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出版者:Bloomsbury Academic

作者:Michael C. LaBossiere

出品人:

页数:208

译者:

出版时间:2008-5-6

价格:USD 114.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780826499837

丛书系列:

图书标签:

• 知识
• 学习
• 提问
• 思考
• 认知
• 探索
• 发现
• 智慧
• 成长
• 自我提升

《无尽边界：现代物理学的前沿探索》 图书简介 在这本引人入胜的著作中，我们将踏上一场穿越人类知识最前沿的宏大旅程。本书并非聚焦于已知事实的梳理，而是深入探讨那些尚未被完全理解、充满挑战和令人兴奋的现代物理学难题。我们旨在引导读者穿过理论物理学的迷雾，触摸那些在粒子加速器深处、在宇宙最遥远的角落，以及在时空结构的底层运作的根本性问题。 第一部分：宇宙的宏大叙事——广义相对论与宇宙学的未解之谜 本书的第一部分将聚焦于艾尔伯特·爱因斯坦的广义相对论在当代宇宙学中所面临的严峻考验和未解之谜。我们将首先回顾广义相对论的辉煌成就——对引力的几何化描述，以及它如何成功预言了黑洞的存在和引力波的涟漪。 黑洞的视界之内：信息悖论的深渊 核心章节之一将深入探讨“黑洞信息悖论”。这是一个将量子力学与广义相对论置于对立面的经典难题。当物质落入黑洞，其携带的量子信息是否会永久丢失？霍金辐射揭示了黑洞并非永恒的吞噬者，但它带走的“信息”究竟去了哪里？我们将审视防火墙理论、软毛发（Soft Hair）假说，以及最新的全息原理（Holographic Principle）在解决这一悖论中的尝试。这些探索不仅仅是理论上的推演，它们触及了物理学最基本的原理：信息守恒。 暗物质与暗能量：不可见的宇宙主宰 宇宙学观测无可辩驳地指向了我们当前可见的物质只占宇宙总质量-能量的不到5%。本书将详细剖析暗物质（Dark Matter）的间接证据——从星系旋转曲线到引力透镜效应，并梳理当前主流的候选粒子模型，如弱相互作用重粒子（WIMPs）以及更轻的轴子（Axions）。我们不会止步于标准模型的描述，而是会探讨如何通过地下直接探测实验、空间望远镜观测以及对早期宇宙的重塑，来捕捉这些神秘物质的蛛丝马迹。 紧随其后的是对暗能量（Dark Energy）的深入分析。暗能量是驱动宇宙加速膨胀的神秘力量，其本质至今仍是最大的谜团之一。我们将比较对撞观测（如对超新星Ia型数据）的最新结果，探讨宇宙学常数（Vacuum Energy）的精细结构问题——为何其观测值与量子场论的理论预测相差惊人（高达 $10^{120}$ 倍）？我们还将考察替代性的引力理论，如修正的引力（Modified Gravity）模型，它们试图在不引入额外“能量”的情况下解释加速膨胀。 第二部分：微观世界的奇异性——粒子物理学的标准模型之外 现代粒子物理学在过去五十年取得了巨大成功，构建了描述除引力外所有基本力的标准模型（Standard Model）。然而，模型内的“未解决项”和模型外的“缺失组件”同样引人注目。 中微子的质量与味（Flavor） 标准模型最初预测中微子是没有质量的。然而，中微子振荡实验的发现（中微子在不同“味”之间相互转换）证明了它们确实拥有微小的质量。本书将探讨质量的起源——这可能指向“跷跷板机制”（Seesaw Mechanism），预示着比已知粒子重得多的“惰性中微子”（Sterile Neutrinos）的存在。我们还将考察其质量等级对宇宙学的影响，特别是在早期宇宙的重子不对称性（Baryogenesis）形成中的潜在作用。 超越标准模型的新物理学 标准模型虽然完备，但它并非终极理论。它未能解释引力、暗物质、暗能量，也无法解释电弱对称性的自然性问题（Hierarchy Problem）。我们将详细探讨几种最有前景的“新物理学”框架： 超对称性（Supersymmetry, SUSY）： 探讨每一个费米子都有一个玻色子超伴侣的理论，以及LHC目前对其的搜寻进展。超对称如何稳定希格斯玻色子的质量，并可能提供暗物质的候选者。 额外维度（Extra Dimensions）： 探索如卡鲁扎-克莱因理论（Kaluza-Klein Theory）和弦理论中提出的额外空间维度。这些维度可能是紧致卷曲的（如在ADD模型中），或者是以特定的几何结构存在，它们如何通过引力泄漏影响我们宏观世界的物理常数。 第三部分：时空与量子纠缠的深层联系 本书的最后一部分将跨越经典场论的边界，探索量子力学与时空结构之间日益显现的深刻联系。 量子引力之争：弦理论与圈量子引力 如何将描述宏观引力的广义相对论与描述微观物质的量子场论统一起来，是理论物理学的“圣杯”。我们将对比两种主要的尝试： 弦理论（String Theory）： 考察其如何用一维的“弦”来取代点状粒子，以及其对额外维度的要求。我们将讨论M理论的统一愿景，以及其在 AdS/CFT 对应关系中作为量子引力模型工具箱的角色。 圈量子引力（Loop Quantum Gravity, LQG）： 探讨这一背景独立的方法，它如何将时空本身“量子化”，形成离散的“时空原子”网络（Spinfoam）。 引力与纠缠：时空是涌现的吗？ 最前沿的思考指向一个革命性的观点：时空本身可能并非基本实体，而是由量子纠缠（Quantum Entanglement）涌现（Emergent）出来的。我们将探讨 ER=EPR 猜想（爱因斯坦-罗森桥与爱因斯坦-波多尔斯基-罗森对的等价性），以及张量网络（Tensor Networks）在模拟量子多体系统和理解黑洞内部几何结构中的应用。这暗示着，理解纠缠的拓扑结构，或许就是理解引力几何的钥匙。 --- 《无尽边界》不仅是一次对已知知识的回顾，更是一次对未来科学发现的激情展望。它为渴望了解现代物理学最前沿挑战的读者提供了一幅清晰而全面的地图，引导我们直面人类理性所能触及的最深邃、最令人困惑的宇宙奥秘。本书要求读者具备一定的科学素养，但更重要的是，它需要我们保持对未知世界永不满足的好奇心。

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