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出版者:Cambridge University Press

作者:

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1992-08-28

价格:USD 65.00

装帧:Paperback

isbn号码:9780521438315

丛书系列:

图书标签:

• Physics
• 物理学
• 量子力学
• 相对论
• 宇宙学
• 科学普及
• 现代物理
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• 科学史
• 科普读物
• 物理前沿

宇宙的织锦：从经典到前沿的物理学漫游 本书带领读者踏上一段激动人心的旅程，深入探索物理学这门揭示宇宙基本运作规律的科学。我们不会聚焦于某一个特定的、现代的理论体系，而是将目光投向物理学历史长河中那些奠定我们现代理解的基石，以及那些引领我们走向未来探索的宏大思想。 第一部分：宏伟的基石——经典物理学的辉煌 我们将从牛顿力学的坚实基础上开始。这不是简单的公式堆砌，而是对世界如何运作的深刻洞察。我们探讨运动的三大定律如何解释了从抛出的苹果到行星围绕太阳运行的每一个细节。这部分深入剖析了万有引力定律的普适性，以及它如何统一了天上与地上的物理现象。我们会详细考察能量守恒定律的强大威力，理解功、动能、势能之间的精妙转换，这些概念构成了我们理解任何机械过程的出发点。 随后，我们将进入热力学的领域。这门学科关注能量的转移和转换，特别是热量的行为。我们会详细解析热力学三大定律（零定律、第一定律、第二定律）的物理意义。第一定律是能量守恒的另一种表达，而第二定律，熵的概念，则揭示了宇宙不可逆转的“时间之箭”——为什么事情总是从有序走向无序？我们将探讨气体动理论，如何将宏观的热现象与微观粒子的随机运动联系起来，为我们理解物质的内在结构埋下伏笔。 接着，旅程转向电磁学的优雅世界。我们将重温法拉第的电磁感应、安培的电流效应，并最终聚焦于麦克斯韦方程组的伟大统一。这四条简洁而优美的方程，不仅统一了电、磁和光，更预示了电磁波的存在，彻底改变了我们对信息传播和空间结构的认知。我们会详细阐述光速不变性的初步暗示，以及这些经典理论在解释微观现象时的局限性，正是这些局限性，为下一场革命铺平了道路。 第二部分：时空的革命——狭义与广义相对论的震撼 本部分将带领读者进入爱因斯坦的思维殿堂，体验对时间和空间概念的颠覆。首先是狭义相对论。我们将细致探讨其两条基本公设——相对性原理和光速不变原理——如何直接导向时间膨胀和长度收缩的奇特效应。我们不会停留在现象描述，而是深入探究洛伦兹变换的数学结构，理解惯性系之间的转换关系。最重要的是，我们会深入解析质能等价原理 $E=mc^2$，理解质量与能量在本质上的等价性，这是现代核物理的基石。 随后，我们将攀登至广义相对论的顶峰。这里，引力不再被视为一种力，而是时空弯曲的表现。我们会详细解析等效原理——引力和加速运动的不可区分性——如何启发了这一革命性的理论。我们将讨论爱因斯坦场方程的物理图像，理解物质如何告诉时空如何弯曲，时空如何告诉物质如何运动。这部分会涵盖引力时间延迟、光线在引力场中的偏折等关键预测，以及它们如何被实验证实。我们还将探讨广义相对论在宇宙学中的应用，包括对黑洞的理论预测及其物理边界——事件视界的含义。 第三部分：微观世界的奇异景象——量子力学的诞生与发展 我们将进入一个与宏观直觉完全相悖的领域——量子世界。这次探索始于对经典物理学解释失败的案例分析，如黑体辐射的紫外灾难和光电效应。我们会详细阐述普朗克的能量量子化假设以及爱因斯坦对光子概念的引入，理解能量不再是连续的，而是“颗粒状”的。 随后是波粒二象性的奠基。我们将探讨德布罗意波长的提出，理解物质粒子（如电子）也具有波动性。这引出了不确定性原理，即我们无法同时精确测量一对共轭变量（如位置和动量）的深刻限制。我们会详细解读薛定谔方程，理解这个核心方程如何描述了量子态随时间的演化，以及波函数的概率解释。 本部分将深入探讨量子力学的核心概念，包括量子态的叠加和测量问题。我们将用生动的例子解释量子隧穿效应，理解粒子如何能穿过它们在经典世界中无法逾越的势垒。最后，我们将概述泡利不相容原理的重要性，以及它如何决定了元素周期表的结构和物质的化学性质。 第四部分：前沿的呼唤——物理学的未解之谜与探索方向 在经典理论与量子力学已建立的框架之上，本部分展望了现代物理学面临的最深层次的挑战和最令人兴奋的探索方向。 我们将探讨标准模型的架构，理解基本粒子（夸克、轻子）以及规范玻色子（光子、胶子的继承者）如何通过希格斯机制获得质量。尽管标准模型取得了巨大的成功，但它并非终点。 随后，我们将聚焦于两个主要的未解决难题： 1. 量子引力问题： 为什么我们至今未能将广义相对论的宏大引力理论与描述微观粒子的量子场论成功地结合起来？我们将简要介绍弦理论和圈量子引力等尝试性框架的根本思想，理解它们试图解决的矛盾。 2. 宇宙学的深层谜团： 我们将回顾大爆炸模型的证据（如宇宙微波背景辐射），并深入探讨暗物质和暗能量的观测证据。为什么宇宙中绝大部分的物质和能量是我们无法直接探测到的？这驱使着天体物理学家和粒子物理学家进行联合的探索。 本书的最终目标是提供一个全面的、相互关联的物理学图景——从宏观世界的确定性运动到微观世界的概率性跃迁，再到对宇宙整体结构和命运的追问。它旨在培养读者批判性思维，理解科学是如何通过不断的实验验证、理论修正和概念革新来构建对自然界的认识的。这是一部关于思维方式的著作，而不仅仅是关于公式的汇编。

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这本书的阅读节奏感把握得非常出色，它像一部精心编排的交响乐，有宏大激昂的高潮，也有宁静深思的乐章。在涉及到高维空间和弦理论的章节时，作者深知直接的数学描述会劝退大量读者，因此他采用了大量的类比和历史回顾来铺垫。例如，他回顾了早期欧洲制图师如何一步步理解地球的曲率，以此来类比现代物理学家如何从二维的平面时空想象过渡到更高维度的理论框架，这种循序渐进的方法极大地降低了读者的心理门槛。更难得的是，作者在描述那些尚未被实验证实的理论时，始终保持着一种批判性的乐观主义。他不会把弦理论描绘成“万有理论的最终答案”，而是将其视为一个极其优美的数学结构，一个探索所有可能性边界的工具。这种既充满想象力又脚踏实地的态度，让这本书读起来既过瘾又踏实。读完后，我最大的感受是，现代物理学已经不再是单纯地描述世界，而是越来越深入到描述“可能存在”的世界，而这本书就是我们通往那些可能世界的向导，它提供的洞察力，远超书本的篇幅本身。

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这本书的阅读过程，就像经历了一场精心策划的智力探险，作者的笔锋如同精准的探照灯，照亮了那些常被主流科普忽略的“灰色地带”。我特别欣赏他对“测量问题”的探讨，这是一个长期困扰物理学家的核心难题，许多科普作品往往一笔带过，但这本书却花了整整一个章节来剖析哥本哈根诠释、多世界理论以及退相干理论之间的微妙差异和各自的哲学意涵。作者没有急于下结论，而是以一种近乎辩论赛的口吻，展现了不同理论学派之间的激烈交锋，这让阅读充满了紧张感和参与感。他甚至引入了计算复杂性理论来讨论信息在物理系统中的处理极限，这种跨学科的整合能力，让这本书的立意远超普通的物理学普及读物。此外，书中对实验设计的描述也极其生动，作者详尽地描绘了某些关键实验的搭建过程——从灵敏的探测器到超低温环境的维持——让我们得以窥见科学是如何在现实世界中，克服重重技术障碍来逼近真理的。读完后，我意识到，科学的进步不仅是思想的飞跃，更是工程学上的奇迹。

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坦白地说，我最初拿起这本书时是带着一丝怀疑的，因为市面上的“新物理”书籍大多夸大其词，但这本书展现出一种罕有的、令人尊敬的谦逊和严谨。它并没有承诺要“统一一切”或“颠覆一切”，而是着重于解释当前物理学前沿领域中，哪些问题仍然悬而未决，以及我们目前最有希望的探索方向。作者在讨论暗物质和暗能量时，表现出了极高的平衡感，他没有将现有的标准模型描述成一个失败的理论，而是清晰地界定了它的适用范围，并详细列举了超出该范围时需要引入的新概念的必要性。我特别喜欢其中对于“对称性”在粒子物理学中作用的阐述。作者没有仅仅停留在抽象的数学定义上，而是通过一个又一个精美的“破碎对称”的例子，来解释为什么我们观察到的宇宙是如此的丰富多彩，而不是一个单调乏味的均匀状态。这种对基础原理深刻而又细致的挖掘，使得书中的内容具有极强的内聚力和说服力，每一次的论证都像是为前一个论点添上了一块坚实的基石，给人以极强的安全感和信赖感。

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这本书的封面设计简直是一场视觉的盛宴，那种深邃的蓝色背景上跃动的光线，仿佛直接将你拉入了一个未知的宇宙边缘。我本以为这会是一本晦涩难懂的理论堆砌，但翻开第一页，作者的文笔就展现出一种惊人的叙事能力。他没有急于抛出复杂的公式，而是从一个非常接地气的生活场景入手，比如清晨阳光穿过树叶的那个瞬间，是如何挑战我们对“光”的传统认知。接着，他巧妙地将这些日常观察与量子力学的基本概念联系起来，读起来就像是在听一位充满激情的物理学家在酒吧里跟你讲述他最新的发现，而不是在啃一本教科书。特别是关于波粒二象性的那一部分，作者用了一连串精妙的比喻，比如把电子比作一个难以捉摸的“幽灵舞者”，让人在哈哈大笑之余，对这个深奥的物理学概念有了醍醐灌顶般的理解。我尤其欣赏他对历史脉络的梳理，他没有将科学家的发现描绘成一蹴而就的灵光乍现，而是细致地展现了每一步理论推演背后的挣扎、争论与妥协，这让整个物理学的发展史变得有血有肉，充满了人性化的光辉。这本书读完后，我感觉自己对世界的看法都有了一种微妙的拓宽，不再满足于表象，开始好奇那些看不见的、深藏于物质结构之下的“游戏规则”。

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我最近阅读体验中，少有能让我如此沉浸于其思想深度的著作了。这本书的论述风格极其严谨，但又保持着一种近乎诗意的精准。它探讨的范畴之广，令人叹为观止，从时空的几何结构到信息熵的物理学基础，作者似乎信手拈来，却又步步为营，构建了一个逻辑自洽的宏大框架。让我印象最为深刻的是其中关于“确定性”的探讨。作者没有简单地肯定或否定牛顿力学的完备性，而是通过对混沌理论的深入剖析，展现了即便是最基础的宏观运动，也可能隐藏着对初始条件的极端敏感性，这种“可预测性”的边界被界定得令人心寒又着迷。在阐述过程中，作者引用了大量相对论和量子场论的最新进展，但令人称奇的是，他总能用一种近乎哲学的语言将这些前沿的数学工具“翻译”成可以被非专业人士理解的直观概念。比如，他对引力波的描述，不再仅仅是时空涟漪，而是被塑造成了宇宙尺度的“结构性回响”，这种表述极大地提升了阅读的审美体验。这本书的难度不低，需要读者投入相当的精力去跟随作者的思路，但其回报是丰厚的——它提供的不是简单的知识点，而是一种全新的思维工具，教你如何用更精妙的方式去解构现实。

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