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出版者:

作者:刘义军

出品人:

页数:109

译者:

出版时间:2010-4

价格:10.00元

装帧:

isbn号码:9787564801960

丛书系列:

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现代物理学前沿探索：从量子纠缠到宇宙起源 本书导读： 欢迎来到《现代物理学前沿探索：从量子纠缠到宇宙起源》的世界。本书并非教科书，而是一场思想的探险，旨在引领读者深入当代物理学最激动人心、也最引人深思的领域。我们不会重复中学阶段的代数或几何知识，而是将视角聚焦于那些挑战我们直觉、重塑我们对物质、空间和时间理解的前沿课题。 本书共分为六大部分，层层递进，力求在保持科学严谨性的同时，以清晰、富有启发性的语言，描绘出二十一世纪物理学家正在面对的宏伟蓝图。 --- 第一部分：微观世界的悖论——量子力学的深层解读 本部分将彻底超越经典物理学的范畴，直抵物质的终极尺度。我们不会停留在薛定谔方程的表面，而是深入探讨量子力学的哲学含义及其带来的实际技术突破。 1. 量子信息与计算的基石： 我们将详尽阐述量子比特（Qubit）的概念，它如何通过叠加态（Superposition）和纠缠（Entanglement）实现远超经典比特的存储和运算能力。深入剖析量子隧穿效应在半导体技术中的应用，以及量子纠缠如何被视为构建未来超安全通信网络——量子互联网——的核心资源。我们还将探讨贝尔不等式的实验验证，解析爱因斯坦“幽灵般的超距作用”在现代语境下的物理学意义。 2. 测量问题与多世界诠释： 量子力学中最令人困扰的“测量问题”将被详细剖析。波函数的坍缩究竟意味着什么？我们不会给出唯一的答案，而是系统梳理哥本哈根诠释、多世界理论（Many-Worlds Interpretation, MWI）以及退相干理论（Decoherence）的异同点和各自的逻辑困境。重点在于理解观测行为如何从根本上塑造了我们所感知的实在。 3. 量子场论的优雅结构： 本书将简要介绍量子场论（QFT）的基本框架，解释粒子如何被视为量子场的激发态。这将为理解标准模型的成功奠定基础，强调狄拉克方程在预言反物质时的历史性意义。 --- 第二部分：统一的渴望——标准模型及其局限性 粒子物理学的标准模型是人类智慧的巅峰之作，它成功地描述了电磁力、弱核力和强核力。然而，它的不完备性也预示着更深层次理论的存在。 1. 标准模型的粒子谱系： 详细介绍费米子（夸克和轻子）与玻色子（规范玻色子）的分类与相互作用。特别关注希格斯玻色子的发现，解释其如何赋予其他基本粒子质量，以及该机制在理论上的精妙之处。 2. 遗漏的拼图：引力的缺席： 核心讨论标准模型无法容纳广义相对论这一根本性矛盾。探讨引力子（如果存在）的理论困难，以及为何我们迫切需要一个量子引力理论来描述黑洞内部和宇宙大爆炸的初始奇点。 3. 中微子的新面貌： 深入探讨中微子振荡现象，这一实验证据直接表明中微子具有质量，从而打破了标准模型最初的某些假设。这暗示着可能存在尚未被发现的新型中微子或新的物理学机制。 --- 第三部分：时空的新几何——广义相对论的极限与应用 本部分将带领读者离开欧几里得空间，进入爱因斯坦所描述的动态、弯曲的时空结构。 1. 黑洞的真实面貌： 超越事件视界的概念，深入探讨史瓦西半径、克尔黑洞的旋转特性，以及霍金辐射的理论推导。分析信息悖论的实质，即信息是否真的会从黑洞中永远消失，以及这如何挑战了量子力学的基本原理。 2. 引力波天文学的黎明： 回顾LIGO和Virgo探测器的历史性成就，解析引力波信号如何作为研究极端天体物理事件（如双黑洞并合）的全新窗口。讨论引力波如何帮助我们检验广义相对论在强引力场下的精确性。 3. 宇宙学中的时空： 本节将广义相对论应用于宇宙整体，讨论弗里德曼方程组的基本结构，为下一部分介绍暗物质和暗能量做理论铺垫。 --- 第四部分：暗物质与暗能量——宇宙的隐形骨架 观测证据无可辩驳地表明，我们熟悉的普通物质只占宇宙总能量密度的不到5%。本书将聚焦于这“看不见”的95%。 1. 暗物质的证据链： 系统梳理支持暗物质存在的观测证据，包括星系旋转曲线、星系团的引力透镜效应，以及宇宙微波背景（CMB）的波动模式。探讨当前主流的候选者，如弱相互作用重粒子（WIMP）和轴子，以及地下和太空实验的最新进展。 2. 暗能量的挑战： 解析超新星观测如何揭示宇宙正在加速膨胀，并引出“暗能量”的概念。讨论暗能量的本质——是宇宙学常数（真空能）还是动态的标量场（如托里模型）？分析宇宙学常数与量子场论预测之间的巨大差异（宇宙学常数问题），这是理论物理学中最大的矛盾之一。 --- 第五部分：超越四维——弦理论与圈量子引力 面对量子力学和广义相对论的根本冲突，物理学家们提出了宏大的框架试图将它们统一起来。 1. 弦理论的精妙与复杂性： 介绍弦论的基本思想：基本粒子是微小振动的能量弦。重点阐述为什么弦理论需要额外的空间维度（超对称和紧致化）。深入探讨M理论作为所有五种超弦理论的统一框架，及其所涉及的庞大“景观”（Landscape）问题。 2. 圈量子引力（LQG）的路径： 作为弦理论的有力竞争者，LQG力求在不引入额外维度和超对称的情况下“量子化”时空本身。解释“自旋网络”和“圈”的概念，描述在LQG框架下，时空在普朗克尺度下是否是离散的、颗粒状的。 --- 第六部分：宇宙的开端与终结——从大爆炸到多元宇宙 本书的收官部分将探索时间和空间的起源与命运，将我们带到理论物理的哲学前沿。 1. 暴胀理论与初始条件： 详细介绍暴胀模型如何成功地解决了大爆炸模型的视界问题和平坦性问题。探讨暴胀场的动力学，以及它如何可能在不同区域产生不同的物理常数。 2. 多元宇宙的图景： 基于永恒暴胀理论和弦理论景观，探讨多元宇宙（Multiverse）的概念。我们生活的宇宙是否只是一个巨大的“泡泡”或“膜”中的一个？这将触及“人择原理”在现代物理学中的微妙地位。 3. 终极命运的推测： 讨论宇宙的未来可能结局：大撕裂、大挤压，还是永恒的稀疏膨胀？这些命运如何取决于暗能量的演化方式。 --- 结语： 《现代物理学前沿探索》旨在展示科学的本质——它是一个永无止境的探寻过程。本书不提供简单的答案，而是提供一个思考的工具箱，邀请读者与顶尖科学家一道，直面宇宙最深层的奥秘。阅读完本书，您将对我们所处的现实有了更宏大、更具挑战性的认识。

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