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出版者:

作者:孙伟

出品人:

页数:230

译者:

出版时间:2011-7

价格:13.00元

装帧:

isbn号码:9787563424467

丛书系列:

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宇宙的奥秘与物质的结构：一部探索自然规律的恢弘史诗 书名：探索者的旅程：从微观粒子到宏大宇宙 内容简介 本书并非旨在探讨高中阶段的经典物理知识体系，而是将目光投向更深远的物理学前沿与思想演变。它是一部关于人类理解自然界最基本规律的探索史诗，聚焦于二十世纪以来，特别是当代物理学在揭示物质本质、时空结构以及宇宙起源与演化方面取得的突破性进展。全书结构严谨，论述深入浅出，力求在保持科学准确性的同时，激发读者对未知世界的好奇心与求知欲。 第一部分：重塑时空与物质的基石——相对论与量子革命 本部分是理解现代物理学的两大支柱的基石。我们不会停留在牛顿力学的框架内，而是深入探究爱因斯坦的狭义相对论如何彻底颠覆了我们对时间、空间和质量的固有观念。我们将详细剖析洛伦兹变换的物理意义，理解光速不变原理如何成为宇宙的“速度极限”，并探讨质能方程 $E=mc^2$ 在核能应用和粒子物理学中的深远影响。 随后，我们将进入广义相对论的奇妙世界。这部分内容将超越简单的教科书描述，着重讲解引力场如何被视为时空本身的几何弯曲。通过深入分析爱因斯坦场方程的内涵，我们将探索黑洞的形成机制、事件视界的物理特性，以及引力波作为时空涟漪的实际探测及其意义。读者将跟随理论物理学家们的思考路径，理解引力如何统一到更宏大的时空结构中。 紧接着，我们将全面审视量子力学的诞生与发展。本部分将重点剖析微观世界中粒子行为的怪异性：波粒二象性、不确定性原理（海森堡的深刻洞察）、量子叠加态以及量子纠缠现象。我们将回顾哥本哈根诠释的核心思想，并探讨薛定谔方程在描述电子轨道、原子能级以及分子间作用力中的关键作用。我们还会讨论量子场论（QFT）的初步概念，理解粒子如何被视为特定场的激发态，为进入下一部分的粒子物理学打下坚实基础。 第二部分：物质的终极构件——粒子物理学与标准模型 本部分将引领读者进入粒子物理学的殿堂，探索构成我们世界的最基本单元。我们将详细介绍标准模型（Standard Model），这是目前描述除引力外所有基本粒子及其相互作用的最成功的理论框架。 首先，我们将系统梳理费米子（物质粒子）的家族：夸克（上、下、奇、魅、顶、底）的“代”结构，以及轻子（电子、μ子、τ子及其对应的中微子）。我们将深入讨论电荷、色荷等量子数如何定义粒子的属性。 其次，我们将聚焦于玻色子（规范玻色子），即传递基本相互作用的媒介粒子：光子（电磁力）、W和Z玻色子（弱核力）以及胶子（强核力）。我们将详细解析量子色动力学（QCD），理解夸克是如何被强核力束缚在质子和中子内部的，以及“颜色禁闭”的物理机制。 高潮部分将是希格斯机制的阐述。我们将解释为什么希格斯场是必要的，以及希格斯玻色子是如何赋予其他基本粒子质量的。我们会回顾大型强子对撞机（LHC）的实验成就，尤其是对希格斯玻色子发现的意义，以及它对标准模型完整性的验证。 第三部分：探索宇宙的边界——宇宙学与前沿理论 在掌握了微观世界的运行规律后，我们将视角拉升至宇宙的宏大尺度，探究宇宙的起源、演化和最终命运。 我们将系统梳理标准宇宙学模型——Lambda-CDM模型的基础。这包括对哈勃膨胀定律的重新审视，对宇宙微波背景辐射（CMB）的深入分析——将其视为大爆炸的“回声”，以及对元素在早期宇宙中合成过程（太初核合成）的解释。 本书的核心难点与前沿探索将集中在暗物质和暗能量上。我们将详细介绍支持暗物质存在的观测证据（如星系旋转曲线、引力透镜效应），并探讨候选理论，例如弱相互作用重粒子（WIMPs）或轴子。同时，我们将探讨暗能量如何驱动宇宙加速膨胀，并分析其与宇宙学常数之间的联系与争议。 最后，我们将展望物理学的统一之路： 1. 量子引力问题： 认识到广义相对论和量子场论在普朗克尺度上的不兼容性，我们将介绍弦理论和圈量子引力等尝试统一这两种理论的宏伟构想，尽管它们仍处于理论探索阶段。 2. 超对称性（Supersymmetry）： 讨论超对称理论如何为解决标准模型中的层次结构问题以及提供暗物质候选者提供潜在的优雅解决方案。 3. 额外维度： 探索布兰德（Brane）世界模型，思考我们所处的四维时空是否只是更高维度空间中的一个“膜”。 结语：未竟的探索 本书的总结部分不会提供确定的答案，而是强调物理学作为一门不断进步的科学的本质。它将鼓励读者以批判性的思维，持续关注实验物理学的最新突破，并在理论的边缘保持探索的激情。这是一部为那些渴望超越课堂知识，深入理解塑造我们宇宙的终极力量的求知者准备的深度读物。

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这本书的语言风格有一种独特的、近乎于哲学的沉静感。它不会用那些浮夸的词汇来形容物理学的伟大，而是用一种非常克制的、精确的语言去描述自然界的规律。例如，在讨论相对论的初步概念时，它没有急于展示那些令人眼花缭乱的洛伦兹变换，而是首先探讨了“同时性”在不同参照系下的相对性这一核心哲学困境。这种由浅入深、由哲学思辨到数学构建的路径，使得我对物理的理解不再停留在表层的现象描述上，而是深入到了它背后的逻辑基石。我能感受到作者对物理学的热爱，这种热爱并非外放的热烈，而是一种沉淀下来的智慧，它引导着我，在面对复杂问题时，保持冷静和清晰的头脑，这比任何高分技巧都来得更有价值。

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这套书的讲解方式真是太吸引人了，我一直觉得物理学那些抽象的概念离我很遥远，但这本书却能用非常生动形象的例子把它们串联起来。比如讲到功和能的时候，作者没有直接抛出复杂的公式，而是从我们日常生活中推箱子、爬楼梯这些场景入手，让我瞬间就理解了能量转换的本质。而且，书里的插图设计得非常用心，那些示意图清晰明了，辅助理解效果极佳，不像有些教材，图画得密密麻麻，看了反而更糊涂。我特别喜欢它在引入新知识点之前，总是会先回顾一下前一个章节的内容，这种循序渐进的结构，让我的学习过程非常顺畅，几乎没有出现“知识断层”的尴尬情况。即便是那些我过去怎么都想不通的动量守恒定律，通过书中精心设计的实验模拟和案例分析，也变得豁然开朗。可以说，这本书真正做到了让晦涩的科学原理变得触手可及，极大地激发了我对物理世界的探索欲。

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我必须要提一下这本书在拓展阅读和深入理解方面所做的努力。它显然超越了一般应试教辅的范畴。在讲解到电磁感应现象时，书的某个角落里竟然悄悄地附上了一小段关于法拉第生平的小传，这让我对这位科学家的敬意油然而生。此外，书中还穿插了许多“物理学家的思维陷阱”之类的思考题，这些题目往往没有标准答案，而是引导我们去辩证地看待物理定律的适用范围和局限性。我感觉这套书不仅仅是在教我“怎么解题”，更是在教我“怎么像一个物理学家一样思考”。相比于那种只注重计算技巧的资料，这本书培养的是真正的物理直觉和批判性思维，这对于我未来无论是走学术路线还是进入任何需要逻辑分析的行业，都将是宝贵的财富。

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坦白说，我刚拿到这套书的时候，内心是有点抗拒的，毕竟“高中物理”四个字在我脑海里等同于“公式地狱”。但阅读体验完全超出了我的预期。这本书在处理那些复杂的数学推导时，保留了足够的严谨性，但同时又极富人文关怀。它不会一上来就要求你证明某个定理，而是会先探讨这个定律是在什么历史背景下被提出来的，它解决了当时科学界什么难题。这种“讲故事”的叙事方式，极大地缓解了我的畏难情绪。而且，书中的例题选择非常巧妙，它们不仅仅是数字的堆砌，很多都融入了现代科技的元素，比如航天技术、新能源开发等，这让我意识到物理学并非陈旧的学问，而是驱动现代社会进步的核心动力。对于我这种更偏向文科思维的学生来说，这种结合了历史、哲学和实际应用的讲解模式，是最高效的学习途径。

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这本书的排版和字体选择简直是教科书设计领域的典范。我以前看的很多资料，长篇大论挤在一起，阅读起来眼睛非常疲劳，稍微走神一下就得从头找起。但这本书采用了大量的留白，关键概念和核心公式都被独立框选或加粗，重点突出，层次分明。每次做完一节的学习，后面的“自我检测”环节设计得也非常人性化，它不是那种死板的课后问答，而是设计成小型的迷你挑战，让你在轻松的氛围中巩固知识点。更让我欣赏的是，它对实验探究环节的描述极其详尽，即使学校的物理实验室条件有限，我也能根据书上的步骤，在脑海中完美复现实验过程，甚至预判可能出现的结果和误差来源。这种对细节的极致追求，培养了我严谨的科学思维。

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