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出版者:清华大学出版社

作者:姜丽娜

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页数:0

译者:

出版时间:2004-07-01

价格:780.0

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isbn号码:9787894943675

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《时空织锦：宇宙的运动与结构》 本书是一部旨在探索宇宙宏大叙事的科普力作，它将带领读者穿越时空的界限，深入理解构成我们生存之所的物理法则。我们不仅仅是在描述现象，更是在揭示现象背后那精妙绝伦的内在联系与驱动力。 第一章：运动的乐章——经典力学的基石 我们将从牛顿爵士那划时代的力学定律出发，重新审视我们日常所见的万物运动。从苹果落地到行星绕日，从潮起潮落到火箭升空，一切运动的奥秘都根植于这简洁而普适的法则之中。我们将深入解析惯性、力与加速度之间的精确关系，理解动量守恒和能量守恒如何支配着物质世界的相互作用。本书不会止步于公式的堆砌，而是通过生动形象的案例，例如复杂机械系统的动力学分析，如齿轮传动、悬挂系统的工作原理，以及简谐振动的和谐韵律，比如弹簧振子和单摆的运动规律，让读者直观感受经典力学在工程、建筑乃至日常生活中的广泛应用。我们还将探讨非惯性系下的运动，如旋转参考系中的科里奥利力和离心力，帮助理解地球自转对天气模式的影响，以及在高速旋转机械中需要考虑的因素。 第二章：能量的涟漪——热力学与统计物理的探索 能量，作为宇宙中最 fundamental 的概念之一，将在这一章节中被淋漓尽致地展现。我们将从宏观的热力学定律入手，理解能量转换的不可逆性，以及熵增原理如何预示着宇宙的终极命运。本书将生动地解析热机的工作原理，从蒸汽机到内燃机，再到现代的发电厂，揭示能量利用的效率极限。随后，我们将深入微观世界，借助统计物理的强大工具，理解宏观热力学性质如何涌现自大量粒子的集体行为。气体分子的随机运动如何产生压力？温度的本质是什么？我们将通过生动的比喻和形象的图示，解释玻尔兹曼分布、麦克斯韦速率分布等概念，帮助读者理解微观世界的概率性与宏观世界的确定性之间的微妙联系。我们将探讨相变，例如水如何从固态、液态变为气态，并讨论其背后的微观机制。 第三章：波动与共振——信息的载体与传播 宇宙并非静止不变，信息与能量的传播往往以波动的形式进行。本章将带领读者潜入波动世界的奇妙领域，理解波的叠加、干涉和衍射现象，它们是理解光、声以及更广泛的电磁波谱的基础。我们将从最简单的弦振动开始，逐步深入到更复杂的波形，例如解释声波的传播如何影响我们对音乐的感知，以及地震波如何揭示地球内部的结构。本书将重点阐述光的波动性，阐述单缝衍射、双缝干涉实验如何颠覆了我们对光的粒子性的认知，并为后来的量子力学奠定基础。我们还将探讨共振现象，无论是乐器发出美妙的乐声，还是桥梁在风力作用下发生灾难性的坍塌，共振都扮演着至关重要的角色。理解共振的条件，对于设计稳定可靠的结构和避免不必要的能量损失至关重要。 第四章：电磁交响——力、场与辐射的和谐 电与磁，这对看似独立的现象，在麦克斯韦方程组的统一之下，展现出了惊人的和谐与关联。本章将系统地阐述电荷、电流与它们产生的电场、磁场之间的相互作用。我们将解析静电场的性质，理解电容器如何储存电能，以及电路中电流的流动如何驱动着我们现代生活的方方面面。从简单的电阻电路到复杂的交流电系统，我们将深入理解电能的产生、传输和利用。本书将着重阐述电磁波的产生与传播，解释无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和伽马射线如何构成了完整的电磁波谱，它们在通信、医疗、天文学等领域的广泛应用。我们将探讨电磁感应现象，这是发电机和变压器工作的基础，也是现代电力系统的核心。 第五章：量子之舞——微观世界的奇诡法则 当我们深入到原子和亚原子粒子的世界，经典物理的直觉往往会失效。本章将带领读者踏入量子力学的奇妙领域，认识到微观粒子行为的量子化、波粒二象性以及不确定性原理。我们将从光电效应和黑体辐射等实验现象出发，理解普朗克的量子假说和爱因斯坦的光子理论是如何催生了量子革命。本书将生动地阐述原子模型的演进，从卢瑟福的原子核模型到玻尔的原子模型，再到薛定谔方程描述的电子云，让读者理解电子在原子中的奇特存在方式。我们将探讨量子隧穿效应，理解放射性衰变和扫描隧道显微镜的工作原理。不确定性原理将在这里被深入解读，帮助我们理解为何我们无法同时精确测量粒子的位置和动量。我们将触及量子纠缠，这一“鬼魅般的超距作用”，它预示着未来量子计算和量子通信的无限可能。 第六章：相对论的时空观——宇宙的框架与演化 阿尔伯特·爱因斯坦的相对论彻底改变了我们对时间、空间、引力以及宇宙本身的认知。本章将带领读者穿越狭义相对论和广义相对论的时空维度。我们将从光速不变原理出发，理解时间膨胀和长度收缩等奇特的效应，它们在高速运动的粒子和宇宙尺度上的现象中得到了证实。本书将详细阐述质能方程E=mc²的深刻含义，揭示质量与能量之间密不可分的关系，以及核能的巨大潜力。随后，我们将进入广义相对论的领域，理解引力并非一种力，而是时空弯曲的表现。我们将解析黑洞的形成与性质，探讨引力波的探测如何为我们打开了观测宇宙的新窗口，以及宇宙的膨胀和演化过程。 《时空织锦：宇宙的运动与结构》不仅仅是一本教科书，更是一场穿越物质世界最深刻奥秘的智识之旅。它旨在激发读者对自然科学的无限好奇，培养严谨的科学思维，并最终帮助我们更好地理解我们在浩瀚宇宙中的位置与意义。

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如果说传统教材是在教你“做什么”，那么这本书更像是在教你“为什么这样做”。它最大的特色在于其问题导向和批判性思维的培养。书后的习题设计绝非简单的套用公式，而是充满了对物理情景的深刻剖析和挑战。有一类题目，它会故意设定一个看似合理但实际上不成立的物理模型，要求读者去找出其中的矛盾所在；还有一些开放性的讨论题，鼓励你去探讨理论的局限性，比如在什么条件下我们必须抛弃牛顿力学，转而使用相对论。这种设置，极大地锻炼了我们的批判性思维和模型构建能力。我发现，通过解决这些需要深层思考的习题，我对于物理定律的应用范围和适用边界有了更清晰的认识。它鼓励我们不仅要接受既定的知识，更要学会质疑和探索未知，这对于培养具有创新精神的下一代科学家是无可替代的财富。它不是一个知识的终点，而是一个思维的起点。

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这部教材真是让我眼前一亮，它彻底颠覆了我对传统物理学习的刻板印象。首先，它在概念阐述上极其细腻，即便是那些初学者往往感到晦涩难懂的量子力学基础，也通过一系列精心设计的可视化模型和类比，变得清晰易懂。比如，书中对波粒二象性的介绍，不再是简单地罗列公式，而是通过模拟粒子在不同实验装置中的行为轨迹，让读者直观地感受到其诡异与美妙。我记得有一次我在学习电磁场理论时被一个复杂的积分困扰了很久，翻阅这本书后，作者提供了一种基于能量流密度的几何解释，瞬间豁然开朗。这种深度与直观性的完美结合，使得复杂的物理定律不再是冰冷的数学符号，而是有血有肉的自然规律的生动写照。它更像是一位经验丰富、极富耐心的导师，在你迷茫时，总能提供一个全新的、更具洞察力的视角。对于那些渴望真正理解物理内核，而不是仅仅为了应付考试的求知者来说，这本书无疑是打开新世界大门的钥匙。其编排的逻辑性也值得称赞，章节间的过渡自然流畅，知识点的螺旋上升设计，保证了学习的连贯性，让人感觉每一步都踏实有力，很少有“学完前面忘了后面”的焦虑感。

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从一个资深学习者的角度来看，这部教材最可贵的品质在于其前瞻性和跨学科的视野。它没有将物理学视为一个孤立的学科，而是巧妙地在适当的时机引入了现代科学的交叉点。例如，在介绍固体物理时，它会自然地过渡到半导体材料在现代信息技术中的应用，并简要提及量子信息学的基本概念；在热力学章节，它也对生命系统中的信息熵和耗散结构做出了精妙的对比。这种广阔的视野，极大地拓宽了学生的知识边界，让他们意识到物理学是理解整个自然世界的底层逻辑。特别是对于那些主修交叉学科的学生，这本书提供了一个坚实而全面的基础，使得他们可以更自信地将物理原理应用于生物、化学或工程领域。它不仅仅是一本大学物理教材，更像是一份通往现代科学全景图的导览手册，用最严谨的物理语言，描绘出宏大而迷人的科学世界。这种整合性的教学方法，是当前教育改革中最迫切需要的，它让人学完之后，真正感受到自己站在了时代的肩膀上。

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我得说，这本书在处理那些“硬核”的数学工具方面，展现出了极高的成熟度和教育智慧。许多大学物理教材常常陷入两个极端：要么数学推导过于繁琐，让人在公式的海洋里迷失方向，忘记了物理的本质；要么为了追求简洁而过度简化，使得学生只能停留在概念的表层，无法进行深入分析。而这本教材找到了一个绝佳的平衡点。它并非回避严谨的数学，而是将复杂的推导过程进行模块化处理，关键步骤详述，次要的代数运算则被巧妙地融入到例题的解析中，或者通过附录的形式提供给有需要的读者。更棒的是，它强调物理直觉的培养。例如，在讲解经典力学中拉格朗日量时，它并没有直接堆砌变分原理，而是先从能量守恒这一最朴素的物理直觉出发，逐步引导读者领悟为什么拉格朗日形式在处理复杂约束问题时具有压倒性的优势。这种“从直觉到形式，再到应用”的学习路径，极大地增强了读者的自信心和探索欲。它教会我们如何“思考”物理问题，而不是仅仅学会“计算”物理问题，这对于培养未来的科研人才至关重要。

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这本书的排版设计和视觉呈现，简直是艺术品级别的。我一直认为，理工科教材的美观度常常被忽视，但这部作品完全打破了这一常规。色彩的运用极为克制而有效，重要的公式、定义和定理被精确地用不同的颜色和字体进行高亮区分，阅读起来层次分明，极大地减轻了长时间阅读带来的视觉疲劳。更让我惊喜的是那些插图——它们不再是那些千篇一律的、从别处复制粘贴的二维图样。许多核心概念，比如场线的分布、晶格振动的模式，都采用了高质量的3D渲染效果，甚至是动态的模拟图（如果是在电子版中）。这种沉浸式的视觉体验，使得抽象的物理现象仿佛触手可及。我特别喜欢它在历史背景的穿插上所下的功夫，每当引入一个里程碑式的理论时，作者都会简要介绍当时科学家的思想斗争和实验背景，这让冰冷的知识点瞬间有了人情味和历史厚重感。这种对细节的极致追求，体现了编著者对读者体验的尊重，也反过来激发了我更深入学习的动力。

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