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出版者:龙门书局

作者:熊兴海 编

出品人:

页数:208

译者:

出版时间:2009-8

价格:13.80元

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isbn号码:9787508821429

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《星际航行与量子纠缠：探索宇宙的终极奥秘》 这是一部深度融合了尖端物理学理论与宏大宇宙叙事的非虚构科普巨著。 它将带领读者穿越已知的物理学边界，深入探索那些驱动着宇宙运行的、最令人着迷且最富挑战性的概念。本书旨在为对宇宙学、高能物理学和理论物理学怀有浓厚兴趣的读者提供一个全面、深入且极具启发性的知识图景。 --- 第一部分：时空结构的深层解析 本书伊始，我们将抛开牛顿的经典框架，进入爱因斯坦的相对论领域，并进一步探讨其在极端条件下的应用与延伸。 第一章：弯曲时空的几何学 本章将详细剖析广义相对论的核心——引力作为时空几何弯曲的体现。我们将细致地解读黎曼几何在描述引力场中的关键作用，讲解如何利用张量分析来精确计算物质分布对时空结构的影响。我们将深入探讨“引力透镜效应”的观测证据，以及它如何帮助我们绘制不可见的暗物质分布图景。此外，我们还将探讨引力波探测（如LIGO和Virgo的最新成果）如何为我们提供了直接“聆听”黑洞合并和中子星碰撞的全新窗口，以及这些观测如何精确验证了广义相对论的预测。 第二章：黑洞的奇异性与信息悖论 黑洞，宇宙中最极端的引力场，是本章的焦点。我们将从史瓦西半径和克尔度规出发，逐步构建对旋转黑洞的理解。重点讨论黑洞视界内外的物理学差异，以及霍金辐射如何将黑洞与热力学和量子力学联系起来。随后，我们将聚焦于“黑洞信息悖论”这一当代物理学的核心难题。我们将系统梳理信息不灭原理、幺正性要求，以及近年来如“火墙悖论”、“软毛理论”等试图解决此悖论的前沿假说，带领读者领略理论物理学家在面对逻辑冲突时的思维交锋。 第三章：宇宙学的尺度与演化 本部分将从微观走向宏观，审视整个宇宙的起源、结构和终极命运。我们将详细介绍标准宇宙学模型——ΛCDM（冷暗物质与宇宙学常数模型）。重点解析宇宙微波背景辐射（CMB）的观测数据，特别是其温度涨落如何编码了早期宇宙的信息。我们将追溯暴胀理论（Inflationary Theory）的数学构建，探讨其如何解决了视界问题和磁单极子问题，并讨论当前对引力波背景的搜寻如何可能提供暴胀阶段的直接证据。最后，我们将讨论宇宙加速膨胀的物理机制，即暗能量的本质探索，对比宇宙学常数、托勒密场等多种候选模型。 --- 第二部分：微观世界的量子革命 跨越宏观的引力世界，本书的第二部分将潜入微观粒子和基本相互作用的奇妙领域。 第四章：量子场论的框架 量子场论（QFT）是描述基本粒子及其相互作用的现代语言。本章将详细解释为什么需要从量子力学过渡到量子场论，并阐述费曼图（Feynman Diagrams）作为计算散射概率的强大工具。我们将剖析量子电动力学（QED）的成功，解释其如何通过“重整化”程序处理无穷大的计算结果，并展示其无与伦比的精度。我们将探讨洛伦兹协变性和因果律在QFT中的体现，为理解更复杂的规范场论打下坚实基础。 第五章：粒子物理学的标准模型及其局限 标准模型（Standard Model）是迄今为止最成功的物理学理论之一，它成功地将电磁力、弱核力和强核力统一起来。本章将深入介绍构成物质的基本费米子（夸克与轻子）和传递作用力的玻色子（光子、W/Z玻色子、胶子）。我们将重点解析“自发对称性破缺”机制，即希格斯场如何赋予规范玻色子质量。然而，本书不会止步于成功，我们将详尽列举标准模型的“不完备之处”：如无法解释引力、中微子质量、暗物质和暗能量的缺失，以及CP破坏的不足等，以此引出下一部分的探索方向。 第六章：量子纠缠与非定域性 量子纠缠是量子力学中最反直觉的现象之一，它挑战了我们对定域实在性的理解。本章将从EPR佯谬的提出讲起，通过贝尔不等式（Bell’s Inequality）的实验检验（如Aspect实验），清晰地论证了量子世界中关联的非定域性。我们将探讨纠缠态的数学描述（如密度矩阵和冯·诺依曼熵），并讨论纠缠在量子计算和量子信息科学中的核心应用，例如量子隐形传态（Teleportation）的原理。 --- 第三部分：超越标准模型的宏大理论 本书的收官部分，将聚焦于物理学家们为构建一个“万有理论”（Theory of Everything）所做的最前沿、最具想象力的尝试。 第七章：弦理论的几何与维度 弦理论（String Theory）试图将引力与量子力学统一起来，它假设基本粒子并非点状，而是微小的振动弦。本章将介绍弦理论如何自然地容纳引子（引力子），并探讨不同版本的弦理论（I型、IIA/B型、异构弦）。核心内容将放在“额外维度”的概念上，解释为什么我们需要十维或十一维的时空。我们将讨论紧致化（Compactification）的概念，如卡拉比-丘流形（Calabi-Yau Manifolds），以及这些高维结构如何可能决定了我们四维时空中的基本粒子性质和耦合常数。 第八章：圈量子引力与时空的原子化 作为弦理论的主要竞争者，圈量子引力（Loop Quantum Gravity, LQG）采取了不同的路径，专注于对广义相对论进行量子化，而非引入新的对象。本章将阐述LQG如何将时空结构本身视为由离散的“量子”单元构成，即“时空织物”的原子化。我们将介绍“自旋网络”（Spin Networks）和“自旋泡沫”（Spin Foams）作为描述量子态的数学工具，探讨它们如何自然地避免了广义相对论中的经典奇点问题，并在普朗克尺度上提供了对时空几何的全新视角。 第九章：探索暗物质与暗能量的物理本质 回归到宇宙学中最迫切的观测问题，本章将全面梳理寻找暗物质和暗能量的实验和理论工作。在暗物质方面，我们将对比WIMPs（弱相互作用重粒子）、轴子（Axions）以及更轻的候选体，并详细介绍直接探测（如XENONnT实验）、间接探测和对撞机制的实验设计思路。在暗能量方面，我们将分析观测数据对宇宙学常数（Λ）的限制，并探讨“修正引力理论”（Modified Gravity Theories）如何试图在不引入新物质的情况下，通过修改爱因斯坦方程来解释加速膨胀。 结论：物理学的未来疆域 本书的最后将对当前物理学的前沿挑战进行一次总结性的展望。我们探讨了在超高能量尺度（如普朗克尺度）下，当前理论的交汇点与矛盾之处，并展望了下一代实验装置（如下一代对撞机、更灵敏的引力波探测器）将如何可能引导我们走向更统一、更完备的自然描述。 --- 目标读者： 本书适合具有一定高等数学和基础物理学知识的读者，包括对宇宙学、粒子物理学、理论物理学有强烈好奇心的本科生、研究生以及资深科学爱好者。它要求读者愿意接受严谨的数学逻辑和抽象的物理概念，并渴望了解人类对宇宙终极真理探索的最新进展。

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说实话，我是一个典型的“死理科脑”患者，遇到需要抽象想象的物理概念就犯怵。特别是光学和声学部分，那些光的反射、折射的几何画图，总是画得七扭八歪，概念也混淆不清。然而，这本书的讲解方式简直是为我这种“视觉学习者”量身定制的。它大量采用了三维透视图和动画模拟的思路来解释问题。例如，在讲解凸透镜成像时，它不仅提供了传统的两条光线作图法，还配上了网页链接或二维码，扫描后可以观看那个光路形成图像的动态过程。这种多媒体的辅助效果是传统纸质书难以比拟的。更令我惊喜的是，它对数学工具的应用处理得非常得当。它不会一上来就要求你运用复杂的代数运算，而是将物理模型与数学工具的结合点拎出来，让你明白为什么需要用到这个数学工具，而不是机械地套用公式。这种循序渐进、由浅入深的教学路径，极大地增强了我的学习信心。

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这本书简直是为我量身定做的！我一直觉得物理这门学科高深莫测，尤其进入初中后，那些力、电、光的概念，光是听到名字就让人头疼。买了这本《初中物理》，原本是抱着试试看的心理，没想到它彻底颠覆了我的认知。作者的叙述方式极其亲切，不像教科书那样冷冰冰的公式堆砌，更像是邻家学霸在手把手教你。比如讲解牛顿第二定律时，它没有直接抛出$F=ma$，而是先从生活中的推拉动作、骑自行车的体验入手，让你在熟悉的情境中自然而然地体会到力的作用效果。那些抽象的物理图像和实验装置，配上清晰的图解和步骤分解，即便是初学者也能迅速抓住核心。我特别喜欢它在每章末尾设置的“思维导图”和“错题精析”环节，前者帮助我系统梳理知识脉络，后者则精准打击了我常犯的思维误区。现在回过头看，那些曾经让我抓耳挠腮的浮力、压强问题，似乎都变得清晰明朗起来，感觉自己真的在享受学习物理的过程，而不是被动接受。

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我最看重一本学习资料的系统性和覆盖面。这本《初中物理》的编排逻辑简直堪称教科书级别的典范。它不像有些资料那样，只是简单地对课本内容进行拆解和重组，而是构建了一个完整且相互关联的知识体系。它清楚地标示了不同知识点之间的联系——比如压力和压强如何关联到浮力，热学中的能量传递又如何与功和功率联系起来。这种宏观视野的培养，在应试教育中尤为宝贵，因为真正的考试往往是综合性的、跨章节的。此外，书中对历年中考真题的收录和解析也做得非常到位，它不仅仅是把答案告诉你，而是细致地分析了不同得分点的设置，教你如何“拿到步骤分”，而不是仅仅追求最后的结果。对于那些对物理成绩有较高要求的学生来说，这本书提供的解题策略和应试技巧，比单纯的知识点罗列要实用得多，它真正做到了理论指导实践。

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拿到这本教材时，我首先注意到的是它的装帧设计和排版布局。市面上很多辅导书为了塞进更多内容，往往做得密密麻麻，阅读起来非常压抑。但这本《初中物理》的作者显然非常懂得“留白”的艺术。大片的留白不仅让眼睛得到了休息，更重要的是，它清晰地划分了知识点和例题之间的界限，使得重点信息一目了然。它的语言风格更是独树一帜，夹杂着一种幽默和睿智。当我读到讲解电磁感应现象时，作者居然用了一个非常生动的比喻，将磁场的“切割”形容为“无形的鞭子抽打电子”，瞬间让那个原本枯燥的物理过程鲜活了起来。书中对每一个实验的描述都非常严谨，不仅告诉你“怎么做”，更深入地解释了“为什么这么做”，这对培养科学探究精神至关重要。我之前总觉得物理实验就是照着步骤做，出了结果就行，但这本书引导我去思考实验设计背后的逻辑和变量控制的精妙之处，这种深层次的理解，是死记硬背永远无法给予的。

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这本书给我的最大感受是“温度”和“鼓励”。很多学习资料的语气都是居高临下的，仿佛在训诫学生必须掌握这些知识。但《初中物理》的作者，更像是一位耐心的导师，他深知初中生的心理特点和学习障碍。在讲解那些公认的难点时，比如力的合成与分解，或者电路中的串并联判断，它都会特别提醒读者：“请停下来，回想一下我们之前学过的哪个概念，这里是关键的思维转换点。”这种时刻的提醒和情感上的引导，让人感觉自己是被理解和支持的。而且，它非常注重培养学生的“物理直觉”。书中穿插了大量的“生活中的物理现象”小栏目，比如解释为什么高压锅能更快地将食物煮熟，或者为什么坐过山车时会有失重感。这些贴近生活的例子，让物理不再是试卷上的符号，而是我们身边无处不在的规律，极大地激发了我对探索世界的好奇心。这是一本真正能让人爱上学习的物理书。

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