空间时间的量子理论

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出版者:科学出版社
作者:邵亮
出品人:
页数:368
译者:
出版时间:2011-9
价格:70.00元
装帧:
isbn号码:9787030318220
丛书系列:
图书标签:
  • 量子物理
  • 量子引力7
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具体描述

《空间时间的量子理论》在微观Planck尺度,利用自旋群SU(2)及量子群SU(2) q 提供的纯关系,采取体制与背景无关和物理量非微扰的手段,把广义相对论与量子力学相结合,不采用其他假设,发展出了以自旋结网圈引力态为特征的微分同胚等价类表述的空间时间的量子化理论。《空间时间的量子理论》在对空间的组合形成以及时间的持续跃迁进行深入探索的同时,对引力态的运动学和动力学也进行了全面的研究,且较充分地阐述了各种可能的空时激发、跃迁和演化模式。《空间时间的量子理论》在理论上较全面地树立了一种空间时间离散和量子化的新图景。《空间时间的量子理论》最后部分介绍了空间时间的量子理论在一些物理学前沿领域研究上的延伸。

《宇宙之舞:从相对论到弦论的奇幻旅程》 我们生活的宇宙,从浩瀚星辰到微观粒子,都遵循着一套精妙绝伦的规律。然而,当我们试图深入理解这些规律的本质时,一个令人着迷却又充满挑战的领域便展现在我们面前——那就是空间与时间。它们究竟是什么?是像我们感知的那样平滑连续的背景,还是由更深层次的、离散的“量子”构成?《宇宙之舞》将带您踏上一场史无前例的探索之旅,揭示现代物理学如何试图统一描述宇宙万物的宏伟蓝图。 本书并非仅仅罗列枯燥的公式和晦涩的概念,而是以引人入胜的叙事方式,带领读者穿越物理学发展的各个关键时期。我们将从爱因斯坦划时代的相对论讲起,探讨它如何颠覆了牛顿的绝对时空观,将时间和空间编织成一个统一的、动态的“时空织物”,并受到物质和能量的影响而弯曲。您将了解到,引力并非一种神秘的“力”,而是时空弯曲的直接体现。我们将深入浅出地解析广义相对论如何成功预言了黑洞的存在,以及引力波的传播,这些曾经只存在于理论中的现象,如今已在宇宙观测中得到了证实,为我们理解宇宙的奥秘提供了全新的视角。 然而,当我们将目光投向微观粒子构成的量子世界时,另一套截然不同的物理法则似乎开始生效。量子力学以其概率性、叠加态和不确定性原理,彻底改变了我们对物质和能量的认知。但问题在于,广义相对论所描述的宏观时空,与量子力学所描述的微观粒子行为,在描述极端条件下(如黑洞奇点或宇宙大爆炸的最初时刻)时,会产生深刻的矛盾。正是为了解决这一深刻的“不兼容”问题,物理学家们开始了对“量子引力”理论的漫漫求索。 《宇宙之舞》将详细阐述当前最具潜力的量子引力理论——弦论。您将了解弦论的核心思想:构成万物最基本的单元不再是点状的粒子,而是微小的、振动的“弦”。不同的弦振动模式对应着不同的粒子,而引力子也自然而然地包含在其中。本书将深入浅出地介绍弦论的几个关键发展,包括超弦理论的出现,它引入了“超对称性”,试图解决粒子物理学中的一些难题,并统一包括引力在内的所有基本相互作用。 但弦论的探索并未止步于此。我们将触及M理论的出现,它被认为是不同超弦理论的统一框架,并引入了更高维度的概念,如“膜”(branes)。这些高维空间并非遥不可及的抽象概念,而是可能在我们宇宙的某些角落以我们尚未完全理解的方式存在。本书将探讨弦论如何为我们理解黑洞熵、霍金辐射等问题提供新的思路,并可能揭示宇宙起源的终极奥秘。 除了弦论,我们还将简要介绍其他旨在解决量子引力问题的理论,例如圈量子引力(Loop Quantum Gravity)。它采取了完全不同的路径,认为时空本身是由离散的“圈”构成的,就像一个由无数微小齿轮组成的巨大网络。我们将探讨圈量子引力如何尝试量子化时空的几何结构,以及它与弦论在基本概念上的异同。 《宇宙之舞》的独特之处在于,它不仅仅是在介绍理论,更是在展示科学家们探索未知世界的精神。您将看到,那些伟大的思想家们如何通过严谨的数学推导、大胆的想象力以及对宇宙本质的不懈追求,不断挑战人类认知的边界。本书将以通俗易懂的语言,结合丰富的类比和生动的描述,让您轻松掌握那些原本可能令人生畏的物理概念。 从黑洞的视界到宇宙的起点,从空间的涟漪到时间的最深层结构,《宇宙之舞》将为您打开一扇通往宇宙最深邃秘密的大门。您将不再仅仅是旁观者,而是成为这场关于空间时间量子理论的伟大探索中的一位同行者。准备好迎接这场智识的盛宴,一同感受宇宙的脉动,理解万物的根本法则。

作者简介

目录信息

序言
第1章 重耦理论基础
1.1 Penrose双元计算
1.1.1 图的拓扑改变及等价性
1.1.2 Penrose双元恒等式
1.1.3 Reidemeister移动
1.2 Kauffman括弧
1.2.1 Kauffman括弧多项式
1.2.2 Kauffman括弧多项式下的Reidemeister·移动
1.3 自旋网与:Kauffman.Lins重耦理论
1.3.1 自旋网
1.3.2 Kauffman.Lins重耦理论
1.4 重耦理论中的SU(2)表示
1.4.1 克莱布什·戈丹条件与相容条件
1.4.2 结网算子
1.4.3 Wigner3n.i记号
第2章 圈量子引力的自旋网表象
2.1 正则广义相对论
2.2 圈量子引力中的自旋网
2.3 自旋网表象
2.3.1 Mandelstam恒等式与自旋网的独立性
2.3.2 自旋网量子态
2.3.3 态空间及其测度
2.3.4 态空间上的内积与顶角展开的无关性
2.4 圈算符及抓作用
2.5 圈量子引力的约束
2.5.1 正则体系的约束与约束方程
2.5.2 约束的圈变量表示
2.5.3 微分同胚约束方程
第3章 面积量子化
3.1 面积算符
3.2 面积算符通过生成元的Casimir算子获得本征值
3.3 面积算符通过抓对腿的作用获得本征值
3.3.1 带抓的面积算符
3.3.2 面积算符作用的重耦计算
3.4 重耦理论得到的完备面积谱
3.4.1 三维空间中圈算符的正规化
3.4.2 毗邻n.顶角的腿贡献的面积本征值
3.5 面积算符通过抓对圈线的作用获得本征值
3.5.1 双元计算得到的面积本征值
3.5.2 双元计算得到的完备面积谱
第4章 利用双元计算的体积量子化
4.1 体积算符及其对自旋网的作用原理
4.1.1 圈变量表示的体积算符
4.1.2 体积算符对自旋网态的作用与一般方程
4.2 统一描述下圈算符的本征作用与体积算符的本征方程
4.2.1 圈算符于对顶角本征作用的证明
4.2.2 抓在圈线上的体积算符本征作用方程
4.3 3价顶角和4价顶角的体积
4.3.1 3价顶角的体积谱
4.3.2 腿型及圈算符对n(〉3)价顶角的本征作用
4.3.3 4价顶角的体积谱
4.4 5价顶角的体积
4.4.1 腿型
4.4.2 腿型
4.5 6价顶角的体积
4.5.1 腿型
4.5.2 腿型
4.5.3 腿型
4.6.n价顶角体积的计算及与3价顶角展开的无关性
4.6.1 n价顶角的体积计算程式
4.6.2 n价顶角的体积不变量
……
第5章 利用重耦计算的体积量子化
第6章 空间的编织
第7章 Hamilton动力学与时间量子化
第8章 空时自旋泡沫模型及引力散射
第9章 管自旋网的膜场论与矩阵理论
第10章 空间时间量子理论的延伸
· · · · · · (收起)

读后感

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用户评价

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《空间时间的量子理论》这本书带给我的不仅仅是知识的增长,更是一种思维方式的革新。作者以非常独特的角度切入,将量子力学和广义相对论这两个支柱性理论有机地结合起来。在阐述量子力学的核心概念时,他没有局限于传统的原子模型,而是将视角放到了量子场论的高度,解释了基本粒子是如何作为量子场的激发态而存在的。我对书中关于量子真空和虚粒子的讨论印象深刻,作者揭示了即使是看似空无一物的空间,也充满了能量和粒子在不断地产生与湮灭,这种对微观世界的描绘,颠覆了我以往的认知。接着,他巧妙地将话题转向了宏观宇宙,详细介绍了广义相对论如何描述引力,以及时空是如何被物质和能量所弯曲的。书中关于引力波的探测及其重要意义的论述,让我对宇宙的动态变化有了更直观的认识。最令我着迷的是,作者在探讨宇宙的起源时,结合了量子宇宙学和相对论的观点,描绘了宇宙从一个极端致密的量子状态演化到今天的宏大图景。这本书让我深切感受到,我们所处的宇宙,既有微观粒子的奇诡,也有宏观时空的壮丽,而科学正是连接这两者的桥梁。

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阅读《空间时间的量子理论》的过程中,我深深地被作者驾驭复杂概念的能力所折服。他并没有采用那种令人望而却步的数学推导,而是更多地侧重于概念的解释和直观的理解。例如,在讨论量子纠缠时,他用了一个非常贴切的比喻,将两个纠缠的粒子比作一对有着神秘联系的骰子,无论相隔多远,当一个骰子被抛出并显示出某个点数时,另一个骰子上的点数也立刻随之确定。这种描述极大地降低了理解门槛,让非专业读者也能领略到量子世界令人惊叹的非局域性。书中对量子场论的介绍也同样精彩,作者解释了场是宇宙中最基本的实体,而粒子只是场的激发态,这一观点彻底颠覆了我以往对粒子组成的认知。更令我印象深刻的是,作者并没有止步于描述已有的理论,而是积极地探讨了尚未解决的科学难题,比如量子引力理论的构建,以及如何将量子力学与广义相对论统一起来。他详细介绍了循环量子引力、弦理论等不同的研究方向,并分析了各自的优势和挑战。这种对前沿科学探索的热情和严谨的态度,无疑为这本书增添了极大的价值。这本书让我意识到,我们所处的宇宙远比我们想象的要奇妙得多,而科学探索的道路也充满了无限的可能。

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这本书的封面设计就充满了深邃的哲学意味,深邃的宇宙背景图,若隐若现的光晕,仿佛预示着即将展开一场关于宇宙最根本奥秘的探索。我迫不及待地翻开了第一页,虽然我对量子力学和广义相对论这两个领域都算不上是专家,但作者以一种令人惊叹的清晰度和逻辑性,将这些复杂抽象的概念娓娓道来。从普朗克的能量量子假设开始,循序渐进地介绍了量子世界的奇异现象:叠加态、纠缠、不确定性原理……这些概念在作者的笔下不再是枯燥的公式,而是生动的物理画卷。特别是关于薛定谔的猫的思考实验,作者深入剖析了其背后蕴含的测量问题和哥本哈根解释的局限性,引人深思。接着,他又将视角转向了宏观宇宙,从爱因斯坦的狭义相对论和广义相对论入手,阐述了时空的弯曲、引力波等概念。我尤其对书中关于黑洞视界的研究感到着迷,作者不仅解释了视界为何是一个“事件的边界”,还探讨了信息悖论在黑洞蒸发过程中的角色,这无疑是现代物理学中最具挑战性的问题之一。总而言之,这本书不仅仅是一本关于科学的读物,更是一次对我们认知世界方式的深刻反思,它让我重新审视了时间和空间的本质,以及它们在微观和宏观世界中的不同表现。

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从这本书的字里行间,我感受到作者对科学探索的热情以及对宇宙本质的深刻思考。他并没有将自己限制在单一的理论框架内,而是广泛地涉猎了量子力学和广义相对论的最新进展。在描述量子纠缠的奇特现象时,他不仅引用了贝尔不等式的检验,还探讨了量子擦除实验等更深层次的议题,这让我对量子世界的非局域性和实在性问题有了更深入的理解。在进入广义相对论的领域后,作者用非常生动的方式解释了时空的弯曲是如何产生引力的,并详细介绍了黑洞的形成、视界和奇点等概念。我尤其对书中关于宇宙学常数和暗能量的讨论感到着迷,作者不仅回顾了这些概念的提出历程,还展望了未来的观测和理论研究方向。他甚至还探讨了宇宙的终极命运,是热寂、大撕裂还是大挤压,这些宏大的猜想,让我对宇宙的未来充满了无限的遐想。这本书就像一部关于宇宙的史诗,它记录了人类对宇宙认知的进步,也激发了我继续探索未知的勇气。

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这本书的文笔非常流畅,即使涉及如此复杂的概念,阅读起来也毫无障碍。作者擅长用生动的语言和贴切的比喻来解释抽象的物理原理。例如,他在阐述量子叠加态时,没有直接给出数学公式,而是用了一个“同时处于两种状态”的例子,让读者能够直观地感受到量子世界的非经典性。书中对量子纠缠的描述更是出神入化,作者通过一系列的实验和思想实验,展示了纠缠粒子之间看似“幽灵般的超距作用”,这让我对因果律和信息传递的本质产生了更深刻的思考。在谈到广义相对论时,作者用“时空织物”的比喻来形容引力的本质,形象地解释了质量是如何弯曲时空的,以及光线在弯曲时空中会沿着测地线传播。我尤其喜欢书中关于黑洞内部奇点和信息丢失问题的讨论,作者没有回避这些科学上的难点,而是详细介绍了各种理论模型,包括全息原理和弦理论的观点,这让我对宇宙最神秘的区域有了更深入的了解。这本书不仅拓展了我的科学视野,也激发了我对宇宙万物的好奇心和探索欲。

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我一向对物理学的宏大叙事和哲学思考很感兴趣,而《空间时间的量子理论》恰恰满足了我的这种需求。它不仅仅是一本科普读物,更像是一次关于宇宙本质的哲学对话。作者在开篇就提出了一个令人振聋发聩的问题:时间真的如我们所感知的那样线性流逝吗?随后,他通过对量子力学中时间演化和广义相对论中时空可塑性的探讨,为我们描绘了一幅全新的宇宙图景。书中对量子计算的原理也有涉及,作者解释了量子比特的叠加态和量子门的操作,以及量子计算机在解决特定问题上的巨大潜力,这让我对接下来的科技发展充满了期待。更让我印象深刻的是,作者在探讨时空的量子化时,引用了许多前沿的研究成果,比如霍金辐射的理论,以及关于宇宙起源的量子涨落模型。这些内容虽然深奥,但在作者的讲解下,却变得生动而引人入胜。他甚至还探讨了时间旅行的可能性,尽管只是理论上的推演,但这种大胆的想象力本身就足以激发读者的好奇心。读完这本书,我对宇宙的理解进入了一个全新的层面,也对人类探索未知世界的勇气和智慧充满了敬意。

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在我阅读《空间时间的量子理论》的过程中,最令我印象深刻的是作者对于量子和经典物理界限的探讨。他并没有简单地将两者对立起来,而是展示了在特定条件下,量子效应如何影响宏观世界的现象,例如量子退相干如何解释宏观物体为何不表现出叠加态。这种细致入微的分析,让我对“量子”这个概念有了更全面的认识。当他转到广义相对论时,作者对引力波的描述尤为精彩,他不仅解释了引力波是如何产生的,还讲述了LIGO等实验如何探测到它们,以及这些探测如何为我们提供了前所未有的研究宇宙的新窗口。我对书中关于宇宙大爆炸理论的讨论也印象深刻,作者详细介绍了宇宙微波背景辐射的发现以及它如何支持了大爆炸模型,并探讨了早期宇宙的一些未解之谜,比如宇宙暴胀理论。这本书不仅仅是知识的传递,更是一种思维的启迪,它鼓励我从更宏观和微观的视角去审视这个我们赖以生存的宇宙。

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这本书的叙述风格极其吸引人,它并没有采用枯燥的学术论文格式,而是以一种娓娓道来的方式,将复杂的科学理论呈现给读者。作者在讲解量子叠加和量子纠缠时,大量使用了类比和生活化的语言,比如将处于叠加态的量子比作一个同时身处两种不同状态的“魔法硬币”,这种生动形象的描述,使得这些抽象的概念变得易于理解。在探讨广义相对论时,作者用“时空是一个有弹性的织物”来形容引力的作用,并详细解释了质量是如何让这个织物产生凹陷,从而影响周围物体的运动轨迹。我对书中关于虫洞和时间旅行的讨论尤为感兴趣,作者并没有将其仅仅视为科幻小说的情节,而是认真分析了爱因斯坦场方程在某些特殊情况下的解,以及这些解所可能带来的物理可能性。他甚至还提到了某些理论物理学家提出的“时间机器”设想,尽管存在巨大的理论和技术障碍,但这种对未知领域的探索精神令人钦佩。这本书不仅仅是一本科学读物,更是一次思想的启迪,它让我重新思考了时间和空间在宇宙中的角色,以及人类在探索宇宙奥秘过程中的渺小与伟大。

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《空间时间的量子理论》这本书,就像一把钥匙,为我打开了理解宇宙最深层奥秘的大门。作者以其渊博的学识和独特的视角,将量子力学和广义相对论这两个看似毫不相干的学科巧妙地融为一体。在讲解量子世界的奇妙现象时,比如量子隧穿效应,他用了一个非常形象的比喻,将粒子比作一个想要翻过一座高山的登山者,虽然它的能量不足以翻越,但它却有一定概率“穿过”这座山。这对于理解微观粒子行为的“反直常规”提供了很好的直观感受。随后,作者将目光投向了宏观宇宙,详细阐述了爱因斯坦的相对论如何彻底改变了我们对时间和空间的认知。他对时空扭曲的解释,特别是关于引力如何影响时间流逝的论述,让我对宇宙的运作方式有了全新的认识。我尤其对书中关于宇宙膨胀和暗能量的讨论感到着迷,作者不仅解释了哈勃定律,还探讨了导致宇宙加速膨胀的暗能量的本质,并介绍了各种可能的理论模型。读完这本书,我感觉自己仿佛穿越了时空的界限,对宇宙的浩瀚与深邃有了更深层次的体悟。

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这本书带给我最大的感受就是,科学并非是静态的知识集合,而是一个不断发展和演变的探索过程。《空间时间的量子理论》的作者正是以这种动态的视角来解读物理学最前沿的理论。在阐述量子力学时,他并没有拘泥于单一的解释,而是介绍了哥本哈根解释、多世界解释、德布罗意-玻姆理论等不同的观点,并分析了它们的优缺点。我对书中关于量子信息和量子计算的章节尤为着迷,作者详细解释了量子比特的叠加和纠缠如何能够实现强大的计算能力,并展望了量子计算机在密码学、药物研发等领域的应用前景。随后,他将话题转向了广义相对论,并用非常直观的比喻解释了时空弯曲和引力的关系。我对书中关于宇宙学中的“视界问题”和“平坦性问题”的讨论印象深刻,作者介绍了宇宙暴胀理论是如何成功地解决了这些问题,并展望了未来的观测如何进一步检验这些理论。总而言之,这本书让我对我们所生活的宇宙有了更深刻的理解,也让我对人类探索未知世界的勇气和智慧充满了敬意。

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