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出版者:东南大学

作者:张玉妹

出品人:

页数:114

译者:

出版时间:2009-6

价格:13.80元

装帧:

isbn号码:9787564116750

丛书系列:

图书标签:

• 奥数
• 小学奥数
• 思维训练
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探索未知的边界：一部关于宇宙深空探测与理论物理的鸿篇巨制 书名：寰宇探秘：从哈勃之眼到弦理论的极限 内容简介： 本书旨在带领读者穿越浩瀚的时空，从人类迄今为止最辉煌的深空探测成就，深入到当代理论物理学最前沿的未解之谜。这不是一部枯燥的教科书，而是一场结合了前沿观测数据、精妙数学逻辑与哲学思辨的史诗级旅程。我们聚焦于“已知”的拓展与“未知”的边界，探讨人类认知能力如何拓展至宇宙的尺度与微观的极限。 第一部分：观测的极限——人类视线的延伸 本部分聚焦于现代天文学和行星科学领域最引人入胜的成就与挑战。 第一章：哈勃的遗产与詹姆斯·韦伯的凝视 我们将详细回顾哈勃太空望远镜（HST）如何彻底改变了我们对宇宙年龄、膨胀速率和星系演化的认知。重点剖析其在确定宇宙学常数中的关键作用，以及它如何揭示了早期宇宙中星系形成的惊人速度。 随后，我们将进入詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）时代。本书将详尽分析JWST在红外波段的观测能力如何穿透宇宙尘埃，捕捉到“宇宙黎明”时期的第一批恒星与星系的光芒。我们将探讨对这些极早期星系（如GN-z11等）的观测数据如何挑战现有的Lambda-CDM模型，并引发关于早期物质聚集动力学的深刻讨论。特别关注JWST对系外行星大气成分的初步分析结果，及其在寻找“生物印记”方面的潜力与局限。 第二章：穿越太阳系的边界 本章不再局限于对火星、木星等内太阳系行星的常规描述，而是将视角投向柯伊伯带、奥尔特云以及星际空间。 我们将深入分析“新视野号”飞掠冥王星及Arrokoth的科学回报，如何帮助我们重建太阳系形成初期的原始物质构成。接着，我们探讨“旅行者1号”和“旅行者2号”在穿越日球层顶，进入真正星际空间后的长期观测数据，包括它们如何测量银河系星际介质的密度、磁场强度以及宇宙射线通量的变化。这部分内容将详细阐述日球层（Heliosphere）的结构及其对地球环境的保护机制。 第三章：引力波的低语——时空的涟漪 引力波天文学的兴起是本世纪最重大的科学突破之一。本章将详述LIGO/Virgo/KAGRA合作组织如何从最初探测到黑洞并合（BBH）事件，发展到观测中子星并合（BNS）事件——这一事件首次实现了对引力波和电磁波的多信使观测，彻底验证了爱因斯坦的预言，并首次精确测量了哈勃常数的新方法。 此外，我们将展望脉冲星计时阵列（PTA）如NANOGrav等项目对低频引力波的探测努力，这些低频波可能源于早期宇宙的相变，或是超大质量黑洞的并合。本书将详细解析如何利用引力波的“信号”来绘制宇宙中极端物质状态下的物理规律。 第二部分：理论的深度——超越标准模型的疆界 在深入观测数据之后，本书转向理论物理学的核心——试图构建一个统一、自洽的框架来描述宇宙的所有基本力与物质。 第四章：标准模型的瓦解与暗物质的画像 本章首先梳理粒子物理学标准模型（SM）的巨大成功，尤其是在对希格斯玻色子的确认之后。然而，我们同时指出SM的内在缺陷：它无法解释中微子的质量、物质-反物质不对称性，以及最关键的——暗物质和暗能量的存在。 我们将详细剖析目前主流的暗物质候选者理论，包括WIMPs（弱相互作用大质量粒子）、轴子（Axions）以及惰性中微子（Sterile Neutrinos）。本书将系统梳理当前全球范围内（如地下实验室的直接探测实验和大型强子对撞机LHC的间接或产生实验）的搜索策略，并讨论如果WIMPs模型最终被证伪，理论物理将如何转向。 第五章：暗能量的本质与宇宙的终极命运 暗能量，驱动宇宙加速膨胀的神秘力量，是当前宇宙学最大的谜团。本书将回顾早期对Ia型超新星观测如何确立其存在，并深入探讨其可能的物理本质。 我们将对比主要的暗能量模型：从最简单的宇宙学常数（Lambda）到动态的标量场模型，如昆因斯能量（Quintessence）。本书将严谨地分析未来高精度星系红移巡天项目（如Euclid和DESI）如何通过测量大规模结构（LSS）和重子声学振荡（BAO）来精确量化暗能量的“状态方程”（w），从而决定宇宙的未来——是热寂、大撕裂，还是收缩。 第六章：空间的拓扑与弦理论的几何 理论物理的最高目标之一是“万有理论”。本章将导向超弦理论（String Theory）和M理论。我们不会停留在科普层面，而是会尝试解析其核心的数学结构。 我们将解释为什么需要额外的维度，以及卡拉比-丘（Calabi-Yau）流形在“紧化”多余维度中的作用。本书将阐述弦理论如何自然地将引力纳入量子框架，并尝试统一所有基本力。讨论的重点将放在对“景观”（The Landscape）的理解，即可能存在的$10^{500}$种真空态，以及如何将这些理论与我们观测到的四维时空及其物理常数联系起来。 第七章：黑洞的熵与信息悖论的拉锯战 黑洞是广义相对论和量子力学冲突最剧烈的试验场。本章将回顾贝肯斯坦-霍金的熵计算，以及黑洞热力学定律的建立。 随后，我们将聚焦于“黑洞信息悖论”——信息是否真的会从黑洞中丢失？本书将详细探讨当前最有希望的解决方案：如火墙（Firewall）假说、软毛（Soft Hair）理论，以及基于全息原理（Holographic Principle）的AdS/CFT对偶。通过对这些前沿概念的梳理，读者将领略到对时空本质的最深刻的哲学与数学探索。 结语：未尽的求知之旅 本书的最后一部分将是对未来十年科学方向的展望。我们讨论了下一代粒子对撞机、寻找系外生命信号的生物学飞跃，以及理论物理学可能需要的全新数学工具。我们的征途不是要给出最终答案，而是要展示人类认知边界是如何被不断地推向更深、更广的未知领域。这是一部献给所有对宇宙终极奥秘抱有无限好奇心读者的指南。

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从一位长期辅导不同水平孩子的家长的角度来看，这本书在“引导与启发”方面的能力是超乎预期的。它不像某些教辅资料那样，只是提供了一个标准的解题步骤，让孩子机械地模仿。这本书真正做到了“授人以渔”。在解析例题时，它会提供不止一种思路，比如“代数法”之外，还会探讨“几何直观法”或者“特殊值猜测法”，并且会详细说明在何种情境下使用哪种方法最为高效。更妙的是，很多关键的步骤前，会留有一定的空白，并配上类似“你是否想到了使用数形结合？”或者“尝试将这个复杂的式子进行因式分解，看看会有什么新发现？”的提示性语言。这迫使读者必须停下来，自己动脑筋去思考下一步的操作，而不是被动地接受答案。这种设置，极大地培养了学生的独立思考能力和解题的灵活性。对于那些基础不错、希望向更高层次迈进的孩子来说，这种引导式的提问比直接的答案更有价值，它在教他们如何思考，而不仅仅是教他们如何解题。

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这本书的章节逻辑编排简直是教科书级别的典范，它不是简单地堆砌那些让人望而生畏的难题，而是采取了一种非常平缓且递进的方式展开教学。我发现它开篇并没有直接切入那些高难度的“怪招”，而是花费了大量的篇幅去回顾和夯实初中阶段最核心、最容易被忽略的基础知识点。作者似乎深谙“万丈高楼平地起”的道理，通过一系列巧妙设计的“热身题”，帮助读者重新激活那些沉睡的数学思维。随着章节的深入，难度梯度变化得非常自然流畅，前一个知识点未完全掌握时，下一个知识点并不会突然出现，而是会以一种稍微变幻的形式来巩固前述内容，这种循序渐进的设置，极大地降低了学习过程中的挫败感。我尤其喜欢它在每一个主题结束后设置的“思维陷阱分析”，它不是简单地指出错误，而是深入剖析了学生最容易犯错的思维定式，这种预防性的指导比事后补救要有效得多。这种精心设计的学习路径，让学习者能够稳扎稳打地向前推进，每一步都走得踏实而有力量。

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这本书在对“模型构建”这一核心能力的培养上做得尤为深入和细致。奥数的核心竞争力之一就是能否将实际问题抽象化为数学模型，而这本书在这方面提供了极佳的训练素材。它收录的那些应用题，往往不是那种直接套用公式的简单场景，而是融入了生活、物理甚至逻辑推理的复杂情境。作者在解析这些问题时，会用专门的模块来拆解建模过程：第一步是“信息筛选与符号化”，即找出哪些是有效数字，哪些是需要转化为变量的量；第二步是“关系确立”，即找出各个变量之间的等量关系或不等关系；第三步才是“模型求解”。这种结构化的拆解，让学生清晰地看到，解决难题的第一步永远是“看清问题本质”。我尤其欣赏其中关于优化问题和组合计数的部分，它不再满足于给出最终的计数公式，而是通过大量的实例，展示了如何通过“排除法”、“插空法”或者“间接计数法”来一步步构建出最合适的计数框架。这对于培养学生的数学思维的严谨性和系统性，具有长远的益处，远超出了短期应试的范畴。

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这本书的语言风格非常独特，它不像传统的数学教材那样，充满了冰冷、公式化的陈述，反而带着一种非常亲切、甚至略带幽默感的“数学伙伴”的语气。作者在阐述一些复杂的定理时，常常会穿插一些有趣的数学小故事，或者引用一些历史上的典故，比如费马大定理的由来，或者某个著名数学家的“灵光乍现”时刻。这使得原本枯燥的理论学习变得生动有趣起来。例如，在讲解不定方程时，它并没有直接用晦涩的数学术语定义，而是用了一个比喻——“像在迷宫中寻找正确的出口，每走一步都要考虑后续的可能性”。这种拟人化和故事化的叙述，极大地拉近了教材与读者之间的距离。我发现我的孩子在阅读时，不再是抱着应付考试的心态，而是真的对“为什么是这样”产生了好奇心。这种情感上的连接，是高效学习的催化剂。它成功地将数学从一个“必须完成的任务”转化成了一个“可以探索的有趣世界”。

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这本书的装帧设计非常吸引眼球，封面那种深邃的蓝色调，配上简洁有力的金色字体，立刻给人一种专业、严谨的感觉。我拿到手的时候，首先注意到的是纸张的质感，那种略带哑光的触感，拿在手里分量十足，让人感觉这不是一本随便印制的资料，而是精心打磨的成果。内页的排版也做得十分考究，字体大小和行距都恰到好处，即便是长时间阅读也不会感到眼睛疲劳。尤其让我欣赏的是它对图表的处理，那些复杂的几何图形或者代数结构，都被清晰、精确地绘制出来，线条干净利落，即使用初学者也能一眼看懂其中的逻辑关系。这种对细节的关注，体现了编者对学习者体验的重视。我本来还担心奥数这种内容会过于枯燥，但看到这精美的制作，心中对学习的热情一下子就被点燃了。它不仅仅是一本教材，更像是一件值得收藏的学习工具，让人愿意时常翻阅，细细品味。书脊的装订也很牢固，感觉可以经受住反复翻折和长时间的使用，这一点对于需要经常查阅参考的学习资料来说至关重要。总的来说，从包装到内页的每一个细节，都透露出一种对品质的追求，让人在接触之初就对内容充满了期待。

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