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出版者:

作者:Shults, F. Leron

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:

价格:99.95

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isbn号码:9780754652243

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《宇宙之弦：从古典物理到量子引力的统一探索》 作者： [此处留空，或填写真实作者姓名] 出版社： [此处留空，或填写真实出版社名称] --- 内容提要 《宇宙之弦：从古典物理到量子引力的统一探索》是一部面向严肃科学爱好者、理论物理学学生以及对现代宇宙学和基本粒子理论有深入探究兴趣的读者的深度著作。本书旨在系统梳理自牛顿力学奠基以来，人类对自然界基本规律的理解是如何一步步演化，并最终导向现代物理学中最具挑战性的前沿领域——量子引力理论的构建。全书结构严谨，逻辑清晰，不仅详细阐述了狭义相对论和广义相对论的革命性意义，更将重点放在了量子场论的建立及其在描述微观世界中的成功与局限。最终，本书将目光投向理论物理学的“圣杯”：如何调和描述宏观时空几何的广义相对论与描述微观物质行为的量子力学。 第一部分：古典物理的辉煌与局限 本书开篇追溯了物理学思想的源头，从亚里士多德的自然哲学到伽利略的实验方法论，奠定了科学探究的基石。 第一章：牛顿力学与宇宙的机械论图景 详细探讨了牛顿三大定律和万有引力定律如何构建了一个确定性的、完全可预测的宏观宇宙模型。分析了该模型的成功之处，尤其是在行星运动和工程应用方面的巨大贡献。随后，深入剖析了其内在的哲学基础——绝对时空观，并为后续对时空概念的颠覆埋下伏笔。 第二章：电磁学的统一与经典物理的终结 本章聚焦于法拉第和麦克斯韦的工作。通过对麦克斯韦方程组的深入解读，揭示了光速恒定的惊人结论。详细阐述了光作为一种电磁波的本质，以及这种统一性如何标志着古典物理学的巅峰，同时也暗示了其与牛顿力学在高速运动情况下的潜在不兼容性。 第三章：热力学与统计物理的兴起 讨论了熵的概念及其在描述宏观系统中的不可逆性。重点分析了玻尔兹曼的统计力学方法，如何从微观粒子的随机运动中推导出宏观热力学定律，为概率性描述在物理学中的引入做了铺垫，并探讨了热力学第二定律对时间方向性的深刻意义。 第二部分：相对论革命——时空与引力的重塑 第二部分是本书的核心之一，系统阐述了爱因斯坦的两大相对论如何彻底改变了我们对时间、空间、质量和能量的认知。 第四章：狭义相对论的几何化开端 详细解析了洛伦兹变换的数学结构及其物理内涵。通过分析“同时性的相对性”、“质能等效”（$E=mc^2$）以及时间膨胀和长度收缩效应，展示了高速运动下时空如何脱离牛顿的绝对框架，转变为一个统一的四维时空。 第五章：广义相对论：引力的几何本质 本章是理论物理学的转折点。作者以等效原理为出发点，详细推导了爱因斯坦场方程（Einstein Field Equations）。书中对黎曼几何在描述弯曲时空中的应用进行了深入浅出的讲解，使读者能够理解“物质告诉时空如何弯曲，时空告诉物质如何运动”的深刻含义。 第六章：相对论的检验与宇宙学的曙光 本章回顾了广义相对论的关键实验证据，包括水星近日点的进动、光线在太阳附近的弯曲，以及引力红移。随后，将理论应用于宏观尺度，探讨了弗里德曼方程、奇点理论（黑洞和宇宙大爆炸的起源）等现代宇宙学的基础概念。 第三部分：量子力学的胜利与内在矛盾 第三部分将视角转向微观世界，探讨了量子力学的建立过程，及其在描述原子、亚原子粒子方面的巨大成功，同时也揭示了其与广义相对论在哲学和数学上的根本冲突。 第七章：从普朗克到玻尔：量子化的诞生 追溯了黑体辐射、光电效应等关键实验如何催生了能量量子化的概念。详细阐述了波粒二象性、海森堡不确定性原理以及哥本哈根诠释的核心思想，强调了量子世界中观察者角色的重要性。 第八章：量子场论（QFT）：相对论性量子力学的尝试 阐述了如何将狭义相对论的要求融入量子理论，形成了量子场论。重点介绍了狄拉克方程、费米子与玻色子的区别，以及量子电动力学（QED）的成功，这是迄今为止最精确的物理理论之一。 第九章：标准模型：物质与力的分类 系统介绍了描述除引力外所有基本粒子及其相互作用的标准模型。详细解释了夸克、轻子、规范玻色子（如光子、W/Z玻色子）以及希格斯机制如何赋予粒子质量。深入分析了强相互作用（QCD）的渐近自由特性和夸克禁闭现象。 第四部分：通往统一的征途——量子引力的问题与探索 本书的最后部分聚焦于当代理论物理学最前沿和最困难的领域：如何将量子力学与广义相对论在数学上和概念上进行兼容，实现对宇宙全部四种基本力的统一描述。 第十章：引力量子化的难题 清晰界定了为什么直接将广义相对论“量子化”会导致不可重整化的发散问题。分析了引力场的特殊性——它既是描述力的媒介，又是时空本身的几何结构，这使得它的量子化远比电磁力复杂得多。 第十一章：弦理论的几何与维度扩展 详细介绍了弦理论的基本思想：将点状粒子替换为一维的、振动的“弦”。深入探讨了超对称（Supersymmetry）作为理论框架的必要性，以及对额外空间维度的需求（卡拉比-丘流形）。阐述了M理论作为连接不同弦理论的更高层次框架的地位。 第十二章：圈量子引力（LQG）的时空原子论 作为弦理论的主要竞争者，本章探讨了圈量子引力的路径。侧重于其如何从广义相对论的微分几何出发，通过阿斯泰卡（Ashtekar）变量实现“背景独立性”，并推导出离散的、量化的空间结构——“自旋网络”和“自旋泡沫”，暗示时空在普朗克尺度上具有“原子性”。 结论：未完成的乐章 本书在结论部分并未提供一个确定的答案，而是总结了当前理论物理学面临的哲学和技术挑战。强调了实验验证（如高能对撞机、引力波天文学和早期宇宙观测）在未来统一理论构建中的决定性作用，展望了可能出现的物理学新范式。 --- 读者对象 本书适合具有微积分和基础线性代数知识的读者。虽然涉及高度复杂的数学概念，但作者力求通过清晰的物理图像和详尽的逻辑推导，使读者能够把握核心思想，理解现代物理学界为寻求终极统一理论所付出的巨大努力。本书不涉及神学、哲学思辨或宗教教义，纯粹专注于自然界的物理规律。

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