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出版者:

作者:韩家骅 编

出品人:

页数:336

译者:

出版时间:2010-1

价格:28.00元

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isbn号码:9787811106756

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《星际拓荒：从微观粒子到宏大宇宙的探索》 图书简介 本书并非一部传统的物理学教材，它是一场横跨时间与空间的沉浸式旅程，旨在激发读者对宇宙最深层奥秘的好奇心与敬畏感。我们摒弃了繁复的数学推导和学院派的刻板结构，转而聚焦于物理学如何构建我们对现实的理解，以及那些驱动着从原子内部到星系尺度运行的根本原理。 第一部分：潜藏的结构——物质的微观奥秘 当我们试图理解世界时，必须从最小的尺度开始。本部分深入探索了物质的内在构造，但聚焦于概念的革新而非公式的堆砌。 1. 粒子海的涌动：标准模型的风景画 我们不再仅仅罗列夸克和轻子，而是将它们视为宇宙中的“基本乐高积木”。本书将详尽描绘这些粒子如何通过四种基本力（强核力、弱核力、电磁力和引力）相互作用。重点讨论量子场论的直观图像——宇宙不是由粒子组成的，而是由充满空间的场构成的，粒子只是这些场的激发态。我们将探讨费米子（构成物质的砖块）和玻色子（传递相互作用力的信使）之间的根本区别，以及希格斯机制如何赋予这些基本构件质量的奇特过程。尤其会花大量篇幅阐述“不可见”的弱核力如何在放射性衰变中扮演角色，它是宇宙演化中不可或缺的“炼金术师”。 2. 量子纠缠的幽灵般的超距作用 量子力学是现代物理学的基石，也是最反直觉的部分。本书将以清晰的比喻和历史性的叙事，揭示波函数的奥秘。我们将深入探讨叠加态的概念，即粒子可以同时处于多种可能状态的奇异现象。随后，我们将详细剖析贝尔不等式的实验验证，这彻底击碎了爱因斯坦所坚持的“定域实在论”。纠缠现象被描绘为宇宙中存在着某种超越我们日常经验的、非定域的内在联系，是未来量子计算和量子通信的理论基础。我们探讨“观测者问题”——意识是否真的参与了物理实在的坍缩？ 3. 晶体的低语与复杂性的崛起 走出孤立的粒子，我们关注它们如何聚集形成宏观物质。本章重点介绍凝聚态物理学的魔力。我们将研究固体物理学中电子如何在晶格中流动，从而产生导体、半导体和绝缘体的差异。更进一步，我们将探究超导现象——在极低温度下电阻完全消失的奇迹，这涉及到玻色-爱因斯坦凝聚的宏观量子效应。本书还将介绍拓扑材料，这些拥有“非寻常”对称性的物质，预示着下一代电子设备和基础物理学研究的方向。 第二部分：时空与能量的宏大叙事 离开微观世界，我们将视角拉升到涉及巨大尺度和极高能量的宇宙学和相对论领域。 4. 弯曲的时空：引力的几何本质 本书将以一种非数学化的方式，描绘爱因斯坦的广义相对论如何彻底颠覆了牛顿的引力观。引力不再是瞬间作用的力，而是由质量和能量对时空结构的弯曲所致。我们将详细描述引力透镜效应，这是我们观测遥远星系最直接的证据。对黑洞的探讨将是本章的重点：事件视界（Information Horizon）的边界、奇点（Singularity）的性质，以及它们在星系形成中的核心作用。我们还会涉猎引力波的发现——时空本身的涟漪，以及它们如何为我们提供了“听见”宇宙碰撞事件的新感官。 5. 宇宙的诞生与演化：从奇点到膨胀的史诗 宇宙学是物理学对“我们从哪里来”的终极回答。本章追溯大爆炸模型的证据链：宇宙微波背景辐射（CMB）如何成为宇宙婴儿时期的快照，以及哈勃膨胀定律如何揭示宇宙正在加速膨胀的惊人事实。我们将深入探讨宇宙中两大“幽灵”——暗物质和暗能量。暗物质如何提供引力锚定，使星系不至于解体？暗能量又如何以一种反引力的形式，驱动着宇宙的加速膨胀？对这些“看不见”成分的探讨，构成了当代物理学最大的未解之谜。 6. 熵与时间的箭头：为什么时间只向前流逝？ 本部分探讨了热力学第二定律的深刻哲学意义。熵，被定义为无序度的量度，是物理学中唯一一个明确区分过去和未来的概念。我们将考察熵增原理在生命、信息处理以及宇宙整体命运中的体现。为什么在一个微观上几乎完全可逆的物理定律体系中，宏观上我们只能体验到时间单向的流动？这涉及对统计力学的深入理解，即宏观世界的规律是基于对无数微观事件的概率统计所产生的涌现现象。 第三部分：探索的边界与未来的物理学 本书的最后一部分展望了当前物理学最前沿、最具争议性的研究方向，以及理论物理学家们试图统一所有力量的宏伟蓝图。 7. 统一的梦想：弦论与圈量子引力 物理学的终极目标是建立一个能够解释所有自然现象的“万有理论”。我们将梳理量子力学与广义相对论在数学上无法调和的冲突，以及科学家们为解决这一矛盾所做的努力。弦理论（或M理论）如何用振动的“弦”来统一所有粒子和力，并引入了额外的空间维度？圈量子引力（LQG）则试图通过量化时空本身来解决问题。本书将以批判性的视角，介绍这些理论的优雅之处，同时也指出它们目前缺乏实验验证的困境。 8. 信息、计算与物理学的交叉点 我们探讨物理学如何与信息科学深度融合。兰道尔原理（Landauer's Principle）揭示了擦除信息所必需的最小能量消耗，这表明信息本身具有物理属性。我们将讨论全息原理——我们三维宇宙的全部信息可能被编码在一个二维的边界上，这是对时空本质的又一次颠覆性思考。最后，我们将展望量子信息论，探讨信息在极端物理条件下的行为，以及这如何反过来指导我们对宇宙基本规律的理解。 《星际拓荒》是一本献给所有对“世界如何运作”抱有终极好奇心的人的书籍。它不要求读者拥有高等数学背景，但要求读者拥有一颗愿意挑战日常直觉、拥抱宇宙宏伟复杂性的心灵。这是一次关于我们身处何处的深刻反思。

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我对热力学和统计物理部分的评价是：严谨而不失温度。热力学常常被认为是物理学中最“反直觉”的一块内容，因为它的很多结论，比如熵增定律，看似简单却蕴含着深刻的哲学意味。这本书处理热力学第一、第二定律时，着重强调了“过程”和“状态”的区分，这对于理解循环过程和热机效率至关重要。作者在阐述卡诺循环时，运用了非常直观的图示和详尽的数学推导，将理想热机的效率极限展示得淋漓尽致，让人不得不佩服自然规律的简洁与强大。随后过渡到统计物理，这是许多教材常常草草了事的部分，但《大学物理学》却给予了足够的篇幅。它从微观粒子的概率分布入手，详尽解释了玻尔兹曼分布和费米-狄拉克分布的物理背景和适用范围。我特别欣赏它对“统计平均”概念的解释，它成功地搭建了宏观可观测的热力学量与微观粒子行为之间的桥梁。读完这部分，我对“温度”不再仅仅是温度计上的一个刻度，而是对大量分子随机运动剧烈程度的一种统计描述，这种认知上的升华，是其他一些教科书难以给予的。

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光学章节的处理方式，体现了作者对物理学分支间统一性的深刻理解。相对于一些侧重于波动理论或几何光学独立讲解的教材，这本书巧妙地将几何光学视为波动光学的低频近似，从而在逻辑上保证了整体的一致性。例如，在讲解光的干涉和衍射现象时，书中不仅详细推导了典型的双缝干涉条纹，还深入探讨了不同光束的相干性问题。更让我眼前一亮的是，作者没有回避量子力学对光的描述，在介绍光电效应时，虽然篇幅不长，但其引入的“光子”概念，成功地为后续可能接触到的现代物理学埋下了伏笔，使得整个“大学物理”的学习体验更加完整，避免了知识的断层。此外，书中对偏振光的分析也做得相当到位，通过琼斯矩阵（虽然可能不会直接教授矩阵运算，但其背后的矢量分解思想非常清晰）的方法，对线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光的合成与分离进行了逻辑严密的分析。这种将经典光学与早期量子观念融合的处理手法，极大地提升了这部教材的时代感和前瞻性。

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这部名为《大学物理学》的著作，我是在备考某项理工科专业研究生入学考试时偶然接触到的。坦白说，初翻开它时，我的内心是充满忐忑的，毕竟物理这门学科对于很多人来说都是一座难以逾越的高山。然而，令人欣慰的是，这本书的编排逻辑极其清晰，仿佛一位经验老道的导师，耐心地为你梳理知识的脉络。它并没有一上来就抛出那些令人头皮发麻的复杂公式，而是从宏观的现象入手，一步步引导读者去理解背后的基本原理。比如，在讲解牛顿力学部分时，作者没有停留在单纯的运动学描述上，而是巧妙地结合了大量的现实生活中的实例——从苹果落地到行星运行，再到日常生活中遇到的各种机械装置，使得抽象的力概念变得具体可感。更值得称赞的是，书中对于矢量分析和微积分在物理学中的应用讲解得尤为透彻。我过去常常在处理那些涉及多变量的偏微分方程时感到力不从心，但这本书的阐述方式，着重于物理图像的构建而非纯粹的数学推导，极大地增强了我对这些数学工具的信心。它让我明白，数学语言只是描述物理世界的工具，理解了物理本质，那些复杂的公式便不再是吓人的符号堆砌，而是自然规律的精妙表达。阅读过程中，我发现自己不仅是在“学习”知识，更是在“建构”一个完整的物理世界观，这对于深化理解和应对那些灵活多变的考试题目，无疑是助益良多。

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作为一本面向大学生的综合性教材，该书在习题设计和排版布局上也展现了极高的专业水准。我个人对书籍的“可读性”要求很高，如果排版拥挤或者图表模糊不清，会严重影响学习效率。《大学物理学》的排版非常干净利落，关键公式都以醒目的方式独立呈现，使得在复习时能够快速定位。更重要的是，全书的习题设计体现了极强的梯次感。初期的概念检验题用以确保基础知识的吸收，中间层次的计算题则侧重于公式的灵活应用和运算的准确性，而章节末尾的“探索性问题”则真正考验读者的物理直觉和创新思维。例如，在振动与波一章中，除了标准的简谐运动问题，还设置了关于阻尼振动和受迫振动的分析题，引导读者思考共振现象的工程应用和危险性。这种从浅入深、层层递进的习题体系，使得读者在完成一个章节的学习后，能够对自己掌握的知识点有一个客观且全面的自我评估，远非那些只有答案而缺乏深入解析的练习册可比拟。总体而言，这是一部兼具深度、广度与极高可读性的优秀教材。

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拿到这本《大学物理学》后，我首先关注的是它在电磁学部分的深度和广度。我个人的学习习惯更倾向于系统性、框架式的知识建构，而不是零散的知识点堆砌。这本书在这方面表现得相当出色。它没有将电磁场论视为一个孤立的板块，而是非常自然地将静电学、静磁学、电动力学有机地串联起来。特别是在法拉第电磁感应定律的讲解上，书中采用了多角度的诠释，不仅有传统的通过磁通量变化来理解，还引入了“动生电动势”和“感生电动势”的清晰区分，这种细致入微的处理，避免了初学者在理解感应现象时的混淆。更为精妙的是，它对麦克斯韦方程组的引入，并非是突兀地抛出四个微分形式或积分形式的方程，而是通过回顾和总结前几章内容中涉及的电荷守恒、安培环路定律的修正等历史脉络，循序渐进地构建起整个电磁场理论的逻辑基础。阅读这一部分时，我感觉仿佛置身于一个精心设计的迷宫中，每一步都有清晰的指引，最终豁然开朗地抵达了宏伟的电磁理论殿堂。书中提供的习题难度设置也十分合理，基础题巩固概念，而那些挑战性的综合题则往往需要读者将力学、热学乃至光学中的知识点进行交叉融合，极大地锻炼了我的综合分析能力。

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