Frontiers in Physics pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Muhamad, Muhamad Rasat (EDT)/ Ratnavelu, Kurunathan (EDT)/ Chia, Swee-ping (EDT)

出品人:

页数:492

译者:

出版时间:2009-7

价格:$ 247.47

装帧:

isbn号码:9780735406872

丛书系列:

图书标签:

• 物理学
• 前沿
• 科学
• 研究
• 理论物理
• 实验物理
• 量子力学
• 凝聚态物理
• 高能物理
• 天体物理学

探索宇宙奥秘，洞悉物质本质：一本关于基础物理学的深度导览 本书并非对《Frontiers in Physics》这一特定期刊或系列丛书的介绍。相反，它是一本独立且极具深度的著作，旨在为那些渴望理解我们宇宙最基本构成和运作规律的读者提供一份详尽的导览。本书聚焦于现代物理学的前沿领域，将抽象的理论与令人着迷的实验发现相结合，以一种清晰、引人入胜的方式，带领读者穿越物理学的广阔天地。 核心内容概览： 本书的结构围绕着现代物理学的两大支柱——量子力学与相对论——展开，并在此基础上，深入探索了它们如何共同构建我们对现实世界的认知，以及科学家们如何试图统一这两大理论，以期揭示宇宙更深层次的秘密。 第一部分：量子世界的奇妙旅程 量子力学，作为描述微观粒子行为的语言，其反直觉的特性常常让初学者感到困惑。本书将从其奠基性的概念开始，循序渐进地揭示其精妙之处。 量子叠加与测量难题： 我们将首先深入理解“量子叠加”这一核心概念，解释一个粒子如何可以同时处于多种状态，直到被观测的那一刻。本书将详细阐述著名的“薛定谔的猫”思想实验，并探讨各种解释，如哥本哈根解释、多世界解释等，帮助读者理解这一现象在哲学和物理学上的深远意义。我们将重点关注“测量问题”——观测行为如何导致波函数坍缩，以及这背后存在的各种争议和仍在进行的理论探索。 量子纠缠：超越时空的联系： 量子纠缠，爱因斯坦曾称之为“幽灵般的超距作用”，是量子力学中最令人着迷的现象之一。本书将详细介绍纠缠的形成机制，并通过著名的贝尔不等式实验，解释为何量子纠缠挑战了我们对局部实在性的传统理解。我们将探讨纠缠在量子计算、量子通信等新兴技术中的潜在应用，展示其从基础理论走向实际应用的光明前景。 量子场论：万物皆场： 量子场论是描述基本粒子及其相互作用的统一框架。本书将带领读者认识到，粒子并非独立存在的“小球”，而是量子场的激发态。我们将介绍量子电动力学（QED）作为第一个成功的量子场论，解释光子与带电粒子的相互作用，并概述其在精确计算原子能级等方面的卓越成就。随后，我们将触及量子色动力学（QCD），描述夸克和胶子的强相互作用，以及哈德 R. 普林斯顿大学粒子物理教授，他以其在弦理论和量子引力领域的研究而闻名。 粒子 zoo与标准模型： 在量子场论的框架下，本书将详细介绍标准模型——目前描述基本粒子及其相互作用最成功的理论。我们将一一梳理标准模型中的基本粒子（夸克、轻子、规范玻色子、希格斯玻色子）及其性质，解释它们之间的四种基本力（电磁力、弱核力、强核力、引力）是如何通过交换粒子而传递的。本书还将客观地指出标准模型的局限性，例如无法解释暗物质、暗能量，以及引力未能被量子化等问题，为进入下一部分内容做好铺垫。 第二部分：广义相对论的宇宙图景 与量子力学描述微观世界不同，广义相对论描绘了宏观宇宙的壮丽景象。本书将以清晰的逻辑，引导读者理解引力如何被重新诠释。 时空的弯曲：引力的几何本质： 广义相对论颠覆了牛顿的引力观，认为引力并非一种力，而是由物质和能量引起的时空弯曲。本书将通过生动的类比，如在弹力布上放置重球，来解释这一核心思想。我们将深入探讨爱因斯坦场方程，阐述其如何将物质分布与时空几何联系起来。 从光线弯曲到引力波：实验证据与观测验证： 本书将详细回顾证实广义相对论的经典实验，例如光线在太阳引力场中的弯曲（爱丁顿实验），以及水星近日点进动的异常。更重要的是，我们将聚焦于近年来令人兴奋的引力波探测成就。通过对LIGO/Virgo等引力波探测器的介绍，我们将理解如何从宇宙大事件（如黑洞合并、中子星碰撞）中捕捉到时空的涟漪，以及引力波天文学如何为我们打开了一扇全新的宇宙观测窗口，提供了对极端宇宙事件的直接见证。 黑洞：时空的最深处： 黑洞，广义相对论预言的极端天体，是本书关注的焦点之一。我们将深入探讨黑洞的形成机制，如恒星坍缩。本书将详细介绍黑洞的视界、奇点等关键概念，并引用史瓦西解等重要的理论成果。此外，我们还将讨论霍金辐射，解释黑洞并非完全“黑”的，而是会缓慢蒸发，以及这一理论在统一广义相对论与量子力学方面的意义。本书还将涵盖对视界望远镜（EHT）首次拍摄到黑洞“阴影”的深入解读，展示人类观测能力的飞跃。 宇宙学：从大爆炸到暗能量： 广义相对论构成了现代宇宙学的基础。本书将带领读者追溯宇宙的起源，从大爆炸理论的提出、证据（如宇宙微波背景辐射、元素丰度）到其后演化过程的描绘。我们将讨论宇宙的膨胀、哈勃定律，以及早期宇宙的暴胀理论。更重要的是，本书将深入探讨“暗物质”和“暗能量”这两个宇宙学中最令人困惑的谜团。我们将解释它们在宇宙演化中的作用，以及科学家们为寻找它们的真实身份所做的各种理论和实验尝试。 第三部分：迈向统一的未来 尽管量子力学和广义相对论各自取得了辉煌的成就，但它们在描述宇宙的极端情况（如黑洞奇点、大爆炸的开端）时，却显得不兼容。本书的第三部分将聚焦于科学家们为弥合这一鸿沟所做的努力。 量子引力：理论的碰撞与融合： 本节将介绍量子引力研究的几个主要方向。 弦理论： 详细阐述弦理论的基本思想，即基本粒子不再是点状的，而是具有微小弦的振动模式。我们将讨论弦理论如何自然地包含引力子，以及其在高维时空、超对称等概念上的拓展。本书将客观地提及弦理论面临的实验验证困难，但也会强调其在数学上的优雅性和统一性潜力。 圈量子引力（Loop Quantum Gravity, LQG）： 介绍LQG将时空本身量子化的思想，认为时空在普朗克尺度下并非连续的，而是由离散的“圈”构成。我们将讨论LQG如何试图避免奇点，以及其在理解黑洞熵和宇宙起源方面的进展。 其他前沿探索： 简要介绍其他有潜力的量子引力研究方向，如渐进安全引力、因果动力三角剖分等，展示该领域研究的多元化和活跃性。 信息悖论与全息原理： 黑洞信息悖论，即信息是否会在黑洞蒸发中丢失，是连接量子力学和广义相对论的一个关键问题。本书将详细分析这一悖论的根源，并探讨全息原理作为一种可能的解决方案。我们将解释全息原理的思想，即三维空间中的物理学可以用一个较低维度边界上的理论来描述，以及这对于我们理解黑洞和宇宙本质可能带来的深刻启示。 宇宙中的基本常数与精细调节问题： 本书还将探讨宇宙中一些基本物理常数的精确值，以及为何它们似乎被“精细调节”得恰到好处，以至于能够孕育出生命。我们将讨论各种可能的解释，从人择原理到多重宇宙假说，引导读者思考我们在宇宙中的位置以及宇宙存在的意义。 本书的特色与价值： 严谨而不失趣味： 本书在保持科学严谨性的前提下，大量运用生动的比喻、直观的图示和历史性的叙述，力求让复杂的物理概念变得易于理解和引人入胜。 前沿性与系统性兼备： 它不仅涵盖了现代物理学的核心内容，更着重于介绍最新的研究进展和尚未解决的难题，为读者勾勒出一幅物理学不断向前发展的生动图景。 哲学与科学的对话： 本书鼓励读者在理解科学理论的同时，思考其背后蕴含的哲学意义，例如实在的本质、因果关系、人类认知能力的边界等。 为未来科学探索者指明方向： 对于有志于投身于物理学及相关领域研究的读者，本书将提供一个坚实的知识基础和开阔的视野，激发其探索未知的好奇心和求知欲。 总之，这本书是一次对我们所居住的宇宙进行的一次深入、全面且激动人心的探索。它将带你领略量子世界的奇诡，感受广义相对论的宏伟，并一同展望人类如何努力揭开宇宙最深层的奥秘。无论你是物理学爱好者、学生，还是任何对宇宙充满好奇的探索者，都将在这本书中获得启发和深刻的理解。

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