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页数:120

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出版时间:2006-2

价格:12.00元

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isbn号码:9787561130605

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《宇宙的密码：量子力学与相对论的奇幻之旅》 内容简介 浩瀚的宇宙，自古以来便激发着人类最深邃的遐想与探索。从古希腊哲学家对星辰轨迹的朴素观察，到伽利略的望远镜划破夜空，再到牛顿的万有引力定律勾勒出宏伟的机械宇宙图景，人类对宇宙的理解一步步深入，不断刷新着我们认知边界。然而，当我们试图深入探索宇宙最微观的组成，或是最宏观的结构时，经典物理学的框架开始显露出其局限性。正是在这样的背景下，量子力学和相对论这两座思想的丰碑应运而生，它们以前所未有的方式颠覆了我们对时间、空间、物质和能量的固有认知，引领我们踏上一段惊心动魄的奇幻之旅。 《宇宙的密码：量子力学与相对论的奇幻之旅》并非一本枯燥的教科书，而是一次思想的盛宴，一场对宇宙本质的深度对话。本书旨在以最生动、最富启发性的方式，带领读者走进微观粒子世界的奇妙规则，领略宇宙尺度上的时空扭曲之美，揭开宇宙终极奥秘的一角。我们不会止步于公式与计算，而是将重点放在概念的理解与思想的脉络梳理上，力求让每一位读者，无论是否有深厚的物理学背景，都能感受到科学的魅力与智慧的光辉。 第一部分：微观世界的低语——量子力学的革命 在踏入宏伟宇宙之前，让我们先潜入那肉眼无法企及的微观领域。在这里，物质的行为方式与我们日常的经验截然不同，充满了令人匪夷所思的现象。本书将首先为您揭示量子力学如何颠覆了我们对“实在”的定义。 我们将从量子假说开始，探讨普朗克是如何为了解释黑体辐射而引入“能量量子”这一革命性概念的。这个看似微小的假设，却为整个物理学开启了一扇全新的大门。随后，我们将深入理解光电效应，爱因斯坦如何用光子理论解释了这一现象，从而确立了光的波粒二象性。您将了解到，微观粒子既可以表现为像涟漪一样的波，又可以像弹珠一样具有确定的粒子性，这种“既是如此，又非如此”的特性，正是量子世界迷人的起点。 本书还将详细阐述玻尔的原子模型，以及它如何解释原子光谱的离散性。您将看到，电子在原子核外并非像行星绕恒星那样任意运动，而是遵循着特定的“能级”轨道，跃迁时释放或吸收特定能量的光子。这其中蕴含着的是一种全新的“量子跃迁”的观念。 然而，量子世界的奇特远不止于此。我们将迎来不确定性原理的登场。海森堡告诉我们，我们无法同时精确地知道一个粒子的位置和动量。越是精确地测量其中一个量，另一个量就越是模糊。这并非测量仪器的限制，而是宇宙本身的内在属性，它深刻地改变了我们对物理实在性的理解。 更令人着迷的是波函数与薛定谔方程。您将了解，微观粒子的状态并非由确定的位置和速度描述，而是由一个叫做“波函数”的数学对象来描述。波函数本身并不直接对应物理量，它的模平方才代表了粒子在某个位置出现的概率。薛定谔方程则是描述这个波函数如何随时间演化的基本规律。这引入了一种概率性的描述，让量子世界充满了“可能性”。 本书还会带您探索量子叠加态的奇妙之处。一个粒子可以同时处于多种状态的叠加，直到被测量的那一刻，它才会“坍缩”到某一个确定的状态。想象一下，一个硬币在落下之前，同时处于正面朝上和反面朝上的叠加态，直到落地那一刻，我们才能确定它的最终状态。这便是量子叠加态的直观类比。 量子纠缠更是量子世界中最令人费解的现象之一。两个或多个粒子，一旦处于纠缠态，它们的状态就紧密关联，无论它们相距多远，对其中一个粒子的测量会瞬间影响到另一个粒子。爱因斯坦曾称之为“幽灵般的超距作用”，它挑战了我们对定域性的直观理解，并为未来的量子计算和量子通信技术奠定了理论基础。 我们将以量子隧穿效应为结尾，解释粒子如何能够“穿透”看似无法逾越的能量势垒。这在宏观世界是不可思议的，但在微观世界却普遍存在，并在晶体管、扫描隧道显微镜等现代科技中发挥着至关重要的作用。 第二部分：时空的织锦——相对论的宏伟构想 当我们将目光投向宇宙的尺度，当物体的运动速度逼近光速，甚至当我们审视宇宙的整体结构与演化时，经典物理学便显露出其不可逾越的边界。相对论，由阿尔伯特·爱因斯坦提出，以其颠覆性的思想，彻底重塑了我们对时间、空间、物质与能量的认识。 本书将从狭义相对论讲起。您将理解，狭义相对论的基石是两个基本假设：光速不变原理和相对性原理。前者指出，真空中的光速在任何惯性参考系中都是恒定的，无论光源或观察者的运动状态如何。后者则意味着，物理定律在所有惯性参考系中都具有相同的形式。这些看似简单的假设，却导出了诸多惊人的推论。 我们将详细探讨时间膨胀与长度收缩。当一个物体以接近光速的速度运动时，相对于静止的观察者，它的时间会流逝得更慢，它的长度也会在运动方向上被压缩。这不再是科幻小说的情节，而是宇宙的真实写照。您将通过生动的例子，理解为何“高速旅行者”会比留在地球上的同龄人年轻。 质能方程 E=mc²，无疑是相对论中最广为人知的公式。它揭示了质量与能量之间的深刻联系，表明质量可以转化为能量，能量也可以转化为质量。这个公式不仅解释了核反应中的巨大能量释放，也构成了宇宙中物质演化的基本原理。我们将深入探究这个简单公式背后蕴含的宇宙能量转换的奥秘。 接下来，我们将进入广义相对论的殿堂。广义相对论是对狭义相对论的推广，它将引力描述为时空的弯曲。牛顿将引力视为一种瞬时作用力，而爱因斯坦则认为，质量的存在会“扭曲”周围的时空，而物体之所以受到引力的作用，实际上是在弯曲的时空中沿着“测地线”运动。 您将理解等效原理，它指出引力质量与惯性质量的等效性，以及引力场与加速参考系之间的类比。这将是理解广义相对论如何将引力与时空几何联系起来的关键。 本书将重点阐述时空几何的概念。在广义相对论中，时空不再是牛顿所描述的绝对、平直的背景，而是动态的、可变的“织锦”，物质与能量的存在会影响其曲率。我们将通过类比，如一个重球放在拉伸的橡胶膜上会使其凹陷，来帮助您理解大质量天体如何弯曲时空。 引力场方程是广义相对论的核心数学表达，它精确地描述了物质能量分布如何决定时空的几何形态，反之，时空的几何形态又如何影响物质的运动。虽然其数学形式复杂，但本书将着力解读其物理意义，揭示宇宙中引力现象的本质。 我们将探讨广义相对论在多个方面的验证，例如水星近日点的进动，以及光线在引力场中的偏折。您将了解到，正是这些精确的观测验证，使得广义相对论成为了描述宏观引力现象的黄金标准。 最后，本书将带领您眺望黑洞与引力波的奇观。黑洞是时空被极度弯曲的区域，其视界内的任何物质，甚至光，都无法逃脱。引力波则是时空本身的涟漪，由大质量天体的加速运动产生，它们携带着宇宙中最古老的信息，为我们提供了探索宇宙的新窗口。 结语 《宇宙的密码：量子力学与相对论的奇幻之旅》旨在开启您的科学视野，激发您对宇宙万物的好奇之心。量子力学与相对论，这两个人类智力史上的巅峰成就，它们共同构筑了我们理解宇宙的现代框架。虽然它们描述的领域截然不同——量子力学聚焦于微观世界的奇异规则，相对论则描绘了宏观宇宙的时空图景——但它们都指向了同一个令人敬畏的真相：我们所处的宇宙，远比我们日常的经验更加丰富、更加奇妙，等待着我们去不断探索与发现。 本书希望成为您探索宇宙奥秘的引路人，让您在理解这些深邃理论的同时，也能感受到科学探索的乐趣与激动。旅程的终点，或许是更深刻的问题，是科学前沿的无限可能，更是激发您自身探索宇宙无尽可能性的火种。

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