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出版者:

作者:Riazuddin 编

出品人:

页数:250

译者:

出版时间:

价格:$ 117.52

装帧:

isbn号码:9789812818935

丛书系列:

图书标签:

• 物理学
• 现代物理
• 量子力学
• 固体物理
• 粒子物理
• 核物理
• 天体物理
• 凝聚态物理
• 光学
• 电磁学

宇宙的交响：从原子核到时空边界的探索 一、 序曲：物理学的宏伟蓝图 本书旨在为读者构建一幅当代物理学的全景图，它不仅仅是枯燥的公式与抽象概念的堆砌，更是一场对自然界最深层奥秘的史诗般追溯。我们将从经典物理学的基石——牛顿力学和麦克斯韦电磁学——的回顾开始，迅速过渡到二十世纪初物理学遭遇的深刻危机，正是这场危机催生了现代物理学的两大支柱：相对论和量子力学。 我们深知，理解当代物理学，必须先理解其思想的转变。因此，本书的开篇将细致剖析光速不变原理如何彻底颠覆了我们对时间与空间的直觉认知，以及能量量子化如何揭示了微观世界迥异于日常经验的内在规律。我们不会停留在概念的表面，而是会深入探讨这些理论背后的数学结构及其对物理实在的哲学意涵。 二、 宏观世界的诗篇：广义相对论与宇宙学的疆界 在探索宇宙的结构与演化时，爱因斯坦的广义相对论无疑是最为壮丽的篇章。本书将详尽阐述引力如何被理解为时空本身的几何弯曲。我们将从等效原理出发，逐步构建黎曼几何在物理学中的应用框架。 本部分的关键议题包括： 1. 黑洞的形成与性质： 从史瓦西解到克尔解，我们将深入研究事件视界、奇点的物理意义，以及霍金辐射的理论基础。我们不仅讨论黑洞的数学描述，更侧重于它们作为宇宙中极端引力场的观测证据和信息悖论的探讨。 2. 引力波天文学的兴起： 激光干涉引力波天文台（LIGO）的成功观测标志着我们进入了“聆听”宇宙的新时代。本书将详细介绍双星中子星并合、黑洞并合产生的引力波信号的特征，以及它们如何帮助我们检验强引力场下的物理定律。 3. 宇宙学的标准模型（ΛCDM）： 我们将系统梳理大爆炸理论的证据链——宇宙微波背景辐射（CMB）、元素丰度以及星系红移的观测。同时，我们将聚焦于宇宙学的两大未解之谜：暗物质的性质与分布，以及驱动宇宙加速膨胀的暗能量的本质。对暴胀理论的机制与检验也将是本部分的重中之重。 三、 微观世界的交响：量子力学与粒子物理的基石 如果说相对论描绘了宇宙的骨架，那么量子力学则揭示了构成万物的基本粒子及其相互作用的内在逻辑。本部分将遵循从薛定谔方程到量子场论的逻辑递进。 1. 基础量子力学： 我们将严谨推导波函数、算符、本征值等核心概念，深入探讨测不准原理、量子隧穿效应、以及叠加态的物理图像。对于著名的“双缝实验”及其背后的测量问题，我们将从哥本哈根诠释到多世界诠释等不同视角进行审视，力求展现量子力学在哲学层面上的深远影响。 2. 标准模型： 粒子物理学的核心是标准模型，它成功地描述了电磁力、弱核力和强核力。本书将详述组成物质的费米子（夸克与轻子）和传递相互作用的玻色子（光子、W/Z玻色子、胶子）。我们尤其会关注希格斯机制的引入，它是如何赋予基本粒子质量的，以及围绕LHC实验对希格斯玻色子的发现的意义。 3. 强相互作用与量子色动力学（QCD）： 强核力及其描述理论QCD的独特性在于其“渐近自由”和“夸克禁闭”的特点。我们将探讨胶子如何携带色荷，并解释为什么我们无法观测到自由的夸克和胶子。 四、 跨越边界的探索：未竟的领域 当代物理学最激动人心的部分，在于那些尚未被完全解决的前沿问题。本书的后半部分将引导读者深入这些尚未有最终定论的领域，展现物理学家们正在进行的、最前沿的思考。 1. 量子引力之争： 如何将引力纳入量子力学的框架，是本世纪物理学的最大挑战。我们将对比探讨目前最有希望的两种途径： 弦理论/M理论： 阐述其核心思想——基本单元是振动的弦，需要额外的空间维度，并讨论其对统一所有基本力的潜力。 圈量子引力（LQG）： 侧重于量子化时空本身的几何结构，探讨时空的“原子化”图景。 2. 凝聚态物理的前沿： 虽然本书主要关注基础物理，但我们不能忽略凝聚态物理对量子现象的宏观实现。我们将讨论拓扑绝缘体、分数量子霍尔效应，这些现象展示了宏观系统如何展现出非平凡的拓扑量子特性。 3. 超越标准模型的新物理（BSM）： 标准模型存在诸多局限（如中微子质量、电弱对称性为何在如此低的能标下稳定存在、暗物质的缺失）。我们将探讨超对称性（SUSY）作为一种可能的解决方案，以及额外维度理论可能带来的观测信号。 五、 结语：物理学的未来与人类的求知欲 本书的最终目的，是激发读者对自然界终极真理的敬畏与好奇心。物理学是一门不断自我修正、自我超越的学科。我们通过数学的精确语言，试图描绘一个客观实在，而每次理论的突破，都伴随着人类认知边界的拓展。从伽利略的落体实验到詹姆斯·韦伯太空望远镜的深空观测，物理学史就是人类理性战胜直觉的伟大历程。本书相信，理解当代物理学，即是理解我们自身存在的宇宙背景。

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