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出版者:

作者:Renovare

出品人:

页数:160

译者:

出版时间:2006-7

价格:$ 14.99

装帧:

isbn号码:9780060841249

丛书系列:

图书标签:

• 耶稣
• 基督教
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• 灵修
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• 榜样
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• 成长
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好的，这是一本名为《探索宇宙的奥秘：从量子力学到黑洞》的图书简介。 --- 《探索宇宙的奥秘：从量子力学到黑洞》 一、 导言：我们身处的宇宙 自古以来，人类对头顶的星空和脚下的土地充满了无尽的好奇与敬畏。我们是谁？我们从何处来？宇宙的尽头在哪里？这些宏大的问题驱动着科学的进步。本书《探索宇宙的奥秘：从量子力学到黑洞》并非一部入门科普读物，而是一场深入且严谨的思维之旅，旨在揭示我们理解的物理现实的基石——量子世界与引力世界的交汇点。我们将挑战直觉，深入探究那些定义了现代物理学的核心理论，并试图勾勒出宇宙在最极端条件下的行为图景。 本书的结构旨在引导读者从微观的粒子层面，逐步迈向宏观的宇宙尺度。我们首先聚焦于微观世界的奇异规则——量子力学，随后转向描述时空和引力的经典理论——广义相对论，最后，我们将二者融合，探讨诸如黑洞、虫洞以及宇宙起源等前沿物理学课题。 二、 量子世界的颠覆性现实：不确定性与叠加态 现代物理学的第一个支柱，是量子力学。它彻底颠覆了我们基于日常经验建立起来的经典物理观念。在原子和亚原子层面，物质不再是确定的粒子，而表现出波粒二象性。 2.1 薛定谔的猫与叠加态的含义： 我们从量子力学的基本原理出发，探讨“叠加态”的概念。粒子可以同时处于多种可能的状态，直到被观测的那一刻，这种不确定性才会“坍缩”为一个确定的结果。我们将详细解析“薛定谔的猫”思想实验，并讨论当前物理学界对于“测量问题”的不同解释路径，包括哥本哈根诠释、多世界理论（Many-Worlds Interpretation）以及退相干理论（Decoherence）。这些讨论将帮助读者理解，我们所认知的“实在”在微观层面上是如何建构的。 2.2 矩阵力学与波动力学的统一： 本书将追溯量子力学发展的历史脉络，对比海森堡的矩阵力学和薛定谔的波动力学。我们不会停留在历史层面，而是深入探讨它们在数学上如何等价，以及它们如何共同构筑了描述微观粒子行为的完备框架。重点分析不确定性原理（Heisenberg Uncertainty Principle）的深层物理意义，它不仅仅是测量精度的限制，更是自然界固有的基本属性。 2.3 量子场论（QFT）的诞生与标准模型： 量子力学通过与狭义相对论的结合，发展成为量子场论。这是理解基本粒子及其相互作用的理论基础。我们将概述粒子物理学的“标准模型”，解释夸克、轻子以及传递力的玻色子是如何被整合进这一精妙的数学框架中的。特别是对电磁力、弱核力和强核力的量子描述，将展现出物理学在微观层面惊人的统一性。 三、 宏观时空的几何学：广义相对论的优雅与力量 如果说量子力学描述了“什么”构成物质，那么爱因斯坦的广义相对论则描述了“物质”如何塑造了我们存在于其中的时空结构。 3.1 等效原理与引力的几何化： 本书详细阐释了广义相对论的核心——等效原理，即引力效应与加速运动的局部等价性。由此引申出划时代的结论：引力不是一种力，而是时空弯曲的表现。我们将通过思想实验，如自由落体的电梯，来理解质量如何告诉时空如何弯曲，时空如何告诉物质如何运动。 3.2 场方程的解析：理解时空的动态： 我们将审视爱因斯坦场方程（Einstein Field Equations）的结构，这是一个描述物质能量分布与时空曲率之间关系的张量方程组。虽然我们不会进行复杂的张量演算，但会深入分析其物理意义。特别关注爱因斯坦场方程在低速、弱引力场下的近似解——牛顿引力，以及在极端情况下（如强引力场）所预示的全新现象。 3.3 经典验证：水星进动与引力透镜效应： 本书回顾了广义相对论早期的关键实验验证，如水星近日点的异常进动，以及光线在太阳附近弯曲的现象。随后，我们将探讨更现代的验证手段，例如利用星系团作为“引力透镜”来探测遥远星系的图像畸变，以及引力波探测（如LIGO/Virgo的成果）是如何直接捕捉到时空涟漪的。 四、 极端天体物理学：黑洞、奇点与宇宙的边缘 当微观的量子效应与宏观的强引力场相遇时，物理学将面临其最大的挑战。黑洞是这种交汇最极端的体现。 4.1 史瓦西解与事件视界： 我们将聚焦于最简单的黑洞解——史瓦西黑洞。详细分析事件视界（Event Horizon）的形成机制及其不可逾越的性质。读者将理解，事件视界并非一个物理表面，而是时空几何中信息无法逃逸的边界。我们还将讨论克尔黑洞（旋转黑洞）的复杂结构，包括能层（Ergosphere）和内部奇点。 4.2 黑洞热力学：霍金辐射的革命性影响： 量子力学与黑洞的结合带来了惊人的预言：黑洞并非完全“黑”。我们将详细探讨史蒂芬·霍金如何利用量子场论在弯曲时空中推导出黑洞会发射出热辐射——霍金辐射。这一发现不仅赋予了黑洞温度和熵，更直接引出了物理学中最深刻的悖论之一：黑洞信息悖论。本书将深入剖析信息悖论的各个层面，以及当前物理学家为解决它所做的努力（如火墙理论、补丁理论等）。 4.3 宇宙的起源与命运：从奇点到暴胀： 广义相对论的另一个推论是宇宙并非永恒不变，它有一个起点——奇点。我们将分析弗里德曼方程，探讨宇宙膨胀模型的演化历史，从大爆炸的初始奇点出发。重点讨论“暴胀理论”（Inflation Theory），它如何解决了早期宇宙的视界问题和平坦性问题，并将早期量子涨落放大为我们今天观测到的宇宙大尺度结构的原型。 五、 物理学的未来：量子引力之路 描述宏观宇宙的广义相对论和描述微观粒子的量子场论在数学上是相互排斥的。在黑洞内部或大爆炸的瞬间，我们需要一个统一的理论——量子引力。 5.1 弦理论的几何观： 我们将介绍描述基本粒子和引力的主要候选理论之一——弦理论（String Theory）。它假定基本实体不是点状粒子，而是振动的“弦”。本书将探讨弦理论如何自然地容纳引力子（引力载体），并引入了额外的空间维度，以及这些维度如何被“紧致化”以符合我们观测到的四维时空。 5.2 圈量子引力（Loop Quantum Gravity）： 作为弦理论的有力竞争者，圈量子引力（LQG）采取了不同的路径，它尝试将时空本身进行“量子化”。我们将探讨LQG如何预测时空在普朗克尺度上不再是连续的，而是由离散的“量子圈”构成，从而自然地避免了标准大爆炸奇点的出现。 六、 结论：探索的永恒驱动力 本书的旅程从最微小的粒子到最宏大的结构，跨越了数千个数量级。我们所接触的每一个理论——无论是薛定谔方程的优雅，还是爱因斯坦场方程的几何美感，都体现了宇宙内在逻辑的深刻统一性。探索宇宙的奥秘，不仅仅是为了知识的积累，更是为了理解我们自身在这一宏大图景中所处的位置。物理学的边界仍在不断拓展，而这本书正是在引导读者站在这些前沿，去思考尚未被解答的终极问题。宇宙的奥秘，远比我们想象的更加深刻和奇妙。

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