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出版者:蓝色畅想

作者:严燕来 叶庆好

出品人:

页数:460

译者:

出版时间:2002-12

价格:31.50元

装帧:简裝本

isbn号码:9787040115796

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《探索微观世界的奥秘：从量子力学到粒子物理》 本书旨在带领读者踏上一段激动人心的科学探索之旅，深入揭示构成我们宇宙最基本单元的奥秘。我们并非从宏观的日常经验出发，而是直接潜入那肉眼不可见、直觉难以企及的微观领域。这里，经典物理学的法则不再适用，取而代之的是一套全新而迷人的规律，它们支配着原子、电子、光子以及更深层次的粒子。 第一篇：量子世界的基石 我们将从量子力学的诞生讲起，回顾那些划时代的实验和理论，例如黑体辐射、光电效应和原子光谱。读者将理解为什么普朗克提出的能量量子化假设是如此颠覆性，它打破了能量连续的观念。爱因斯坦的光量子（光子）理论将进一步阐释光的波粒二象性，并引领我们认识到微观粒子同样具有奇特的叠加态和概率性行为。 德布罗意的物质波概念将揭示，不仅光，就连电子、质子等物质粒子也携带着波的属性，这为理解电子衍射等现象提供了理论基础。波函数的引入，尤其是薛定谔方程，将是量子力学数学框架的核心。我们将解析波函数如何描述粒子的状态，其模的平方代表了粒子在特定位置出现的概率密度，这深刻地体现了量子世界的不确定性和概率性。 海森堡不确定性原理将成为我们理解微观粒子性质的另一个重要工具。它明确指出，我们无法同时精确地测量一个粒子的位置和动量，这种内在的限制并非源于测量仪器的不足，而是量子世界固有的属性。读者将学习到，这种不确定性并非随机的混乱，而是宇宙运行的基本规则。 量子隧穿效应将是一个引人入胜的章节。我们知道，在经典力学中，粒子无法穿过能量比其自身更高的势垒。然而，在量子世界，粒子有一定概率“隧穿”过这个势垒，即便其能量不足以翻越。我们将探讨这一现象在半导体、扫描隧道显微镜等技术中的应用，展现量子世界的“魔术”如何转化为实际的科技进步。 第二篇：原子的结构与相互作用 量子力学如何成功解释原子的结构？我们将深入研究玻尔原子模型及其局限性，然后转向更精确的量子力学原子模型。读者将了解原子轨道、电子云的概念，以及量子数（主量子数、角量子数、磁量子数和自旋量子数）如何精确描述电子在原子中的状态。 电子云的形象将取代行星绕日运转的经典图景，帮助我们理解电子并非在特定轨道上运行，而是以一种概率性的方式分布在原子核周围的空间区域。泡利不相容原理将成为理解多电子原子结构的关键，它规定了在同一个原子中，不存在两个电子拥有完全相同的四个量子数，这直接导致了电子层和电子亚层的划分，从而解释了元素周期表的规律性。 原子的相互作用，即化学键的形成，也将是本篇的重点。我们将从量子力学的角度解释共价键、离子键和金属键的本质。共价键的形成源于原子轨道 of 电子的共享，离子键的形成则归因于电子的转移导致静电吸引，而金属键则是一种离域电子的模型。理解这些本质，将为我们深入理解化学反应和物质的宏观性质奠定基础。 第三篇：核物理的深邃世界 离开原子，我们将进入原子核的内部，探索那股强大到足以束缚质子和中子的核力。质子和中子的发现历程，以及放射性衰变的现象，将引导我们认识到原子核并非稳定不变的。 我们将详细介绍 α、β、γ 衰变的过程，理解不同衰变类型如何改变原子核的组成和能量状态。半衰期的概念将贯穿始终，它描述了放射性同位素衰变的速率，并解释了放射性定年的原理。 核反应，包括裂变和聚变，将是本篇最令人兴奋的部分。核裂变，即重原子核分裂成较轻原子核并释放巨大能量的过程，是核能发电的基础。我们将分析链式反应的原理，以及控制核裂变以实现可控能源的挑战。核聚变，即轻原子核结合成较重原子核并释放更巨大能量的过程，是太阳等恒星的能量来源。我们将探讨实现受控核聚变的可能性及其对人类未来的意义。 第四篇：粒子物理学的基本粒子标准模型 在更深入的探索中，我们将揭开构成物质和传递力的基本粒子的面纱。我们将从夸克和轻子的概念开始，了解它们是构成质子、中子以及其他强子的基本单元。 强相互作用，由胶子传递，是束缚夸克形成质子和中子的强大力量。弱相互作用，由 W 和 Z 玻色子传递，负责某些类型的放射性衰变，例如 β 衰变。电磁相互作用，由光子传递，是我们熟悉的电和磁现象的根源，也是原子内部电子与原子核结合力的基础。引力相互作用，我们将其暂时归于标准模型之外，但它支配着宇宙的大尺度结构。 标准模型将作为本篇的主线，介绍费米子（夸克和轻子，构成物质）和玻色子（传递力的粒子）。读者将了解各种粒子的性质，例如电子、中微子、μ子、τ子，以及上夸克、下夸克、粲夸克、奇异夸克、顶夸克和底夸克。希格斯玻色子的发现，以及与之相关的希格斯机制，将解释基本粒子为何拥有质量，这是粒子物理学的一项重大成就。 最后，我们将简要回顾宇宙学与粒子物理学的联系，例如大爆炸理论中粒子产生的过程，以及对暗物质和暗能量等未解之谜的展望。 本书的语言将力求清晰易懂，即使是初学者也能逐步领会量子世界和粒子物理学的奇妙之处。我们将通过逻辑严谨的论述、适时的类比以及对关键概念的深入剖析，帮助读者建立对这些前沿科学领域的直观认识，激发他们对探索宇宙终极奥秘的兴趣。本书并非旨在提供详尽的数学推导，而是侧重于概念的理解和理论的物理意义，让读者能够感受到科学的魅力，并为进一步的学习打下坚实的基础。

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从结构上看，这本书的编排无疑是经过深思熟虑的。它巧妙地平衡了不同物理分支之间的关系，构建了一个宏大而又精密的知识网络。它没有将力学、电磁学、热学和光学割裂开来，而是不断地强调它们之间的内在联系和统一性。这一点在探讨电磁波与光学交叉的部分体现得淋漓尽致，作者通过麦克斯韦方程组的统一描述，展示了光子如何在电磁场的框架下自然地出现，这种“一以贯之”的展示方式极大地巩固了我对物理学整体性的理解。如果说很多教材是孤立的知识点集合，那么这本书则像一张精心绘制的地图，清晰地标示出各个知识板块之间的交通要道。即便是那些看似与核心物理关联不大的章节，例如关于计算模拟方法在物理问题求解中的应用，也巧妙地被嵌入到具体的物理背景中，展示了计算工具如何成为现代物理研究不可或缺的“第六感”。

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说实话，初次拿起这本书时，我担心它会过于理论化，变成一本只有公式和定义堆砌的“天书”。但事实证明我的担忧是多余的。这本书最打动我的地方在于它那股强烈的“应用”精神。它并没有停留在纯理论的象牙塔里，而是将物理定律与我们日常乃至尖端科技紧密联系起来。例如，书中关于固体物理和半导体特性的讨论，不仅仅是晶格结构和能带理论的复述，而是清晰地描绘了这些理论如何催生了我们今天依赖的几乎所有电子设备。作者在介绍每一个基本原理时，都会巧妙地穿插一两个现实世界的工程案例，这种结合方式极大地激发了我的学习兴趣，让我觉得物理学不是束之高阁的知识，而是驱动现代文明进步的实际力量。我特别喜欢其中关于材料科学中的热力学部分，它用非常直观的方式解释了为什么某些合金在极端环境下表现出异乎寻常的稳定性，这对于我未来从事相关设计工作无疑是极有价值的参考。

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对于有志于走科研道路的同学来说，这本书的价值简直是无法估量的。它不仅仅是知识的载体，更像是一本“隐形的研究方法论”指南。作者在处理每一个复杂问题时，所展示的分解问题、抽象模型、选择合适坐标系、以及对误差源的敏感度分析，都是未来研究生阶段必须掌握的核心技能。我记得其中一章关于统计物理的介绍，它并没有直接给出布满了希腊字母的复杂公式，而是首先建立了一个非常清晰的微观粒子集合模型，然后通过严密的逻辑推导，一步步过渡到宏观可观测量的建立。这种由浅入深、注重过程的讲解，使得学习者能够真正理解公式背后的物理意义，而不是死记硬背。读完后，我感觉自己对如何“提出一个好问题”和“设计一个可行的理论框架”都有了更深的体会，这对于提升我的独立研究能力，无疑是一次至关重要的启蒙。

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这本书的叙事风格非常独特，它不像传统教材那样刻板说教，反而带有一种老派物理学家的娓娓道来的亲切感。作者似乎在与读者进行一场跨越时空的对话，引导我们去探索那些伟大思想家们是如何一步步构建起我们今日所知的物理大厦的。我特别欣赏作者在引入新概念时所采用的“历史回顾法”。比如，当讲解狭义相对论时，他会先详细重现那个时代实验的困境和理论的空白，这使得爱因斯坦的假设不再是凭空出现的真理，而是解决特定矛盾的必然选择。这种叙事策略极大地增强了知识的厚重感和逻辑的连贯性。此外，书中对于一些物理学史上的“岔路口”的探讨也非常引人入胜，比如玻尔与爱因斯坦关于量子力学完备性的争论，作者将其还原成一场精彩的思想交锋，让读者得以站在更高的维度去审视科学进步的复杂性。整本书读下来，收获的不仅仅是知识点，更是一种严谨的科学精神和探索未知的勇气。

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这部著作的深度和广度确实令人印象深刻，它不仅仅是一本教科书，更像是一份对现代物理前沿的导览。我尤其欣赏作者在处理那些经典难题时所展现出的那种细腻和深刻的洞察力。比如，在探讨量子力学中的不确定性原理时，作者并没有止步于公式的推导，而是花了大量篇幅去阐述其哲学意义，以及它如何彻底颠覆了我们对实在的传统认知。书中对数学工具的运用也恰到好处，既保证了推导的严谨性，又避免了陷入纯粹的数学泥潭，让即便是对高等数学感到些许畏惧的读者也能跟上思路。我记得有一次我卡在一个关于场论的难题上，翻阅这本书时，作者对该部分的讲解，尤其是引入的类比和实例，立刻让我茅塞顿开。这种将抽象概念具象化的能力，是很多物理教材所欠缺的。它真正做到了“拓展”，将我们从高中物理的框架中解放出来，开始用更成熟的物理学家的眼光去看待世界，为我后续深入学习更专业的领域打下了坚实的基础。阅读体验本身也是一种享受，排版清晰，图文并茂，让人在沉浸于复杂概念的同时，视觉上也能得到很好的休息。

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