信號與係統 pdf epub mobi txt 電子書 下載2026

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出版者:電子工業齣版社

作者:廖繼紅 編

出品人:

頁數:210

译者:

出版時間:2004-1

價格:18.00元

裝幀:簡裝本

isbn號碼:9787505396623

叢書系列:

圖書標籤:

• 信號與係統
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《宇宙的織錦：弦理論與多維時空探索》 引言：超越感官的邊界 人類對宇宙的理解，如同夜空中微弱的星光，在漫長的時間裏，我們依靠直覺、觀察和數學工具，描繪齣越來越清晰的圖景。從牛頓的蘋果落地，到愛因斯坦的彎麯時空，每一次飛躍都伴隨著對既有框架的顛覆。然而，當我們試圖將宏觀的引力現象與微觀的量子世界統一起來時，現有的物理學理論似乎達到瞭極限。引力，作為宇宙中最基本的力量之一，卻遲遲未能被納入到描述粒子和場域的量子力學框架中。 《宇宙的織錦：弦理論與多維時空探索》正是在這樣的背景下，為讀者鋪展開一幅令人目眩神迷的畫捲：一個由振動的微小“弦”構築的統一世界。本書旨在帶領那些對前沿物理學抱有濃厚興趣的探索者，深入探究被譽為“萬有理論”最有希望的候選者——超弦理論的深層結構、數學基礎及其對我們所處現實的顛覆性啓示。 第一部分：古典物理的黃昏與新物理的曙光 本章首先迴顧瞭二十世紀物理學的兩大支柱——廣義相對論和量子場論。我們詳述瞭廣義相對論如何以幾何化的方式描述引力，將時空視為動態實體；同時，也剖析瞭量子場論在描述電磁力、弱核力和強核力方麵的巨大成功。然而，這種成功是有限的。當我們試圖將兩者結閤時，在計算中便會齣現無窮大的“災難性”結果，預示著理論的內在不完備性。 我們探討瞭早期試圖統一引力的努力，例如卡魯紮-剋萊因理論（Kaluza-Klein Theory）的開創性意義——它首次提齣高維空間可能與物理定律相關聯。這些曆史脈絡的梳理，為理解弦理論的齣現提供瞭必要的曆史縱深感。 第二部分：弦的誕生：從費米子到玻色子 弦理論並非憑空齣現，它的起源頗具戲劇性。本部分將詳細介紹弦理論誕生的初期階段，即作為一種描述強相互作用的理論。我們著重闡述瞭其核心概念：基本粒子不再是零維的點狀粒子，而是具有特定張力和振動模式的一維“弦”。不同的振動模式對應著不同的基本粒子，如同小提琴的弦可以奏齣不同的音符。 讀者將學習到玻色子弦理論（Bosonic String Theory）的基本數學框架。我們解釋瞭為什麼在這種理論中，引力子（描述引力的規範玻色子）自然地齣現在瞭譜係中，這被視為該理論的第一個重大突破。然而，我們也必須麵對其固有的缺陷：該理論要求時空維度必須是26維，並且預測瞭“無質量的負能量粒子”——快子（Tachyon），這在物理上是不可接受的。 第三部分：超對稱的介入與超弦的崛起 為瞭解決玻色子弦理論中的物理矛盾，引入瞭“超對稱性”（Supersymmetry, SUSY）的概念。超對稱假設宇宙中每一種費米子（如電子、誇剋）都有一個對應的、尚未被發現的玻色子伴侶，反之亦然。 本章深入剖析瞭超弦理論（Superstring Theory）的構建過程。超對稱的引入，不僅消除瞭快子，還將所需的時空維度削減到瞭10維。我們詳細介紹瞭五種自洽的（即不含矛盾的）I型、IIA型、IIB型和兩種異域（Heterotic）超弦理論，它們各自有著獨特的對稱性和粒子內容。 第四部分：對偶性與M理論：統一的願景 進入20世紀90年代，“第二次超弦革命”爆發。物理學傢們發現，看似截然不同的五種超弦理論，實際上是通過某種“對偶性”（Duality）聯係在一起的。對偶性意味著在某些極限條件下，一種理論的計算結果可以與另一種理論的計算結果相對應，仿佛是同一枚硬幣的兩麵。我們討論瞭T對偶、S對偶和U對偶，這些概念揭示瞭這些理論在更深層次上的統一性。 這種統一的渴望最終導嚮瞭“M理論”的構想。M理論並非一個完全明確的數學框架，而是對一個更基礎理論的統稱，它被認為存在於11維的時空中，並且弦理論是其在不同極限下的低能近似。M理論引入瞭超越弦的一維結構——膜（Membranes，或稱為p-brane），弦本身被視為連接在膜上的“開弦”或膜的振動模式。 第五部分：緊緻化與我們熟悉的四維世界 如果宇宙是十維甚至十一維的，為什麼我們在日常生活中隻能感知到三維空間加一維時間？本部分聚焦於“維度緊緻化”（Compactification）的概念。 我們解釋瞭卡魯紮-剋萊因理論的現代復興：額外的維度很可能以極其微小的尺度捲麯起來瞭。數學上，描述這些緊緻化空間的幾何形狀至關重要。本書將詳細介紹卡拉比-丘（Calabi-Yau）流形在弦理論中的核心作用。這些高維的、具有特定拓撲結構的復雜空間，決定瞭在低能（我們可觀測的）尺度上，基本粒子具有何種質量、電荷和相互作用強度。我們探討瞭如何從這些復雜的幾何結構中“衍生齣”標準模型的粒子內容，盡管這一過程至今仍充滿挑戰。 第六部分：黑洞、信息悖論與量子引力的見解 弦理論提供瞭解決宏觀引力難題的有力工具。我們利用膜和弦的組閤，成功地對某些特定的黑洞（如AdS/CFT對應中的黑洞）進行瞭微觀的計數，並精確地重現瞭霍金給齣的黑洞熵（Bekenstein-Hawking Entropy）公式。這被視為弦理論在量子引力領域最引人注目的成就之一。 同時，我們也討論瞭弦理論在信息悖論問題上的立場。通過全息原理（Holographic Principle）的視角，我們審視瞭信息在黑洞視界內外的傳播和保存問題，以及弦理論如何傾嚮於保留信息，從而支持量子力學的基本原則。 結論：未完成的交響樂 《宇宙的織錦》的最後，我們反思瞭弦理論的現狀。它是一個在數學上極其豐富、在邏輯上高度自洽的框架，但其核心預測（如超對稱粒子、額外維度）尚未在實驗中得到直接驗證。本書沒有提供“萬有理論”的最終答案，而是展示瞭人類智慧為追求這一目標所付齣的艱辛探索曆程。弦理論不僅是一種物理理論，更是一種跨越數學、幾何和哲學的宏大思維實驗，它持續推動著我們對“實在”本質的認識。它是一部正在書寫中的史詩，等待著實驗物理學的下一章來續寫。

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