满着虚粒子和海夸克的动态海洋。本章还涉及奇异粒子（如超子和夸克星的潜在构成）的物理特性。 第三章：轻子与物质的相互作用界面 探讨了电子、μ子、τ子和中微子在物质世界中的角色。重点解析了电磁相互作用的精确描述，这对于理解原子和分子层面的化学键合至关重要。我们深入分析了中微子的质量起源问题（如马约拉纳与狄拉克质量），以及它们如何影响宇宙的演化和物质-反物质不对称性的形成。 第四章：超越标准模型的探索 本章讨论了粒子物理学前沿面临的未解之谜，例如暗物质的可能候选者（如WIMPs、轴子）和暗能量的性质。通过对超越标准模型（BSM）理论的概述（如超对称性SUSY、额外维度理论），我们勾勒出未来实验物理学可能探索的方向，这些“缺失的拼图”对于理解物质的最终构成至关重要。 --- 第二部分：从混沌到秩序——原子、分子与凝聚态的涌现 本部分将视角从基本粒子提升到原子和分子层面，探讨引力之外的电磁力如何主导物质的集合与形态。 第五章：原子核的稳定与核能 本章详述了原子核的结构模型，包括液滴模型和壳层模型。重点分析了核力的本质，以及如何通过质量亏损计算出核聚变与核裂变的巨大能量。我们讨论了放射性衰变（α, β, γ衰变）的机制及其在地球年代测定和能源获取中的应用。 第六章：电子结构与周期律的必然性 本章是化学世界的基石。通过薛定谔方程在多电子系统中的近似求解，我们详细阐述了电子的排布规则（泡利不相容原理、洪特规则等）。这直接解释了元素周期表的结构及其化学性质的周期性规律。本章深入探讨了轨道杂化、分子轨道理论（MO理论），为理解复杂分子的几何形状和反应性奠定基础。 第七章：晶格的几何与电子的集体行为 本章进入固体物理学的核心领域——凝聚态物理。我们分析了晶体结构（点阵、布拉菲晶格）的分类和对称性，以及晶体衍射（X射线、电子衍射）如何揭示其内部排列。重点剖析了电子在周期势场中的能带结构理论，这是区分导体、半导体和绝缘体的关键所在。 第八章：新奇的宏观量子态 本章探讨在特定宏观条件下，物质展现出的奇异集体行为。详细讨论了超导现象（BCS理论、约瑟夫森效应）和超流体现象（如液氦-4的零粘性）。此外，我们还考察了磁性材料的微观起源（铁磁性、反铁磁性），以及拓扑材料（如拓扑绝缘体）中受拓扑保护的表面态。 --- 第三部分：尺度上的跨越——从材料到星系 本部分将讨论跨越多个数量级、由基础结构规则支配的宏观结构形成过程。 第九章：高分子与生命材料的层次结构 本章关注由共价键和范德华力构筑的介于分子和宏观固体之间的复杂系统——高分子。我们分析了聚合物的构象、粘弹性，以及它们在材料科学中的应用。此外，我们还将探讨生物大分子（蛋白质、核酸）的层次折叠机制，强调生命系统的结构复杂性是如何从相对简单的组装规则中涌现出来的。 第十章：复杂介质与相变的动力学 本章研究物质在压力、温度等外部参数变化下，其结构发生突变的过程——相变。不仅限于冰的融化或水的沸腾，更深入到临界现象、重整化群理论在描述普适性标度律中的应用。本章也探讨了非晶态固体（如玻璃）的结构与动力学，以及液体在接近冻结点时的异常行为。 第十一章：从行星到恒星的引力结构 本部分将视野拓展到宇宙尺度，展示引力如何成为主导的组织力。我们分析了星体的形成：从分子云的引力坍缩、原恒星的诞生，到主序星的流体静力平衡。重点探讨了恒星内部的核反应区结构，以及不同质量恒星的演化路径所决定的元素合成过程（由碳到铁）。 第十二章：宇宙的骨架——星系团与大尺度结构 本章探讨了宇宙网的形成。在早期宇宙的微小密度涨落基础上，引力如何在数十亿年间将物质聚集形成恒星、星系，乃至星系团和超星系团。我们将讨论暗物质（它提供了引力势阱）在塑造这些宏观结构中的决定性作用，并简要回顾宇宙学模型如何解释这些结构的起源。 --- 结语：统一的结构哲学 全书最后总结了贯穿始终的主题：结构是普适的语言。从量子场的激发态到星系团的分布，物质世界的万千形态皆是遵循少数几条基本物理定律在不同尺度下进行“自组织”的结果。本书旨在提供一个全面的思维框架，帮助读者理解物质世界的复杂性并非源于无限的特例，而是源于有限规则的迭代与涌现。

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