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出版者:Cambridge University Press

作者:Harvey Feigenbaum

出品人:

页数:192

译者:

出版时间:1998-11-13

价格:USD 45.00

装帧:Paperback

isbn号码:9780521639187

丛书系列:

图书标签:

• 政治学
• 公共政策
• 政府规模
• 自由主义
• 保守主义
• 经济政策
• 国家干预
• 市场经济
• 政治哲学
• 美国政治

《微观世界的奥秘》 序言 人类对世界的认知，如同层层剥落的洋葱，每一次的深入都揭示着更内在、更精妙的构造。从浩瀚的星辰大海到我们赖以生存的土地，再到构成万物的微观粒子，探索的脚步从未停歇。然而，当我们踏入微观的疆域，一个全新的宇宙便在我们眼前徐徐展开。那里的规律与我们熟悉的宏观世界截然不同，充满了令人惊叹的奇异现象和深邃的哲学思考。《微观世界的奥秘》正是为了带领读者踏上这场激动人心的探索之旅而诞生的。本书并非一本枯燥的科学教科书，而是试图以一种引人入胜、层层递进的方式，揭示微观世界那令人着迷的本质。我们将一起穿越时间的尘埃，探寻构成宇宙最基本的砖块，理解它们如何相互作用，从而塑造出我们所感知的一切。 第一章：从宏观到微观的跃迁——视野的拓展 我们的日常经验，建立在一个宏观的尺度之上。在那里，物体遵循着清晰的因果律，运动轨迹可以精确预测，物质具有明确的边界。然而，随着科学技术的进步，我们手中的工具越来越强大，能够穿透物质的表象，直抵其内在的本质。从望远镜看到遥远的星系，到显微镜下观察细胞的微小生命活动，再到粒子加速器中探测到基本粒子的踪影，人类的视野不断向着更广阔和更微观的方向拓展。 本章将从宏观世界的经典物理学出发，回顾那些为我们理解世界奠定基础的伟大发现，例如牛顿的万有引力定律和运动定律。我们会看到，在宏观尺度下，这些定律的解释力几乎是完美的。然而，正是这些看似无懈可击的理论，在面对一些新的实验现象时，开始显露出其局限性。例如，对原子内部结构的探索，以及黑体辐射等问题，都指向了一个更深层次的现实，一个宏观物理学难以直接解释的领域。 我们将通过生动的比喻和形象的描述，让读者理解从可见世界向不可见世界的转变是如何发生的。就像从俯瞰一座城市到深入城市的每一条街道，再到观察构成街道的每一块砖石一样，我们认识微观世界，就是不断地缩小观察尺度，进入一个越来越精细的层面。这种视野的拓展，不仅仅是观察工具的进步，更是人类思维方式的一次深刻变革。它挑战了我们固有的直觉，迫使我们重新思考“存在”、“确定性”和“因果关系”等基本概念。 第二章：物质的基石——原子与亚原子粒子 当我们进一步缩小视野，就会发现我们熟悉的一切物质，无论是坚硬的岩石、柔软的水，还是我们自己，都并非连续的整体，而是由无数微小的粒子构成的。原子，这个曾经被认为是物质最小不可分割单位的概念，在科学的不断发展中，也被证明是包含着更复杂结构的。 本章将深入原子内部的世界。我们将介绍原子的基本构成：原子核和电子。原子核由质子和中其中子组成，而电子则围绕原子核运动。我们将探讨不同原子之间的差异，以及它们如何通过电子的排列组合形成各种各样的元素，进而构成分子，最终构成我们所能触及的一切物质。 然而，原子本身也并非终点。质子和中子，这些构成原子核的粒子，也并非基本粒子，它们是由更小的粒子——夸克——组成的。而电子，虽然目前被认为是基本粒子，但科学家们一直在探索是否存在更小的构成单元。本章将介绍构成物质的基本粒子家族，包括夸克、轻子（如电子、中微子）以及传递力的玻色子（如光子、胶子）。我们将描绘一个“粒子 zoo”，了解它们各自的性质、质量、电荷以及它们之间的相互作用。 为了理解这些微小粒子的行为，科学家们发展了强大的理论工具，如量子力学。我们将初步介绍量子力学的一些基本概念，例如量子化、波粒二象性，为后续章节的深入探讨打下基础。我们会看到，在微观世界，粒子的行为方式与宏观物体的直观运动有着天壤之别，充满了概率和不确定性。 第三章：量子世界的奇异舞蹈——不确定性与概率 进入微观世界，我们熟悉的物理规律开始失效，取而代之的是一套更加奇特而颠覆性的法则——量子力学。量子力学是描述微观粒子行为的理论框架，它彻底改变了我们对现实的理解。 本章将着重探讨量子力学中最令人着迷、也最具争议的概念之一：不确定性原理。我们将解释海森堡不确定性原理，即我们无法同时精确测量一个粒子的位置和动量。这意味着，在微观尺度下，事物的状态不是确定不变的，而是充满了固有的模糊性。我们无法像预测一颗台球的运动轨迹那样，精确预测一个电子的未来位置。 同时，我们也将深入探讨概率在量子世界中的核心地位。粒子不再具有确定的轨道，而是以一种概率波的形式存在。我们只能计算粒子出现在某个位置的概率，而无法得知它“一定”会出现在哪里。这种概率性的描述，与我们习惯的确定性因果关系形成了鲜明的对比，也引发了深刻的哲学讨论。 此外，本章还会介绍一些量子世界的奇异现象，例如量子隧穿效应。在一个宏观世界中，一个球如果没有足够的能量，是无法穿过一道墙的，但微观粒子却有可能“隧穿”能量障碍。我们将通过形象的比喻，来理解这些看似违背常理的现象，并揭示它们在现代科技中的应用，例如半导体器件的原理。 第四章：相互作用的本质——四种基本力 构成物质的基本粒子并非孤立存在，它们之间通过四种基本力相互作用，从而形成了我们所观察到的宏观世界的种种现象。这四种基本力分别是：引力、电磁力、强核力和弱核力。 本章将详细介绍这四种基本力的性质、作用范围和传递粒子。 引力（Gravitational Force）：这是我们最熟悉的一种力，它吸引着物体，让我们能够站在地面上，也维系着天体的运行。虽然在宏观世界中扮演着重要角色，但在微观粒子层面，引力的效应非常微弱。 电磁力（Electromagnetic Force）：这是构成原子和分子之间化学键的力，也是我们生活中各种现象的根源，例如光、电、磁。它由带电粒子之间相互作用产生，其传递粒子是光子。 强核力（Strong Nuclear Force）：这是将夸克束缚在一起形成质子和中子的力，也是将原子核中的质子和中子紧密结合在一起的力。它具有极强的吸引力，作用范围非常短。 弱核力（Weak Nuclear Force）：这种力在放射性衰变过程中起着关键作用，例如太阳内部的核聚变反应就与弱核力有关。它在亚原子粒子的某些转化过程中扮演着重要角色。 我们将探讨科学家们试图统一这些基本力的努力，例如“万有理论”的探索。理解这些基本力的相互作用，是理解宇宙结构和演化的关键。 第五章：时间的涟漪——量子世界的时间观念 在宏观世界，时间似乎是一个线性、不可逆的河流，总是向前流淌。然而，在微观量子世界，时间的观念变得模糊而复杂。 本章将探讨量子力学对时间理解的影响。我们将讨论，在某些量子现象中，时间的方向性是否仍然适用，以及量子纠缠等现象如何挑战我们对因果关系和时间顺序的理解。 例如，量子纠缠是指两个或多个粒子之间存在一种特殊的关联，无论它们相距多远，测量其中一个粒子的状态会瞬间影响到其他粒子的状态。这种“超光速”的关联，引发了关于时间、空间和信息传递的深刻思考。 此外，我们还会简要介绍量子世界中一些与时间相关的理论，例如时间在量子测量中的作用，以及对“时间箭头”的量子解释。这部分内容将带领读者进入一个更加哲学化的领域，思考微观世界的规律如何影响我们对宇宙基本范畴的认识。 第六章：微观世界的应用——科技的基石 虽然微观世界的规律如此奇异，但它们并非只存在于理论和实验室中。对微观世界的深入理解，已经为我们带来了无数革命性的技术，深刻地改变了我们的生活。 本章将展示微观世界知识如何在实际应用中发光发热。我们将介绍： 半导体与电子产品：晶体管、集成电路等现代电子产品的核心原理，都建立在对电子在半导体材料中行为的量子力学理解之上。智能手机、电脑、互联网，无一不依赖于此。 激光技术：激光器的工作原理，即受激辐射，是量子力学的直接应用，广泛应用于通信、医疗、工业切割、条形码扫描等领域。 核能与核医学：对原子核结构和放射性的认识，使得核能发电成为可能，同时也催生了核医学，用于疾病的诊断和治疗（如PET扫描）。 新材料的开发：例如超导材料、纳米材料等，它们的奇特性质源于微观层面的量子效应，正在开启新的技术可能性。 量子计算与量子通信：这是正在迅速发展的领域，有望在未来带来计算能力和信息安全的革命性突破。 本章将通过具体实例，让读者体会到科学研究的价值，以及对微观世界的探索如何直接造福人类社会。 结语 《微观世界的奥秘》带领读者完成了一次从宏观世界的熟悉感，到微观世界的奇幻旅程。我们看到了构成万物的基本粒子，理解了它们之间奇异的相互作用，体验了量子力学带来的颠覆性观念。这个微观世界，虽然肉眼不可见，却以其精妙的规律，支撑着我们所感知的一切。 微观世界的探索，远未结束。每一次的发现，都可能打开一扇新的大门，带来新的疑问和更深的奥秘。本书旨在激发读者对科学的好奇心，鼓励大家以开放的心态去拥抱那些看似不可思议的现实。在不断拓展我们认知的边界时，我们也在不断地重新认识我们自己，以及我们在浩瀚宇宙中的位置。微观世界的奥秘，是人类智慧的结晶，也是我们永无止境的探索征途中的一颗璀璨明珠。

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