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出版者:Springer Verlag

作者:European Congress of Mathematics 2000 (Barcelona, Spain)/ Casacuberta, Carlos

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:

价格:163

装帧:HRD

isbn号码:9780817664176

丛书系列:

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• 数学
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• 数学史
• 数学理论

好的，这是一本名为《深入理解现代物理学：从量子力学到宇宙学》的图书简介： --- 深入理解现代物理学：从量子力学到宇宙学 作者： [此处可填写真实作者姓名或“多位资深物理学家”] 出版社： [此处可填写真实出版社名称] 字数： 约 1500 字 --- 内容提要 《深入理解现代物理学：从量子力学到宇宙学》是一部雄心勃勃的著作，旨在为物理学专业学生、研究人员以及对自然界基本规律抱有浓厚兴趣的读者，提供一个全面、深入且富有洞察力的现代物理学全景图。本书的核心目标是搭建理论框架与前沿实验观测之间的桥梁，清晰阐释自 20 世纪初以来物理学所取得的革命性进展，并探讨当前尚未解决的重大挑战。 本书结构严谨，逻辑清晰，涵盖了从微观粒子世界的基本构成到宏观宇宙演化的各个层面，力求在数学严谨性与物理直觉培养之间取得完美的平衡。 --- 第一部分：量子世界的基石（Quantum Foundations） 本部分聚焦于塑造了当代物理学根基的量子理论。 第一章：从经典到量子的飞跃 本章追溯了黑体辐射、光电效应和原子光谱等关键实验如何挑战了经典物理学的极限。详细阐述了普朗克常数、光子概念的引入，以及玻尔模型的局限性。重点讨论了德布罗意物质波的假设，为后续的波函数描述奠定基础。 第二章：薛定谔方程与波函数动力学 这是量子力学的核心。本章深入剖析了定态与含时薛定谔方程的数学形式及其物理意义。通过对无限深势阱、谐振子和氢原子等标准模型的求解，读者将掌握如何运用波函数描述粒子的概率分布和演化。对算符、本征态和本征值的概念进行了详尽的数学阐释，确保读者对量子力学中的代数结构有扎实的理解。 第三章：不确定性、测量与量子力学诠释 本章探讨了量子力学的哲学和物理含义。海森堡不确定性原理的严格推导与物理图像被细致分析。随后，本书详细讨论了量子测量的核心问题——波函数的坍缩。我们不仅考察了哥本哈根诠释，还对比了多世界诠释（Many-Worlds Interpretation）和退相干理论（Decoherence），引导读者批判性地思考“实在”的本质。 第四章：角动量、自旋与全同粒子 本章深入研究了量子力学中的对称性。详尽阐述了轨道角动量的量子化及其在原子结构中的应用（如精细结构）。引入了粒子固有的内禀角动量——自旋，并解释了泡利不相容原理及其在费米子系统中的关键作用。对玻色子和费米子的区分，以及它们在统计力学中的体现，是本章的重点内容。 --- 第二部分：粒子物理学的标准模型（The Standard Model and Beyond） 本部分将读者的视野从单个原子扩展到构成物质的最基本粒子及其相互作用力。 第五章：狭义相对论与量子场论的萌芽 本章回顾了狭义相对论的原理，特别是洛伦兹协变性，并将其与量子力学相结合，引出相对论性量子力学。重点介绍了克莱因-戈登方程和狄拉克方程的构建过程，以及狄拉克对“负能态”的解释，即反物质的预言。 第六章：量子电动力学（QED）的胜利 QED 被誉为物理学中最精确的理论。本章系统介绍了量子场论的基本框架，包括场算符的构造。随后，通过费曼图（Feynman Diagrams）这一强大工具，详细展示了电子-电子散射等过程的计算方法。着重分析了重整化（Renormalization）技术，解释了如何处理无穷大的问题，并展示了对电子反常磁矩的惊人预测精度。 第七章：弱相互作用与规范场论 本章转向描述放射性衰变的弱相互作用。探讨了宇称不守恒的实验证据，以及弱相互作用的媒介粒子——W 和 Z 玻色子。随后，引入了杨-米尔斯（Yang-Mills）规范理论的基本思想，为理解强核力和弱核力的统一奠定基础。 第八章：强相互作用与量子色动力学（QCD） 本章聚焦于夸克和胶子构成的强相互作用。详细解释了色荷的概念以及 QCD 的核心特性：渐近自由（Asymptotic Freedom）和夸克禁闭（Confinement）。通过对强子（如质子和中子）内部结构的分析，读者将理解强相互作用的复杂非线性本质。 第九章：标准模型的完善与希格斯机制 本章总结了标准模型（SM）的最终拼图——自发对称性破缺和希格斯机制。详述了该机制如何为规范玻色子和费米子赋予质量，并讨论了 2012 年希格斯玻色子发现的意义。同时，本章也指出了标准模型的局限性（如引力未纳入、中微子质量等）。 --- 第三部分：宇宙的结构与演化（Cosmology and Gravitation） 本书的最后部分将视野拓展到宇宙尺度，探讨广义相对论与现代宇宙学的交汇点。 第十章：广义相对论的核心概念 本章以爱因斯坦的等效原理为起点，阐述了引力作为时空几何的本质。详细介绍了爱因斯坦场方程的结构，并解释了如何用张量分析来描述时空弯曲。通过对史瓦西解的分析，读者将清晰理解黑洞的形成、视界和奇点的概念。 第十一章：大爆炸宇宙学的证据 本章全面回顾了现代宇宙学的观测基础。详尽介绍了宇宙膨胀的哈勃定律及其测量方法。对宇宙微波背景辐射（CMB）的特性、偶极各向异性以及更精细的温度涨落进行了深入分析，展示了 CMB 如何成为大爆炸模型的“化石证据”。 第十二章：暴胀理论与早期宇宙物理 为了解决视界问题、平坦性问题和磁单极子问题，本章介绍了暴胀（Inflation）理论。阐释了暴胀场（Inflaton）的作用，并探讨了暴胀如何产生可观测的原始密度涨落，这些涨落在后来的 CMB 中得以体现。 第十三章：暗物质与暗能量的谜团 本章直面当前宇宙学最大的挑战。系统回顾了支持暗物质存在的动力学证据（如星系旋转曲线、引力透镜效应）。随后，深入探讨了暗能量的证据——宇宙加速膨胀，并对比了宇宙学常数模型（ΛCDM）与更替的暗能量模型。 第十四章：前沿课题与未来展望 本书的收尾部分展望了物理学未来的方向。讨论了超越标准模型的理论尝试，如超对称（Supersymmetry）和弦理论（String Theory）的初步概念，以期统一量子力学与广义相对论。探讨了寻找大统一理论（GUT）的努力，以及对中微子物理学（如马约拉纳费米子）的最新进展。最后，本书以对量子引力这一终极目标的思考作结。 --- 读者对象与特色 本书的特色在于其内容深度和广度的结合。它不仅是教科书级的严谨论述，更融入了对物理学发展史和哲学意义的深刻反思。书中包含了大量的图表、详细的数学推导，以及对实验细节的精确描述。它适合于已经掌握基础微积分和线性代数的学生，渴望从宏观视角理解粒子到宇宙的统一图景，并准备好迎接现代理论物理挑战的读者。 《深入理解现代物理学》的目标是培养读者像物理学家一样思考的能力，理解我们对宇宙的认识是如何一步步建立起来的，以及前方等待我们去探索的未知领域是何等的广阔。

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