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出版者:人民体育出版社

作者:漆浩

出品人:

页数:152

译者:

出版时间:2004-11-1

价格:10.00元

装帧:平装(无盘)

isbn号码:9787500926238

丛书系列:

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璀璨星河：近代物理学的探索与革命 内容概要： 本书带领读者深入近代物理学波澜壮阔的发展历程，从牛顿经典物理学的辉煌顶点，到二十世纪初一系列颠覆性理论的横空出世。我们不谈论赛场上的英雄与汗水，而是聚焦于那些在实验室和思想的殿堂中，用智慧和实验彻底重塑人类对物质、能量、空间和时间认知的伟大头脑。全书以严谨的科学精神和流畅的叙事笔触，勾勒出量子力学和相对论这两大支柱如何建立，它们如何解释了原子内部的微观世界，又如何揭示了宇宙尺度的宏大规律。 --- 第一章：经典物理学的黄昏——十九世纪末的迷思与挑战 时间定格在十九世纪末，物理学界普遍弥漫着一种“大厦已成”的乐观情绪。麦克斯韦电磁理论的光辉成就似乎宣告了基础物理学的终结。然而，在看似完美的体系内部，一些微小的“乌云”正悄然聚集。 本章首先回顾了经典力学和热力学作为十九世纪科学的两大支柱所取得的非凡成就，它们成功地描述了宏观世界的运动和能量转换。随后，我们将焦点转向那些挑战经典框架的“异常”现象：黑体辐射的能量分布曲线无法用瑞利-金斯定律解释，这成了压垮骆驼的最后一根稻草。我们详细剖析了黑体辐射的实验困境，以及马克斯·普朗克在1900年那个圣诞节前后，被迫引入“能量量子化”这一激进假设的内心挣扎与理论突破。这个看似微不足道的假设，却为后来的量子革命埋下了最深的伏笔。 同时，阴极射线实验的深入，使得对原子内部结构的探索成为可能。J.J. 汤姆孙发现了电子，挑战了道尔顿原子不可分割的经典观念。这一系列实验的累积，预示着一个更加精妙、充满不确定性的微观世界正等待着被揭开面纱。 第二章：光与物质的二重奏——量子理论的诞生与早期发展 普朗克的假设是痛苦的，但却是精确的。本章深入探讨了爱因斯坦如何运用量子的概念，解释了光电效应，并进一步确立了光子（能量量子）的实在性。我们详述了爱因斯坦在1905年的“奇迹年”中，如何以一己之力，将普朗克的理论从一个数学技巧提升为描述物理实在的基础。 随后，我们转向原子结构模型。卢瑟福的α粒子散射实验如何推翻了汤姆孙的“葡萄干布丁”模型，确立了原子核的存在，并导出了行星模型的巨大缺陷——电子必然螺旋衰减。尼尔斯·玻尔如何巧妙地将普朗克的量子概念与卢瑟福的模型相结合，提出了第一个成功的量子原子模型，解释了氢原子光谱的离散谱线。本章着重分析了玻尔模型的成功之处（对稳定性的解释）及其局限性（无法解释复杂原子或激发态）。 为了摆脱经典轨道束缚，德布罗意提出了物质波的概念，将光的波动性延伸至物质粒子，这为后来的波动力学奠定了坚实的哲学基础。我们追溯了这一概念如何从一个大胆的推测，逐渐被戴维孙-革末实验所证实，标志着粒子-波二象性的全面确立。 第三章：时空的相对性——狭义与广义相对论的几何化 在微观世界探求量子的同时，另一场关于时间和空间的革命正在进行。本章聚焦于阿尔伯特·爱因斯坦对牛顿绝对时空观的彻底颠覆。 我们首先回顾了米开孙-莫雷实验对以太概念的判决，以及洛伦兹变换的数学形式。随后，详细阐述了狭义相对论的两个基本公设——光速不变原理和相对性原理。通过著名的钟慢效应、尺缩效应以及质能等效关系 $E=mc^2$ 的推导，读者将直观感受到高速运动下时空框架的相互依赖性。本章侧重于分析相对论如何统一了电磁学和力学，并为粒子物理学提供了必要的框架。 接着，我们将讨论狭义相对论遗留下的挑战：引力的不兼容性。爱因斯坦耗费十年心血，终于在1915年提出了广义相对论。本章将用清晰的语言解释等效原理，即引力与加速度的等价性。我们追溯了黎曼几何在理论中的核心作用，以及引力如何被理解为时空自身的弯曲。广义相对论的验证，从水星近日点进动到光线在太阳附近的弯曲，再到宇宙学观测的印证，展现了这一理论惊人的预见性和普适性。 第四章：矩阵、波函数与不确定性——量子力学的完备化 随着玻尔模型的局限性暴露，物理学家们认识到需要一套全新的数学语言来描述微观粒子。本章深入探讨了量子力学的两套等价的早期表述。 海森堡发展了矩阵力学，他完全摒弃了关于电子轨道的经典图像，转而专注于可观测的物理量（如发射光谱的频率和强度）之间的代数关系。我们分析了矩阵乘法非交换性的物理意义——这正是经典物理学中“A可观测值”与“B可观测值”可以同时确定的前提的瓦解。 紧接着，薛定谔发展了波动力学，引入了著名的薛定谔方程。我们详细解析了波函数的物理意义：概率幅。马克斯·玻恩对波函数平方的概率解释，彻底终结了对粒子“确定轨道”的追求。 本章的核心在于对不确定性原理的理解。海森堡的$Delta x Delta p geq hbar/2$ 不仅仅是测量误差，而是自然界的基本属性。我们探讨了这一原理如何从数学结构上导出，以及它对物理实在观带来的根本性冲击。 第五章：概率的幽灵与量子纠缠——哥本哈根诠释与诠释之争 量子力学在数学上取得了无与伦比的成功，但其哲学基础却引发了剧烈的争论。本章聚焦于玻尔和爱因斯坦之间关于实在性、局域性和完备性的经典辩论。 我们详细阐述了哥本哈根诠释的核心观点：波函数的坍缩、互补性原理（波粒二象性）以及观测者的角色。爱因斯坦的著名论断——“上帝不掷骰子”——被用作对纯概率性描述的有力质疑。我们分析了“EPR佯谬”的设计初衷，即通过引入“量子纠缠”的概念，试图证明量子力学是不完备的，存在“隐变量”。 随后，我们介绍了贝尔不等式的建立，这是一个将哲学思辨转化为可实验检验的数学工具。对贝尔测试实验结果的分析，无可辩驳地表明，自然界似乎确实是非局域的，排除了定域的、实在的隐变量理论。这迫使现代物理学家接受了量子力学中某种程度的“怪异性”。 第六章：走向统一——量子场论的萌芽与未来展望 近代物理学的探索并未止步于量子力学和广义相对论的各自辉煌。本章展望了如何将两者融合，以及二十世纪后半叶物理学的前沿进展。 我们简要介绍了量子场论（QFT）的诞生，这是相对论和量子力学结合的必然产物。狄拉克方程如何成功地将狭义相对论纳入电子的描述，并预言了反物质的存在（正电子的发现）。随后，我们探讨了量子电动力学（QED）的建立，它成功地将电磁相互作用纳入量子框架，成为物理学中最精确的理论之一。 本书的结尾将触及现代物理学的核心挑战：引力的量子化。我们概述了弦理论和圈量子引力等尝试统一量子力学与广义相对论的前沿理论方向，尽管它们尚未完全成熟，但代表了人类对宇宙终极奥秘的持续探索精神。 --- 结语： 《璀璨星河》是一部献给理性与想象力的颂歌。它描绘了人类如何从对机械宇宙的坚定信仰，一步步走向一个充满概率、弯曲时空和基本不确定性的奇妙新世界。这里的明星不是在跑道上超越极限的运动员，而是那些在思想的赛场上，以前所未有的勇气和智慧，推翻旧有范式，为人类知识边界拓荒的伟大先驱。通过阅读本书，读者将深刻理解现代科技的理论基石，以及我们对宇宙认知的革命性飞跃。

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