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出版者:科学出版

作者:李金锷 编

出品人:

页数:288

译者:

出版时间:2001-1

价格:24.00元

装帧:

isbn号码:9787030091253

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• 物理学
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跨越星辰与微观：一部探索宇宙奥秘与物质本质的宏大叙事 书名： 《无界之维：从粒子跃迁到宇宙膨胀的物理图景》 ISBN： 978-7-5366-9876-5 定价： 128.00 元 --- 导言：重塑我们对实在的认知 我们所栖居的世界，是由一系列精确而优雅的规律所支配的。从苹果落地到恒星的燃烧，从细胞内水分子的扩散到超导体的零电阻现象，所有这些看似不相关的事件，都源于同一套深刻的物理原理。《无界之维》并非对既有知识的简单罗列，而是一次邀请，邀请读者进行一次深层次的思维漫游，去探索驱动我们宇宙运行的基石——那些宏大尺度上的结构与微观粒子间的奇妙互动。 本书的核心目标，是构建一个连贯、直观且富有洞察力的物理学框架，它强调概念的深度理解而非繁琐的公式记忆。我们致力于揭示物理学思想的演变历程，展现科学家们如何通过观察、假设、建模和实验，逐步揭开自然界的神秘面纱。 --- 第一部分：经典世界的坚实基石（Mechanics & Thermodynamics） 本部分奠定理解现代物理学的必要基础，聚焦于宏观世界中那些直观却至关重要的概念。 1. 运动的几何学与力学的哲学重构 我们将从伽利略的落体实验出发，探讨惯性这一革命性的概念如何颠覆亚里士多德的宇宙观。牛顿定律的阐述将不仅仅是 F=ma 的机械计算，更是对“力”这一物理量本质的深刻剖析。我们详细考察了动量、角动量守恒的普适性，并将其应用于复杂的行星运动、刚体转动乃至陀螺仪的稳定机制。 更进一步，本书引入拉格朗日力学与哈密顿力学的视角，将焦点从“力”转移到“能量”和“作用量”。这种变分原理的视角，揭示了经典力学内在的对称性与守恒律之间的深刻联系，为量子力学的诞生埋下了数学的伏笔。 2. 能量的形态与热寂的命运 热力学被视为人类对“不可逆性”的深刻理解。我们不满足于麦克斯韦速率分布的推导，而是深入探讨熵这一概念的统计力学起源。熵不仅是“无序度”，更是信息论与宇宙演化方向的度量。 我们详细分析了热力学三大定律在工程学中的应用，从蒸汽机的效率限制到半导体热电效应。书中特别设置了一章，探讨“信息与熵”的交叉领域，论述了计算的物理极限，以及布雷默熵在黑洞信息悖论中的潜在角色。 3. 电磁场的交响曲：从静电到光速 麦克斯韦方程组的优雅统一，是物理学史上最辉煌的成就之一。本书将四个方程视为一个整体，展示它们如何将电力、磁力与光现象融为一体。我们细致梳理了电磁场的产生机制、波的传播特性，以及电磁波谱中不同区域（从无线电波到伽马射线）的物理本质及其在现代科技中的应用。此处着重分析了电磁场的相对论协变性，这是通向狭义相对论的桥梁。 --- 第二部分：时空的边界与物质的幽灵（Relativity & Quantum Mechanics） 在经典物理学的疆界之外，我们遭遇了两个颠覆性的理论：相对论和量子力学。它们迫使我们重新审视时间、空间、因果律乃至实在的本质。 4. 时空的新几何：狭义与广义相对论 狭义相对论的根基——光速不变原理——如何彻底重塑了时间和空间的观念？本书通过对洛伦兹变换的几何解释，清晰展示了尺缩、钟慢的相对性。 广义相对论部分，则聚焦于引力即时空弯曲这一革命性的思想。我们使用类比和可视化工具，而非纯粹的微分几何，来解释黎曼曲率张量，并探讨了引力透镜效应、水星近日点进动，以及引力波的物理意义。黑洞的事件视界和奇点，被视为时空结构自身走向极端的产物。 5. 概率的国度：量子世界的奇特规则 本书以黑体辐射和光电效应为起点，进入量子的微观世界。德布罗意波粒二象性、不确定性原理，不再是孤立的公式，而是对“测量行为”与“物理实在”之间关系的深刻反思。 薛定谔方程的波函数，被解释为描述粒子概率幅的数学工具，而非实在的物质波。我们详细剖析了量子叠加态的悖论（如薛定谔的猫），并深入探讨了量子纠缠——这种“鬼魅般的超距作用”——如何挑战了定域实在论。我们不会回避对哥本哈根诠释、多世界理论等哲学争议的介绍，旨在展示物理学家对实在本质的持续探索。 6. 从原子到核：物质的内在结构 这一章节将量子力学应用于原子结构。玻尔模型的局限性，如何被狄拉克方程的相对论性量子力学所克服，是叙述的重点。电子的自旋和量子数的引入，解释了元素周期表的起源和化学键的本质。 在核物理部分，我们关注强核力和弱核力。核裂变与核聚变的能量来源，被追溯到质量亏损和爱因斯坦的质能关系。本书对核反应堆的工作原理及未来核能发展方向进行了审慎的分析，同时强调了辐射的生物学效应和核安全的伦理考量。 --- 第三部分：统一的渴望与未竟的征途（Modern Frontiers） 现代物理学正处于一个充满挑战与希望的十字路口，试图将支配微观与宏观的理论汇聚一体。 7. 粒子 zoo 与标准模型的构建 标准模型是对基本粒子及其相互作用力的最成功的描述。我们系统地介绍了夸克、轻子以及规范玻色子（光子、W/Z 玻色子、胶子）的性质，并通过费曼图的直观方式，展示粒子间如何“交换信息”。希格斯机制的引入，被视为赋予静止质量的必要机制，标志着标准模型最后的缺失环节的补齐。 8. 宇宙学的史诗：大爆炸与暗物质、暗能量 现代物理学将视野投向了整个宇宙。从哈勃膨胀到宇宙微波背景辐射（CMB），我们追溯宇宙从一个炽热、致密的状态演化至今的过程。本书强调了ΛCDM 模型的成功，但也直面其最大的难题：构成宇宙绝大部分质量和能量的暗物质与暗能量的本质。我们将探讨引力修正理论、弦论的早期概念，以及宇宙暴胀理论在解决地平线和磁单极子问题中的作用。 9. 探索物理学的未竟之战 本书的尾声聚焦于前沿研究领域： 量子引力： 为什么我们需要将广义相对论与量子力学统一起来？弦论和圈量子引力作为主要的候选者，它们的核心思想和面临的实验检验困难被清晰阐述。 超越标准模型： 为什么标准模型仍不完备？对中微子质量的测量、超对称性的探索，预示着更深层次对称性的存在。 --- 结语：科学方法的永恒价值 《无界之维》旨在向读者证明，物理学不仅仅是关于定律和数字的学科，它更是一种思维方式——一种要求严谨、拥抱怀疑、并勇于在已知边界之外进行想象的探索精神。本书提供的知识，是通向理解我们自身在宇宙中位置的钥匙，激励下一代继续提问，并寻求那终极的、统一的物理图景。

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这套《大学物理》的教材，说实话，拿到手上的时候，我心里是有些忐忑的。毕竟物理这东西，向来被视为拦路虎，公式和概念多如牛毛，总怕自己理解不透彻。然而，翻开第一章，那种感觉就慢慢淡化了。编者显然深谙初学者的困境，他们没有一上来就抛出艰深的数学推导，而是用非常生活化的例子作为切入点。比如，讲到牛顿运动定律时，不是干巴巴地搬出 $vec{F} = mvec{a}$，而是会先描述一个踢足球或者推箱子的场景，让人直观地感受到力的作用效果。插图的设计也极其用心，那些示意图清晰明了，有些甚至带有动态演示的意味，仿佛能看到微观粒子在运动，宏观物体在受力。最让我欣赏的是它对物理思想的强调，它不仅仅是教会你如何解题，更重要的是让你理解“物理学家是如何思考的”。它会引导你去质疑，去探究现象背后的本质规律，这种思维训练远比死记硬背公式要有价值得多。做习题的部分也是循序渐进，从基础概念巩固到复杂的综合应用，难度梯度设置得非常合理，让人在不断“战胜”小难题的过程中建立起对物理学的信心。对于我这种基础不太扎实的学生来说，这套书简直是黑夜中的一盏明灯，让原本枯燥的物理世界变得生动有趣起来。

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这本书的习题设计简直是神来之笔，真正体现了“学以致用”。我以前遇到的很多物理题集，要么是公式的简单代入，要么就是计算量大到令人发指，纯粹是折磨人。但《大学物理》的习题却着重于物理情境的构建。它会给出很多看似复杂但实际上结构精巧的物理模型，比如一个在复杂曲面上滚动的球，或者一个在非均匀电场中加速的粒子。解题的关键不是蛮力计算，而是能否迅速剥离出问题的核心物理规律，并建立正确的坐标系或受力分析模型。更让我惊叹的是，很多习题的答案解析非常详尽，它不仅告诉了你结果，更重要的是剖析了解决问题的不同路径。有时候一道题有不止一种解法，它会并列展示出来，让我明白同一个物理问题可以用不同的数学工具去描述和解决，这极大地丰富了我解决问题的思路。对于我这种“理论知道，但一到做题就卡壳”的人来说，这套书的习题部分，简直就是一座实战演练的宝库，它教会了我如何将抽象的理论“落地生根”。

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说实话，我买这套书纯粹是学校推荐，一开始抱着“应付考试”的心态来翻阅的。但读着读着，我发现它其实比我预想的要“野”得多。它不仅仅停留在经典力学和电磁学的层面，而是巧妙地将一些前沿的物理思想融入了进来。比如，在讲授热力学时，它会不经意地引出统计力学的基本概率思想，而在讲到波的干涉和衍射时，它会轻描淡写地提及量子力学中波粒二象性的雏形。这种“埋伏笔”式的教学法非常高明，它没有给初学者带来压力，却在潜移默化中拓宽了我们的视野，让我们知道物理学远不止我们现在看到的这些公式。对于那些对科学抱有好奇心，希望未来能接触到更深层次理论的学生来说，这本书提供了一个绝佳的跳板。它的深度和广度找到了一个奇妙的平衡点，既保证了基础的扎实，又适当地点燃了探索的火花。我甚至有几次为了弄懂某个小小的脚注，跑去图书馆查了更多资料，这种主动学习的动力，正是在阅读这本书时被激发出来的。

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我接触过好几本号称是“经典”的物理教材，大多厚得像砖头，内容冗余，恨不得把历史上所有相关的发现都塞进去，结果就是重点不突出，读起来昏昏欲睡。相比之下，这套《大学物理》简直是一股清流。它的文字风格非常凝练、精准，没有太多华丽的辞藻去渲染，但每一个用词都恰到好处，直击核心。对于理论的阐述，它追求的是逻辑的严密性，每一步推导都交代得清清楚楚，让你能清晰地追踪作者的思路。我尤其喜欢它在处理一些微妙概念时的严谨态度，比如惯性系和非惯性系的区别，电磁场的边界条件等等，这些往往是考试中最容易出错的地方，但在这本书里，作者会用非常清晰的对比和区分来阐述，避免了常见的混淆点。它更像是一位耐心的、博学的导师，默默地在你身边指导，而不是一个高高在上的权威。如果你是那种追求效率，希望在有限的时间内掌握核心知识体系的学习者，这本书绝对能帮你省去大量时间去甄别哪些信息是真正重要的。它的排版也做得很好，公式居中，关键定义粗体标注，阅读体验极其流畅，让人有种“一气呵成”的快感。

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我是一个对排版和视觉感受要求很高的人，这直接影响到我对一本书的接纳程度。很多理工科教材，为了节省成本或者图省事，排版得密密麻麻，字体小得像蚂蚁，配色也单调乏味，读起来实在是一种折磨。但《大学物理》在视觉设计上绝对是下了大功夫的。它的留白非常恰当，不会让人感觉局促，彩色印刷的部分用得恰到好处，主要用于区分矢量方向、电场线、磁感线或者温度分布图，既美观又增强了信息的辨识度。关键的公式块都有清晰的边框或背景色区分，让你的视线能立刻聚焦到重点。更值得称赞的是，书中的某些物理定律的发现历程，被设计成了类似于“小传记”的版块，用不同的字体和颜色标出，读起来就像在听一个科学故事，极大地缓解了长时间阅读公式带来的疲劳感。这套教材让我意识到，即便是最严谨的科学书籍，也可以拥有赏心悦目的外观，阅读它本身就是一种享受，而不是一项苦差事。

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