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页数:302

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出版时间:2003-6

价格:33.50元

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isbn号码:9787502431792

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探秘星辰与物质的边界：《宇宙拓扑与量子引力漫谈》 作者： [此处留空，或填入一个富有学识色彩的笔名] 出版社： [此处留空，或填入一个专注于高深理论物理的假想出版社名称] 版次： 首次修订版 --- 内容提要： 本书并非聚焦于宏观结构或日常可感的力学现象，而是将读者的目光引向宇宙最深邃、最令人困惑的两个前沿领域：宇宙学的拓扑结构与量子场论框架下的引力描述。我们试图搭建一座桥梁，连接爱因斯坦的广义相对论在宇宙尺度上的宏大叙事，与普朗克尺度上物质与时空的基本量子行为。全书以严谨的数学推导为骨架，辅以深刻的物理洞察力为血肉，旨在为具备扎实高等数学和基础理论物理功底的读者，提供一个理解当代物理学最前沿挑战的全面导览。 第一部分：时空几何的拓扑约束 在本书的开篇，我们将摒弃传统欧几里得几何的束缚，深入探索黎曼几何在描述弯曲时空中的核心地位。然而，我们的讨论并未止步于局部曲率的描述，而是迅速转向了全局性质——拓扑学。 第一章：流形与边界条件 本章首先回顾了微分流形的概念，重点阐述了如何利用纤维丛来结构化描述物理场，例如电磁场或规范场。随后，我们将引入同调与上同调理论，用以刻画时空的“洞”和连通性。读者将了解到，宇宙的全局拓扑结构——例如，它是否是有限的、自相交的（如环形宇宙），或是具有复杂非平凡拓扑（如庞加莱空间）——如何通过观测到的宇宙微波背景（CMB）的等温图中的周期性信号进行检验。我们将详细探讨如何通过分析CMB的功率谱中的特征模式，来排除或确认特定的拓扑形貌，理解“可观测宇宙”边界之外的可能性。 第二章：虫洞、时空截面与奇点理论 深入拓扑结构的应用，本章着眼于极端时空配置。我们将从爱因斯坦场方程的解出发，考察史瓦西、克尔以及林迪斯-梅耶尔等经典解的拓扑性质。重点分析了爱因斯坦-罗森桥（虫洞）的数学构造，并批判性地探讨了其在理论上形成稳定、可穿越路径所需的负能量条件的物理可行性。此外，我们还将详细分析奇点的拓扑性质，讨论Penrose-Hawking 奇点定理的深层含义，即在何种物理条件下，时空必然会在有限时间内“坍缩”或“爆炸”，并探讨是否存在避免奇点的“周界理论”（Boundary Theories）。 第三部分：量子场论视域下的引力 本书的第二大部分，将焦点从宏观几何转向微观的量子涨落，试图调和引力与量子力学的基本矛盾。 第三章：量子化引力场的先驱尝试 在严格的量子场论（QFT）框架内对引力进行量子化是极具挑战性的。本章首先回顾了将引力视为自旋为2的玻色子场的尝试，并分析了费曼图在描述引力子相互作用中的局限性——即不可重整化问题。我们详细考察了有效场论（EFT）的方法，如何通过限制能量尺度，在低能区对引力进行有意义的计算，但这并不能解决紫外发散的根本问题。本章还将对背景独立性在QFT中的困难进行深入剖析。 第四章：弦论与M理论的几何化路径 为了克服QFT的局限，本书转向了超弦理论。我们不将弦论视为简单的粒子替代方案，而是将其视为一种背景独立的几何理论的可能实现。本章将详细介绍玻色弦和超弦的激发态，并重点分析D-膜的概念，理解它们如何作为低维子空间，为描述边界条件和开放弦的终点提供框架。随后，我们将探讨T对偶、S对偶与U对偶，揭示不同弦理论之间的深层联系，并分析这些对偶性如何暗示了物理定律在不同尺度下的等价性。 第五章：圈量子引力（LQG）与时空离散化 作为弦论的主要竞争者，圈量子引力（LQG）提供了一种完全不同的量子化路径。本章的核心在于理解阿斯泰卡-斯莫林（Ashtekar-Smolin）变量如何将广义相对论重新表述为一种规范理论。我们将深入讲解自旋网络（Spin Networks）和自旋泡沫（Spin Foams）的概念，它们代表了时空的量子离散化的基态和演化过程。读者将了解到，在LQG中，面积和体积不再是连续变量，而是具有最小量子单位，这为解决奇点问题提供了结构性的替代方案。本章还将对比LQG在描述量子宇宙学（如大爆炸的替代模型）方面的优势和挑战。 第四部分：边界、全息与信息悖论 在本书的收官部分，我们将探讨量子引力理论在涉及信息和边界时的核心议题。 第六章：黑洞热力学与信息守恒 本章从霍金辐射的半经典推导出发，确立了黑洞的熵与事件视界面积成正比的物理事实。我们将详细探讨Bekenstein-Hawking熵公式的深层意义，以及它如何强烈暗示了引力与信息论的内在联系。随后，我们将聚焦于黑洞信息悖论：当信息落入黑洞后，是否能够通过霍金辐射被导出？我们分析了防火墙假说和软毛理论等前沿概念，探讨信息在量子引力背景下如何被编码和存储。 第七章：AdS/CFT 对应与全息原理 全息原理是连接量子引力和量子场论的最有力工具之一。本章将详细阐述反德西特空间/共形场论（AdS/CFT）对应关系，即在特定维度上，一个包含引力的量子理论（如弦论）等价于一个不包含引力的，但维度低一级的量子场论。我们将分析这种对应关系如何允许物理学家使用更成熟的CFT工具来计算强耦合引力系统的性质，如粘滞系数。最后，我们将讨论全息原理对理解引力起源的启发：引力本身是否仅仅是底层量子自由度的一种涌现现象？ --- 本书的特点： 本书对读者的数学要求极高，要求熟练掌握张量分析、微分几何基础、群论以及高等量子场论的知识。行文风格侧重于理论的内在逻辑和物理图像的构建，避免了对实验观测数据的过多依赖（因为当前直接观测量子引力效应的手段尚属理论）。全书旨在提供一个清晰的、非教条化的视角，审视当代物理学试图统一所有基本力的宏伟蓝图。 适合读者： 理论物理学研究生、高年级本科生、致力于研究广义相对论、弦论、圈量子引力及宇宙学拓扑结构的科研人员。

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这本书的深度和广度都让人印象深刻，它不仅仅停留在线弹性力学的范畴，而是很自然地过渡到了更前沿和更复杂的领域。我惊喜地发现，在基础章节之后，作者竟然用相当大的篇幅系统地介绍了塑性理论的基本框架，并且很巧妙地将这些内容与疲劳和蠕变等时间依赖性的问题联系起来，形成了一个完整的材料行为认知体系。这种前瞻性的编排，使得这本书的生命周期非常长，它既可以作为入门的坚实基础，也可以作为深入研究的参考手册。特别是它对数值模拟方法的引入，虽然篇幅不长，但却点明了现代工程分析的趋势，提示读者在掌握经典解析方法的同时，不能忽视有限元分析等工具的重要性。总体来说，阅读这本书的过程，更像是一次系统性的思维训练，它塑造的不是解题技巧，而是对工程世界中材料如何“思考”和“反应”的深刻洞察力，这才是任何一本优秀教材最核心的价值所在。

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这本书的内容组织逻辑性强得令人佩服，它像一条精心铺设的轨道，引导着读者的思维一步步深入。开篇没有立刻陷入繁琐的公式推导，而是花了大篇幅去探讨“为什么我们需要研究这些？”以及“这些现象在实际工程中是如何体现的？”这种溯源式的讲解方式，极大地激发了我对后续学习的兴趣。比如，它在讲解材料在不同载荷下的响应时，并没有简单地罗列公式，而是通过一系列巧妙设计的思想实验来剖析其内在机理。我记得有一个章节专门讨论了材料的疲劳问题，作者没有直接给出S-N曲线的定义，而是先描述了一个桥梁在长期使用中发生断裂的场景，然后慢慢地将我们带入到微观层面的裂纹萌生与扩展过程，这种叙事手法让原本冰冷的物理定律变得生动起来，充满了故事感。而且，书中对不同理论模型的适用范围和局限性进行了非常坦诚的讨论，没有把任何一种模型神化，而是清晰地指出了它们在特定条件下的边界，这对于培养一个工程师批判性思维是非常有价值的。

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这本书在图表和插图的使用上达到了极高的水准，这对于理解三维空间中的力学行为至关重要。很多复杂的应力状态，仅仅依靠文字描述是难以想象的，但这本书中的剖面图、矢量图和三维透视图简直是教科书级别的示范。我特别喜欢它对 Mohr 圆的应用部分，它不是简单地画出一个圆，而是通过动态的旋转视角，展示了不同截面上的法向应力和剪应力是如何相互转化的，这种可视化处理让人对坐标系变换下的应力状态有了立体的感知。再者，书中对实验数据的呈现也十分专业，它不仅仅是把实验结果画成图表，还会附带对实验误差的分析和对测量误差的敏感性讨论，这让读者能更理性地看待“实验”与“理论”之间的差距。有一点非常贴心，书中多次穿插了对历史上传奇工程师和科学家的简短介绍，虽然与核心计算无关，但这些小小的侧边栏，为这本书增添了人文色彩，让阅读过程不再是冷冰冰的公式堆砌，而是一场与科学先驱的对话。

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这本书的封面设计真是太吸引人了，那种深邃的蓝色调配上简洁的字体，一眼就能感受到一种严谨而又深厚的学术气息。我拿到书的时候，首先注意到的是它的装帧质量，拿在手里沉甸甸的，纸张的质感也很好，印刷清晰，边角处理得很细致，看得出出版社在制作上是下了功夫的。我记得我当时是抱着极大的期待翻开第一页的，希望能够找到那种能把我从枯燥的理论中一下子拉出来的精彩叙述。这本书的排版布局非常合理，段落之间的留白恰到好处，让人在长时间阅读后也不会感到视觉疲劳，这点对于一本需要深入思考的理工科书籍来说至关重要。书中的图示，比如那些复杂的应力云图和变形示意，线条流畅，标注明确，即便是初次接触这些概念的读者，也能很快在视觉上建立起对物理现象的直观认识。我尤其欣赏它在章节开头的导言部分，总能用一种近乎散文诗的笔触，引出接下来将要探讨的核心问题，让人在进入技术细节之前，先对研究背景和意义有一个宏观的把握。整体来看，这本书从外在的触感到内在的布局，都体现了一种对知识的尊重和对读者的体贴。

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作为一名自学者，我发现这本书最大的价值在于它对概念的阐释达到了“化繁为简”的境界。很多教科书在讲到本构关系或者张量分析时，常常会把人绕晕在密密麻麻的指标和符号里。然而，这本书似乎有一种魔力，它总能找到那个最贴切的类比。我至今清晰地记得，作者在解释剪切模量时，用了一个非常生活化的例子，将材料想象成一块果冻在不同方向上受力后的形变，这种比喻一下子打通了我的思维壁垒。更值得称赞的是，书中的例题设置也极具匠心。它们并非是那种脱离实际的纯数学练习，而是紧密围绕着实际工程中可能遇到的难题，比如压力容器的设计校核、复杂结构件的应力集中分析等。每一个例题的解析都非常详尽，不仅给出了最终答案，更重要的是，它详细展示了从建立物理模型、选择恰当的理论，到最终数值计算的全过程，每一步的“为什么”都解释得清清楚楚，让人感觉自己不是在解题，而是在进行一次完整的工程分析实践。

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