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页数:165

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出版时间:2010-5

价格:32.00元

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isbn号码:9787504582881

丛书系列:

图书标签:

• 高等数学
• 数学分析
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• 函数
• 极限
• 导数
• 积分

深度探索：现代物理学前沿与宇宙奥秘 图书简介 本书是一部面向对现代物理学前沿领域抱有浓厚兴趣的读者、科研人员及高年级本科生的深度导论性著作。它旨在系统梳理二十世纪以来物理学在微观世界、宏观时空以及信息传递等关键领域取得的突破性进展，并深入剖析当前未解之谜及未来研究方向。全书结构严谨，内容兼具理论的深度和前沿性，力求在保持科学严谨性的同时，提供清晰易懂的阐释。 第一部分：量子世界的基石与拓展 本部分聚焦于量子力学自建立以来的核心概念的深化理解及其在现代物理学中的应用与挑战。 第一章：量子场论的精妙框架 本章将超越传统的非相对论性量子力学，全面介绍量子场论（QFT）的基本构建模块。我们将详细探讨费曼图、重整化群理论的物理图像及其在处理高能散射过程中的不可替代性。重点解析量子电动力学（QED）的精确性及其实验验证的辉煌成就。随后，内容将过渡到量子色动力学（QCD），阐述夸克和胶子如何通过强核力束缚形成质子和中子，并探讨夸克禁闭现象的理论模型。此外，本章还会对某些前沿研究，如非微扰QCD方法的初步探索进行概述，为读者理解强相互作用的复杂性打下基础。 第二章：标准模型的胜利与局限 标准模型（SM）作为描述除引力外所有基本粒子及其相互作用的最成功的理论框架，是本章的核心。我们将详细分解电弱统一理论，解释希格斯机制如何赋予基本粒子质量，并分析希格斯玻色子发现的历史意义。然而，本书不会止步于对成功的赞美，而是深入探讨标准模型的固有局限性，包括对中微子质量的解释不足、缺乏暗物质和暗能量的候选粒子，以及对引力统一的无力等关键问题。通过对这些“已知缺失”，引导读者进入下一部分的探索。 第三章：凝聚态物理的奇特相变 本章将视角从基本粒子转向大量粒子系统中的集体行为。我们将探讨拓扑概念在凝聚态物理中的革命性影响。内容涵盖分数霍尔效应的精确分数量子化的物理机制，以及分数量子霍尔态中准粒子（如分数量子）的非阿贝尔统计特性。随后，重点介绍拓扑绝缘体和拓扑半金属的概念，阐释其独特的表面态和无耗散的导电特性。本章还将涉及高温超导体的最新研究进展，讨论由电子关联效应主导的奇异金属态，试图为理解这些反直觉现象提供新的理论视角。 第二部分：时空、引力与宇宙的宏大叙事 本部分关注物理学中关于空间、时间、物质和能量的终极理论——广义相对论，及其在宇宙学尺度上的应用与挑战。 第四章：广义相对论的几何动力学 本章将系统回顾爱因斯坦场方程的几何解释，强调时空弯曲与物质能量分布之间的深刻联系。我们将详细分析经典解，如史瓦西解、克尔解，并深入探讨黑洞的物理特性，包括事件视界、奇点以及著名的“无毛定理”。此外，本章还将介绍对广义相对论精确检验的最新成果，例如对引力波事件的观测如何验证了强引力场下的动力学预测。 第五章：宇宙学的观测证据与标准模型 本章致力于构建现代宇宙学的基本图像。从弗里德曼方程出发，阐述大爆炸模型的演化过程，包括暴胀理论如何解决视界问题和磁单极子问题。重点分析宇宙微波背景辐射（CMB）的性质及其各项异性，将其视为早期宇宙的“快照”。我们将详细解析宇宙加速膨胀的观测证据——来自Ia型超新星的数据，并引入$Lambda$CDM模型作为当前描述宇宙演化的最佳拟合框架。 第六章：暗物质与暗能量的探寻 这是关于宇宙中绝大部分成分的专门讨论。针对暗物质，本章将回顾包括引力效应、弱引力透镜效应在内的多种间接和直接探测证据，详细对比WIMP、轴子等主流候选模型的理论特性和实验搜索策略。对于暗能量，本章将超越简单的宇宙学常数模型，探讨例如修改引力理论（如$f(R)$引力）或动态标量场模型（如昆托斯）如何试图解释这一加速膨胀的驱动力，并分析不同模型对未来宇宙演化的长期影响。 第三部分：前沿交汇与理论的未来方向 本部分聚焦于当前理论物理学中最具挑战性和前景的研究领域，探讨不同物理学分支的融合趋势。 第七章：量子引力的几何化尝试 引力与量子力学的冲突是现代物理学的核心矛盾。本章将深入探讨最主要的两种尝试解决此冲突的理论路径。首先是对弦理论（String Theory）的全面介绍，包括其对基本粒子的描述、多维空间的概念、以及T对偶性和S对偶性等非微扰特性。随后，将详细阐述圈量子引力（Loop Quantum Gravity, LQG）的基本思想，重点解析“时空原子”的概念，以及它是如何通过对广义相对论进行规范化而自然地排除时空奇点的。本章旨在对比这两种理论在背景独立性、可观测性等方面的差异与优势。 第八章：信息、熵与时空边界 近年来，信息论与引力理论的交叉研究为理解黑洞物理和时空起源提供了新视角。本章将引入黑洞热力学，详细阐述贝肯斯坦-霍金熵的物理意义，特别是其与黑洞视界面积的关系。随后，深入探讨霍金辐射的机制及其在信息悖论中的核心地位。接着，本章将介绍AdS/CFT对偶性（反德西特/共形场论对偶），解释这一强大的“全息原理”如何将一个引力系统与其边界上的量子场论联系起来，为研究强耦合量子引力问题提供了一个可处理的数学工具。 第九章：复杂系统中的涌现与交叉学科 物理学的最新发展正越来越多地与其他学科交叉。本章将讨论物理学原理如何指导对复杂系统的理解。内容包括非平衡态统计力学的最新进展，特别是如何利用熵增原理和信息获取来描述生命体或人工系统的动力学。此外，本章还将触及量子计算和量子信息理论的物理基础，分析量子退火、量子纠错码的物理实现难度，以及它们对未来信息科学的潜在颠覆性影响。本章旨在展示物理学的普适性及其在理解跨尺度、跨领域复杂现象中的核心地位。 本书力求通过对这些深度主题的系统梳理，为读者构建一个清晰、连贯且与时俱进的现代物理学知识图谱，激发读者对未解之谜进行独立思考和深入探索的兴趣。

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