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出版者:

作者:Handelsman, J. O./ Miller, Sara/ Pfund, Christine

出品人:

页数:208

译者:

出版时间:2011-2

价格:$ 31.64

装帧:

isbn号码:9781429201889

丛书系列:

图书标签:

• 科学教学
• 教学法
• 高等教育
• STEM教育
• 主动学习
• 证据基础教学
• 教学创新
• 教育心理学
• 课程设计
• 教学评估

探寻知识的深邃疆域：《宏观宇宙的粒子之舞》 图书简介 《宏观宇宙的粒子之舞》并非一本探讨教育学方法论或教学实践的书籍，它是一部深入探索宇宙最基本构成及其宏伟运作规律的科普巨著。本书聚焦于粒子物理学的前沿发现、宇宙学的最新模型，以及宏观尺度下物质与能量的深刻交互。它致力于带领读者穿越时间与空间的界限，从普朗克尺度上的量子涨落，一直追溯到星系团的形成与暗能量的神秘影响。 本书结构严谨，内容涵盖了现代物理学的多个核心支柱，旨在为对宇宙本质充满好奇的读者提供一个全面、深入且富有启发性的视角。我们摒弃了对既有教学框架的讨论，转而将全部篇幅投入到对自然界终极规律的解析之中。 --- 第一部分：微观世界的基石——标准模型的精细结构 本书开篇，我们即潜入物质最深处的领域，探究构成我们所见万物的基本粒子。这部分内容详尽阐述了粒子物理学的“标准模型”，但不同于教科书的干涩描述，我们以叙事性的笔触，勾勒出夸克、轻子（如电子和中微子）以及传递相互作用力的规范玻色子的复杂关系网。 夸克的色彩与禁闭： 我们详细解析了强核力的本质，以及夸克如何被“色荷”束缚，形成质子和中子。此处对量子色动力学（QCD）的阐述，侧重于其在极端条件下的行为——例如在早期宇宙的夸克-胶子等离子体状态，而非讨论如何在课堂中教授这些概念。我们深入分析了“渐近自由”的奥秘，探讨了粒子在极高能量下表现出的“自由”特性，这与低能强子内部的“禁闭”状态形成了鲜明的对比。 电弱统一的胜利与遗憾： 书中对电磁力与弱核力的统一理论进行了深入浅出的剖析，重点在于希格斯机制如何赋予基本粒子质量。我们详述了实验物理学家如何在高能对撞机中捕捉到希格斯玻色子的踪迹，以及围绕其性质的持续探索。关于中微子的质量问题，本书将其视为标准模型之外的“信号”，并探讨了它们在宇宙演化中所扮演的未被完全理解的角色。 引力缺席的鸿沟： 尽管标准模型在电磁、强核和弱核三种相互作用力上取得了巨大成功，本书毫不留情地指出了其在纳入广义相对论——即引力——方面的根本性缺陷。这部分内容为后续进入宏观宇宙的讨论埋下了伏笔，强调了当前物理学理论框架的局限性。 --- 第二部分：从时空几何到宇宙的创生——广义相对论与宇宙学 跨越微观界限，本书将视角提升至宇宙的宏观尺度，聚焦于爱因斯坦的广义相对论如何重塑我们对时空、物质和能量的理解。我们不再探讨如何“传授”相对论，而是直接深入其核心方程的物理意义。 时空的弯曲与引力场： 本章详细解释了引力并非一种力，而是物质和能量对四维时空几何结构的扭曲。通过对测地线概念的细致描绘，我们揭示了行星轨道、光线偏折乃至黑洞奇点的形成机制。对史瓦西半径、克尔度规的数学描述被转化为对这些极端天体物理现象的直观理解。 黑洞：时空的终极陷阱： 我们专题分析了黑洞的“无毛定理”，即黑洞仅由质量、角动量和电荷三个参数完全决定。书中详尽讨论了事件视界、奇点内部结构（如果存在）的可能性，以及霍金辐射——这一量子效应与引力理论的交汇点，展示了物理学在边界条件下的复杂性。 宇宙膨胀的证据链： 随后，叙事转向对整个宇宙的结构和历史的考察。本书系统梳理了哈勃定律、宇宙微波背景辐射（CMB）的发现及其偶极异向性，以及大爆炸理论的核心预测。我们详细分析了CMB谱线中的“声学峰”，它们提供了关于早期宇宙物质密度波动的精确信息，是检验宇宙学模型的关键数据点。 --- 第三部分：暗物质与暗能量的统治——现代宇宙学的两大谜团 《宏观宇宙的粒子之舞》最引人入胜的部分在于对当前物理学最深层谜题的揭示：暗物质和暗能量。这两者构成了宇宙物质和能量总量的约95%，但它们究竟是什么，至今仍是科学界面临的最大挑战。 暗物质的引力指纹： 我们首先通过旋转曲线、引力透镜效应和星系团的动力学稳定性，展示了暗物质存在的不可辩驳的证据。本书细致考察了对弱相互作用重粒子（WIMPs）、轴子（Axions）等主要候选粒子的理论模型，并回顾了地下深处直接探测实验的进展与挫折。我们强调，暗物质的性质必须是非重子性的、且难以直接观测的。 加速膨胀与暗能量： 紧接着，我们转向了决定宇宙命运的暗能量。本书回顾了1998年超新星观测所带来的革命性发现——宇宙膨胀正在加速。我们详细探讨了三种主要的解释模型：宇宙学常数（真空能）、精质（Quintessence）动态场，以及对爱因斯坦场方程的修改理论（Modified Gravity）。对这些模型的分析侧重于它们对未来宇宙演化路径的预测差异。 多元宇宙与终极理论的展望： 在收尾部分，本书将视野扩展至当前理论的边缘。我们探讨了弦理论和M理论如何试图将引力与量子力学统一，并简要介绍了“景观理论”（Landscape）和“泡泡宇宙”（Bubble Universes）等与多重宇宙概念相关的推测。这些内容并非关于教学方法的探讨，而是对人类认知边界的勇敢尝试。 --- 总结： 《宏观宇宙的粒子之舞》是一次对自然界终极规律的深度潜水。它剥离了所有关于方法论和工具性的讨论，专注于宏大叙事——从基本粒子的不可思议的相互作用，到时空几何的弯曲，再到宇宙膨胀的加速。本书旨在以严谨的物理学基础和丰富的当代研究成果，为读者构建一幅关于我们所栖居的宇宙的完整、动态且充满未解之谜的图景。它所呈现的知识密度和跨度，完全聚焦于对宇宙现象本身的探索与解析。

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