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出版者:北京工业大学出版社

作者:朱思瑾

出品人:

页数:336

译者:

出版时间:2003-6-1

价格:21.00

装帧:平装(无盘)

isbn号码:9787563908042

丛书系列:

图书标签:

• 物理学
• 大学教材
• 2004年出版
• 高等教育
• 自然科学
• 理工科
• 基础物理
• 大学物理
• 物理学教材
• 经典物理

《宇宙的奥秘：从微观到宏观的探索》 第一章 物质的本质与结构：重塑我们对实在的认知 本书伊始，我们将潜入物质世界的深层结构，探索构成宇宙万物的基本单元及其相互作用的规律。不同于宏观尺度上的直观感受，微观领域展现出一种令人惊叹的复杂性和不确定性。 1.1 量子世界的奇异图景 我们将深入剖析量子力学的核心概念。爱因斯坦、玻尔、海森堡等先驱者的思想碰撞，如何构建了一个描述原子、亚原子粒子行为的数学框架。重点探讨波粒二象性——光子和电子如何同时展现出波动和粒子的特性。通过对薛定谔方程的阐释，我们将理解波函数的物理意义，以及它如何描述粒子在空间中概率性的分布。测不准原理并非测量技术的缺陷，而是宇宙的基本属性，它限定了我们同时确定粒子位置和动量的能力。 1.2 基本粒子与标准模型 物质的最小组成部分是什么？本章将全面介绍粒子物理学的标准模型。我们将详细介绍十二种基本费米子（夸克与轻子），它们如何构成我们周围的一切物质，以及六种规范玻色子（光子、W、Z 玻色子、胶子）如何介导基本力。费米子之间的强相互作用力，由胶子传递，构成了质子和中子的内部结构。我们还会探讨希格斯玻色子及其质量的起源，这是粒子获得质量的关键机制。标准模型虽然取得了巨大的成功，但我们也需审视其局限性，如对引力的忽略和对暗物质、暗能量的解释缺失。 1.3 凝聚态物理：从原子到复杂材料 当我们考察大量粒子聚集在一起时，会涌现出全新的宏观性质。凝聚态物理学是研究这些集体行为的领域。我们将从晶体结构入手，理解周期性排列如何导致能带的形成，进而解释导体、半导体和绝缘体的区别。深入探讨超导现象——在极低温度下电阻完全消失的奇特状态，以及它背后的BCS理论。此外，磁性材料、液晶以及拓扑绝缘体等前沿概念也将被引入，展示物质形态的丰富多样性。 --- 第二章 能量、运动与时空：经典物理的基石与革命 本章聚焦于描述宏观世界运动规律的物理学理论，从牛顿力学的精确预言到爱因斯坦相对论对时空观念的颠覆。 2.1 牛顿体系：精确的宏观描述 回顾经典力学的基石：牛顿三大定律。我们将探讨动量、角动量等守恒量的重要性，它们是理解系统演化的关键。通过对功和能量概念的系统性梳理，理解保守力场和势能的描绘能力。本书将通过具体的实例（如行星轨道、弹道问题）来演示牛顿力学在非相对论速度下的强大解释力。 2.2 热力学与统计力学：从微观到宏观的桥梁 热力学关注宏观系统的能量转化和平衡。我们将详细分析热力学三大定律，特别是熵的概念——衡量系统无序程度的物理量。熵增原理揭示了时间之箭的方向性。随后，统计力学如何通过概率方法将微观粒子的随机运动与宏观的热力学量（如温度、压力）联系起来，为理解气体动力学和相变提供了坚实的理论基础。 2.3 狭义相对论：速度极限与时空交织 光速不变原理如何彻底改变了我们对时间、长度和质量的理解？本章将系统阐述狭义相对论的两个基本公设。我们将推导出洛伦兹变换，解释时间和空间的相对性，例如时间膨胀和长度收缩。质量与能量的等效关系 $E=mc^2$ 不仅仅是一个公式，它标志着物质和能量的统一，为核物理学奠定了理论基础。 2.4 广义相对论：引力的几何化 广义相对论将引力解释为时空本身的弯曲。我们将探讨等效原理——引力效应与加速运动的不可区分性。重点分析爱因斯坦场方程，理解物质和能量如何“告诉”时空如何弯曲，而时空的弯曲又“告诉”物质如何运动。本书将讨论该理论的关键验证：水星近日点进动、光线在太阳附近的弯曲，以及引力红移。 --- 第三章 宇宙的宏大叙事：从大爆炸到未来图景 本章将视角拉升至宇宙的尺度，探索宇宙的起源、演化历史以及其中存在的未解之谜。 3.1 宇宙学的观测基础 现代宇宙学建立在坚实的观测证据之上。我们将回顾哈勃-勒梅特定律及其对宇宙膨胀的揭示。随后，详细阐述宇宙微波背景辐射（CMB）的发现及其意义——它是宇宙诞生后不久的“余晖”，为大爆炸模型提供了决定性的证据。我们将分析 CMB 中的微小温度涨落，它们是未来星系形成的“种子”。 3.2 大爆炸模型与早期宇宙 本书将按时间顺序重建宇宙的演化历程：从一个密度和温度极高的奇点开始，经历暴胀时期，物质和反物质湮灭，到基本粒子和原子核的形成。重点讨论原初核合成（Big Bang Nucleosynthesis），它成功解释了宇宙中氢、氦以及微量锂的丰度。随后，我们将讨论“复合”时期，即电子和原子核结合形成中性原子的时刻，此时宇宙变得透明，释放出 CMB。 3.3 结构形成与星系的演化 在引力的作用下，物质如何从均匀分布演变为星系、星系团和超星系团的复杂网络？本章将探讨物质波动的线性增长过程，以及暗物质在结构形成中扮演的关键角色。我们将审视恒星的生命周期，从分子云坍缩到主序星，再到白矮星、中子星和黑洞的命运。并讨论活动星系核和超大质量黑洞对星系演化的反馈效应。 3.4 暗物质与暗能量：未知的统治者 现代宇宙学面临两大核心难题：暗物质和暗能量。我们将探讨支持暗物质存在的间接证据：星系旋转曲线、引力透镜效应以及星系团的动力学证据。并讨论搜寻WIMP或轴子等候选粒子的实验尝试。同时，我们将深入分析驱动宇宙加速膨胀的暗能量——可能是宇宙学常数或某种动态场。理解这两种“暗”成分，是揭示宇宙最终命运的关键。 --- 第四章 波动、场与信息：超越粒子的描述 本章从更抽象的角度审视物理学，探讨场论的统一性以及波动现象在自然界中的普遍性。 4.1 电磁学：光的本质与统一 我们将从法拉第、麦克斯韦的工作出发，理解电场和磁场的统一性。麦克斯韦方程组是经典物理学的巅峰之作，它不仅统一了电、磁和光，还预言了电磁波的存在及其传播速度。本章将讨论电磁波的产生、传播特性，以及它在光现象（衍射、干涉、偏振）中的表现。 4.2 从经典场到量子场 为了将电磁力纳入量子力学框架，需要引入量子场论（QFT）。QFT 将粒子视为场激发的基本量子。我们将概述量子电动力学（QED）——第一个成功的量子场论，它精确描述了光与带电粒子之间的相互作用。本书将简要介绍如何在 QFT 中处理粒子产生和湮灭的过程。 4.3 简谐振动与波的普遍性 从单摆到电路中的 LC 振荡，再到水波和声波，简谐运动是自然界中最基本的周期性现象。本章将分析这些系统的动力学方程，理解频率、周期和振幅的概念。随后，将波的特性（叠加原理、相速、群速）应用于不同的物理介质，展示波动描述在物理学中无处不在的强大统一性。 --- 结语：物理学的边界与展望 本书的收尾部分将探讨当前物理学研究的最前沿和尚未解决的重大问题，例如量子引力理论的探索（如弦理论或圈量子引力）、对“真空能”的理解，以及寻找超出标准模型的物理学证据。物理学的征途永无止境，每一次深入的探索都将重新定义我们对“存在”的理解。

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我对这本书的印象，可以用“挑战性”来形容。它不是那种读完后让你拍案叫绝、感叹人类智慧的奇书，更像是一次马拉松式的智力训练。里面的习题部分简直是“魔鬼级别”的，尤其是一些涉及到多变量微积分和拉格朗日方程的应用题，我花了整整一个下午，对着一道关于一个摆锤在非均匀电场中运动的题目冥思苦想，最终还是不得不查阅了后面附带的极简答案，而且答案本身也只是给出了最终结果，中间的推导过程需要读者自己脑补完成。这种设计哲学，我猜测是为了培养读者的独立解决问题的能力，但对我来说，更像是被直接扔进了深水区，缺少必要的浮力辅助。我记得书里有一处关于热力学第二定律的阐述，它没有用宏观的蒸汽机效率来举例，而是直接深入到微观粒子的统计分布上进行论证，逻辑链条之长，让我感觉像是在走迷宫。每当我以为快要接近结论时，作者又抛出了一个新的边界条件或者假设，让你不得不回溯前文，重新审视基础。这本书的价值或许在于它对“精确”二字的极致追求，但这种追求，也让它失去了很多与普通读者建立情感连接的机会。它就像一个武林高手，招式繁复到极致，让人眼花缭乱，却忘了“大道至简”的道理。

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这本书给我的最大感触是它的“冷峻”。它似乎完全不关心读者的情绪波动，也不试图用任何生动的叙事手法来软化那些坚硬的数学结构。我记得我翻到关于相对论基础的那一章时，期望能读到爱因斯坦的洞见和那种颠覆认知的震撼，但书中对狭义相对论的介绍，完全是从洛伦兹变换的数学推导开始，然后迅速过渡到四维时空的概念，整个过程严密、无可指摘，却也干巴巴、毫无生气。它就像一份未经润色的原始数据报告，准确地告诉你“是什么”，却从未试图解释“为什么会这样令人着迷”。我甚至觉得，作者在编写这本书时，似乎对“物理之美”这个概念是持保留态度的。它将物理学视为一个纯粹的逻辑结构，而非人类探索自然奥秘的史诗。我更喜欢那些在解释完公式后，会用一小段文字来描绘这个公式在宏观世界中的具体体现，或者它在人类科学史上的里程碑意义的著作。这本书没有这些，它只负责把知识点堆砌得无比坚固。读完它，我明白了规则，但没有被物理世界的奇迹所打动，这对于一本涉及如此宏大主题的读物来说，是一个不小的遗憾。

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这本书，说实话，拿到手的时候我就有点懵。封面设计得……怎么说呢，挺朴素的，甚至有点过时，就像是九十年代末期大学教材的风格，厚厚的一本，拿在手里沉甸甸的，感觉像是要啃下一块硬骨头。我本来是冲着它名字里带着的“物理”二字来的，以为能找到一些关于宇宙奥秘或者量子纠缠的引人入胜的探讨，结果翻开目录，第一页就是密密麻麻的公式和一些看起来非常基础的力学概念。我记得我当时的心情是有点失落的，仿佛期待着一场太空探险，结果却被要求先学会系鞋带。书里的语言风格极其严谨，几乎没有一处是闲笔，每一个定义、每一个定理的阐述都像是在法庭上辩论，力求无懈可击，但这种过度严谨反而让初学者望而却步。我尝试去读第一章，关于运动学的描述，它用了一种非常抽象的向量表示法来定义位移，虽然数学上精确无误，但对于我这种更倾向于视觉化理解的人来说，简直是灾难。读完一个段落，我感觉脑子里塞满了符号，而不是清晰的物理图像。这本书似乎是为那些已经对微积分和线性代数有深刻理解的人准备的“进阶手册”，而不是面向大众的科普读物。我后来不得不去网上找一些动画解释来辅助理解书中的某些基础概念，这让我觉得，一本好的教材，应该尽可能地降低读者的认知负荷，而不是反其道而行之。它更像是一份详尽的参考资料库，而不是一本引导性的旅程日志。

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这本书的装帧和排版，坦白说，是另一个让我印象深刻的点——负面意义上的。我拿到的是平装版本，纸张的质量中规中矩，但油墨印刷似乎有些粗糙，在某些公式密集的地方，字母和数字的边缘略有重影，长时间阅读下来，眼睛非常容易疲劳。更令人抓狂的是它的插图。虽然图示的数量不少，试图用图形来辅助解释复杂的物理现象，但这些图往往都是二维的、线条勾勒的示意图，缺乏现代教材中常见的色彩区分和三维透视感。例如，在讲解电磁场中磁力线的分布时，书中的图示显得过于单调和拥挤，让我很难分辨出哪些是导线、哪些是磁感线，哪些是辅助性的矢量箭头。我感觉作者在绘制这些图的时候，似乎坚信“读者可以自行脑补一切细节”，这种自信是需要付出代价的。而且，全书的索引系统也做得非常不友好，很多关键术语或者公式的引用标记不够清晰，导致我需要频繁地在章节间来回翻阅，查找某个特定概念的最初定义或推导过程，极大地打断了阅读的流畅性。如果能把关键公式用醒目的边框标出，或者在索引中加入更详细的页码定位，阅读体验会提升不止一个档次。这本书更像是为那些手边备有放大镜和足够耐心的人准备的工具书，而不是可以轻松携带、随时翻阅的良伴。

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我尝试用这本书来预习我大学里一门高阶的理论力学课程，结果发现，这本书的“时间感”非常陈旧。它似乎固守着几十年前的教学范式，虽然经典理论永恒，但知识的呈现方式却可以与时俱进。书中对许多现代物理学分支的提及，都显得非常简略和边缘化，仿佛它们只是不那么重要的“脚注”。比如，在讨论到场论的部分，它的处理方式仍然停留在较为古典的偏微分方程层面，对于现代微分几何在场论中的应用几乎没有涉及，这使得我感觉自己学到的知识缺乏广度和前瞻性。这本书的结构非常线性，从牛顿力学稳步推进到拉格朗日和哈密顿体系，这种线性推进本身没有问题，但它在概念的衔接处处理得有些生硬。它很少提供不同物理分支之间的横向联系，比如，它不会主动将热力学中的熵概念与信息论中的熵进行类比，或者在讨论波动性时，将光波与物质波的统一性进行更深入的探讨。读完后，我感觉自己掌握了一套工具箱，但不知道如何将这些工具箱里的工具组合起来解决更复杂的、跨学科的问题。它是一本很好的“守旧派”教科书，强调根基的扎实，但对于培养现代物理学所需的交叉学科思维，帮助略显不足，显得有些“闭门造车”。

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