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出版者:科学出版

作者:邓明成

出品人:

页数:517

译者:

出版时间:2002-1

价格:34.00元

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isbn号码:9787030100368

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《宇宙的奥秘：从宏观到微观的物理学探索》 书籍简介 本书并非您所提及的《新编大学物理学》，而是一部旨在带领读者进行一次跨越时空尺度的、深入探索宇宙基本规律的科普巨著。它将物理学的严谨性与引人入胜的叙事风格完美结合，力求揭示隐藏在自然现象背后的深刻原理，激发读者对未知世界永恒的好奇心。 第一部分：宏大叙事——宇宙的尺度与结构 第一章：时空的几何学——相对论的诗意 本章将带领读者告别牛顿的绝对时空观，步入爱因斯坦的广袤领域。我们不会过多纠缠于复杂的张量分析，而是侧重于理解狭义相对论如何重塑我们对时间、长度和质量的认知。从著名的“双生子佯谬”到“质能方程”E=mc² 的深刻哲学意义，我们将探讨高速运动对现实感知的颠覆性影响。 随后，我们将进入广义相对论的世界。不再将引力视为一种“力”，而是时空本身的弯曲。我们将以生动的方式描述黑洞的形成机制——恒星的终极坍缩，以及引力波的探测如何开启了我们“聆听”宇宙剧变的新窗口。本章会配以大量精美的模拟图景，描绘光线在强引力场下的弯曲路径，以及时空涟漪穿越地球的场景。 第二章：宇宙的演化史诗——从大爆炸到星系形成 本章构筑了我们对宇宙整体历史的理解框架。我们将从“奇点”开始，探讨暴胀理论如何解释宇宙的均匀性与平坦性。重点将放在宇宙微波背景辐射（CMB）——那是宇宙“婴儿期”留下的清晰印记。我们会分析CMB的各项异性，它们如何播下星系形成的种子。 随后，我们将讨论暗物质与暗能量——宇宙中尚未揭示的“隐形”主角。暗物质的引力效应如何塑造了星系的旋转曲线和星系团的结构？暗能量又如何驱动着宇宙加速膨胀，预示着一个可能“永恒膨胀”的未来？本章旨在展示当前宇宙学的前沿难题与激动人心的研究方向。 第三章：恒星的生命周期——元素的炼金术 恒星是宇宙中的核反应堆和元素工厂。本章详细描述了恒星从尘埃云坍缩形成原恒星，到主序星阶段的核聚变过程（氢融合成氦）。我们将深入探讨不同质量恒星的命运差异：低质量恒星的宁静谢幕——白矮星，以及超大质量恒星壮丽的终结——超新星爆发。超新星不仅仅是光芒的爆发，更是宇宙中重元素（如金、铀）诞生的唯一熔炉，将生命的基石散播至新的星云之中。 第二部分：微观世界的奇景——量子与粒子 第四章：概率的统治——量子力学的基石 本部分将带领读者进入一个充满不确定性和奇特叠加态的微观世界。我们将从普朗克的量子化概念和光电效应入手，确立能量的粒子性。随后，德布罗意物质波理论揭示了粒子也具有波动性，彻底打破了经典物理学的二元对立。 重点章节将放在薛定谔方程，但我们着重于其物理意义——波函数及其概率解释。通过著名的“双缝干涉实验”，我们将直观地理解“观察行为”如何导致波函数坍缩，以及海森堡不确定性原理如何设定了我们认知能力的根本限制。本章旨在以清晰的逻辑而非复杂的数学，阐释量子实在的奇异性。 第五章：基本粒子的标准模型——宇宙的乐高积木 标准模型是描述除引力外所有基本粒子及其相互作用的最成功的理论框架。本章将系统介绍构成物质的基本单元：夸克（上、下、奇、粲、底、顶）和轻子（电子、中微子等）。 我们将详细解析四种基本力：强核力（由胶子传递，束缚夸克形成质子和中子）、电磁力、弱核力（导致放射性衰变），以及携带它们的中介玻色子（光子、W和Z玻色子）。最后，我们将探讨希格斯机制——赋予其他粒子质量的“宇宙粘性”，以及围绕“引力子”尚未发现的遗憾，展望超越标准模型的未来物理学。 第六章：凝聚态的魔力——从超导到拓扑绝缘体 本章将视角从真空中的基本粒子拉回到我们身边宏观物质的集体行为。我们将探索材料科学与量子力学的交汇点。超导现象的宏观量子效应（如迈斯纳效应）将展示电子在特定低温下如何集体无电阻运动。 更进一步，本章将介绍前沿的拓扑物理学。拓扑绝缘体是一种“里外有别”的奇特物质，其内部是绝缘体，但表面却导电。这种特性使其对环境噪声具有极强的鲁棒性，预示着下一代低功耗电子设备和量子计算硬件的巨大潜力。 第三部分：前沿与交叉——物理学的未来图景 第七章：信息与熵——物理学的桥梁 本章探讨信息论与热力学之间的深刻联系。我们将回顾熵的统计力学解释，即对系统微观状态无序度的度量。重点将放在布雷默的“信息即物理”的观点，探讨黑洞信息悖论——信息在黑洞蒸发过程中是否真的丢失了？ 我们将讨论朗道的计算极限，即计算的物理成本，以及信息处理与能量耗散之间的基本关系，这些是构建量子计算机和理解生命体耗散结构的理论基础。 第八章：量子引力之路——弦论与圈量子引力 面对广义相对论与量子力学的不可调和，本章展望试图统一两者的理论尝试。我们将简要介绍弦论的基本思想：将基本粒子视为一维的“弦”的振动模式，并探讨其对额外维度的要求。 同时，我们将考察圈量子引力（LQG）的路径，它试图将时空本身进行“量子化”，让时空由离散的“量子泡沫”构成。本章旨在展示物理学界为实现终极大统一理论所付出的不懈努力与挑战。 总结：我们为什么需要物理学 全书的最后，我们将回归初心。物理学不仅仅是公式和定律的集合，它是一种探索世界本质、训练逻辑思维、培养对宇宙深层结构敬畏感的思维方式。本书旨在成为一座桥梁，连接公众的好奇心与科学前沿的激动人心。它邀请每一位读者，共同思考：我们生活在一个怎样的宇宙之中？我们将走向何方？

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从内容上看，《新编大学物理学》涵盖了大学物理所涉及的绝大部分核心内容，并且在广度和深度上都做得相当不错。无论是基础的经典力学，还是稍显复杂的电磁学、热力学，亦或是引入了全新视角的量子力学和相对论，书中都给予了充分的关注。我特别喜欢它在“光学”部分对衍射和干涉现象的详细阐述，不仅解释了其产生的机理，还列举了许多相关的实验和应用，比如菲涅尔衍射、夫琅禾费衍射，以及杨氏双缝实验等，这些都让我对光的波动性有了更深刻的理解。而且，书中对一些重要的物理常数和实验也进行了简要的介绍，这让我在学习理论知识的同时，也能了解这些知识是如何被发现和验证的。它让我认识到，物理学是一门以实验为基础的科学，理论的提出最终需要通过实验来检验。书中还包含了一些拓展性的内容，比如在“近代物理”章节中，会简要介绍粒子物理、核物理等方向，这让我对物理学的分支领域有了初步的了解，也为我日后可能选择专业方向提供了一些参考。总而言之，这本书就像一本物理学的百科全书，为我提供了全面而系统的学习资源。

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《新编大学物理学》在讲解方式上非常灵活多样，它能够根据不同的概念和原理，采用最适合的讲解方法。例如，在讲解“功和能”时，它不仅仅是给出了动能定理和机械能守恒定律，更是通过生动的例子，比如过山车运动、滑块在斜坡上运动等，来阐释这些概念。这些例子非常贴近生活，让我能够更容易地将抽象的物理原理与实际现象联系起来。而且，书中还会穿插一些“思考题”或者“讨论题”，引导我们去思考一些更深层次的问题，比如“为什么能量是守恒的？”或者“是什么决定了物质的性质？”这些问题没有标准答案，但它们能激发我们的思考，让我们对物理学有更深入的理解。我特别喜欢书中对“热力学第二定律”的讲解，它不仅仅是阐述了熵增原理，还引用了一些关于宇宙演化的观点，让我对物理学的宏观应用有了更深的认识。这本书的文字表达也相当优美，它并没有因为是一本科学教材而显得枯燥乏味，反而充满了人文关怀，让我在学习物理知识的同时，也能感受到科学的魅力。

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坦白说，我之前对物理学一直抱有一种敬畏甚至有些畏惧的态度，觉得它太过抽象和枯燥，但《新编大学物理学》彻底改变了我的看法。这本书的语言风格非常吸引人，它善于用类比和形象的比喻来解释复杂的概念，让我在阅读时感觉非常轻松愉快。比如，在讲解“量子力学”时，书中用“波粒二象性”比喻成“硬币的两面”，一面是波，一面是粒子，你无法同时看到它们，这让我瞬间领悟了这个看似矛盾的物理现象。而且，书中的一些讲解方式非常有“故事感”，它会引导读者去思考“为什么会是这样？”，而不是简单地告知“就是这样”。我印象最深的是“电磁学”中关于“电场”的描述，书中不仅仅是给出了电场线的定义和性质，更是将其比喻成一种“看不见的力场”，它像水流一样在空间中流动，影响着带电粒子，这种生动的描述，让我在脑海中构建起了一个清晰的“电场”图像。这本书在练习题的设计上也花了很多心思，除了传统的数值计算题，还有很多概念性的题目，需要你用所学的知识去分析和解释一些物理现象，这极大地锻炼了我的思维能力和表达能力。我曾花了一个下午的时间去琢磨书中一道关于“热辐射”的题目，题目要求解释为什么在寒冷的夜晚，我们会觉得靠近火焰比靠近烧红的金属更暖和，通过阅读书中关于“辐射”、“对流”和“传导”的详细对比分析，我找到了答案，而且对这三种传热方式有了更深刻的理解。

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这本《新编大学物理学》简直是物理学爱好者的福音，我拿到手的时候就爱不释手。首先，它的编排设计就非常人性化，章节之间的逻辑过渡自然流畅，让人在学习的过程中不会感到突兀或迷茫。对于我这种基础相对薄弱的学生来说，这一点尤为重要。那些复杂的概念，书中用非常清晰的语言进行了解释，并且配以大量高质量的插图和示意图，这些图不仅美观，更是将抽象的物理原理形象化，帮助我瞬间理解了原本难以把握的部分。我记得在学习“相对论”那一章时，作者并没有直接抛出艰深的数学公式，而是循序渐进地从迈克尔逊-莫雷实验讲起，再到光速不变原理，最后才引出狭义相对论的核心观点，比如时间膨胀和长度收缩。这些内容在其他教材里可能需要花费大量时间去消化，但在这本书里，我感觉就像是在听一位经验丰富的老师娓娓道来，每一个论证过程都清晰明了，而且书中还穿插了一些有趣的物理学史料和科学家小故事，让学习的过程充满了趣味性，我甚至会主动去翻阅那些历史章节，了解这些伟大的发现是如何诞生的。更值得称赞的是，书中在每个小节后面都配有适量的例题，这些例题的难度梯度设计得非常合理，从基础的概念巩固到稍微有些综合性的应用，都能涵盖到，而且解析部分非常详细，不仅仅是给出答案，还会分析解题思路和关键点，这让我能够举一反三，真正掌握解题技巧。我曾为了准备一次重要的期末考试，反复研读了这本书关于“电磁学”部分的讲解，特别是“麦克斯韦方程组”的推导过程，书中给出的多种推导方法，让我对这组优美的方程有了更深层次的理解，不再是死记硬背，而是理解其物理内涵和应用范围。

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我必须要说，《新编大学物理学》是一本真正做到“授人以渔”的书。它不仅仅是让你记住知识点，更重要的是教会你如何去学习物理，如何去理解物理。书中对于数学工具的运用也做了非常详细的讲解，它会解释为什么在某个地方需要用到微积分，或者为什么需要用到向量分析，而不是简单地把数学公式“扔”给你。这让我对数学在物理学中的地位有了更深刻的认识，也让我明白，数学是描述物理规律的强大语言。我记得在学习“振动与波”时，书中对“简谐运动”的分析非常透彻，它不仅给出了描述简谐运动的微分方程，还详细讲解了如何求解这个方程，以及如何通过解来理解振动的周期、振幅和相位。而且，书中还结合了许多实际的例子，比如弹簧振子、单摆等，让我能够更直观地理解这些抽象的概念。这本书的另一个优点是，它在解释一些基本原理时，会追溯到历史的发展过程，比如“牛顿运动定律”的提出，以及它们是如何一步步完善的，这不仅增加了学习的趣味性，也让我对物理学的发展脉络有了更清晰的认识。它让我明白了，科学的进步是一个漫长而曲折的过程，需要一代代科学家们的努力和探索。

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作为一名已经开始接触一些工程应用的学生，我发现《新编大学物理学》在理论与实际的结合上也做得非常出色。书中很多章节的讲解都紧密联系着现实生活中的物理现象和技术应用，这让我对物理学在各个领域的重要性有了更直观的认识。例如，在“光学”章节中，作者不仅仅讲解了光的波动性和粒子性，还详细介绍了激光的原理、应用以及光纤通信等现代科技，这让我感到非常兴奋，因为我能看到课本上的知识是如何转化为改变世界的技术的。书中关于“热力学”部分的讨论，也远不止于冰冷的定律，它探讨了能量守恒在各种能源转化中的作用，以及熵增原理如何解释自然界的演化趋势，甚至还触及了一些关于“生命”与“热力学第二定律”的哲学思考，这非常有启发性，让我从更宏观的视角去审视物理学。我尤其欣赏书中关于“力学”的讲解，它不仅仅停留在牛顿定律的层面，还深入到变分原理和拉格朗日力学，并且提供了非常清晰的数学推导，虽然这部分对我来说挑战不小，但通过书中细致的讲解和例题，我逐渐克服了畏难情绪，甚至开始体会到数学语言描述物理世界的美妙。这本书的另一大亮点在于其严谨的科学态度和精确的语言表达，每个概念的定义都力求准确无误，每个公式的推导都经过了严格的验证，这对于我们学习一门严谨的科学科目来说至关重要。它让我养成了严谨的学习习惯，也让我明白，物理学不仅仅是记住公式，更是理解公式背后的逻辑和推理过程。

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《新编大学物理学》这本书的整体感觉就是“厚重”而不“沉重”。它包含的内容非常丰富，但讲解的逻辑性和条理性都做得非常好，让人在学习的过程中能够循序渐进，逐步深入。我特别欣赏书中关于“量子力学”的讲解，它并没有回避量子力学所带来的哲学上的困境，反而引导我们去思考“测量问题”、“不确定性原理”等概念，这让我对物理学的认识提升了一个层次。书中还会引用一些科学家在研究过程中遇到的困难和思考，这让我感到非常亲切，也更能理解科学研究的艰辛。例如，在讲解“黑体辐射”时，书中就提到了普朗克在提出量子假说时所经历的挣扎，这让我更加钦佩这位伟大的科学家。这本书的练习题也是我非常看重的一点，它不仅有基础的计算题，还有很多需要深入理解概念才能解答的题目，这极大地锻炼了我的分析和解决问题的能力。它让我明白，学习物理不仅仅是记忆知识，更重要的是理解知识的内在联系和应用。

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我必须说，《新编大学物理学》在习题的设计上非常有讲究。它不仅仅是提供了一堆计算题，更是包含了许多需要思考和分析的题目。这些题目覆盖了从概念理解到理论应用，再到实验设计的各个层面，而且难度梯度也设置得非常合理，能够满足不同水平的同学的需求。我记得在学习“磁场”时，书中有一道题目要求计算一个不规则形状的磁场分布，这需要我灵活运用安培环路定律和毕奥-萨伐尔定律，并且还要进行积分计算，这对我来说是一个不小的挑战。通过反复的练习和思考，我不仅掌握了计算方法，还对磁场的性质有了更深入的理解。而且，书中还提供了一些引导性的思考题，鼓励我们去探索问题的不同角度和潜在的联系，这极大地锻炼了我的独立思考能力和解决问题的能力。这本书的附录部分也非常实用，它包含了常用的物理常数、单位换算以及一些重要的数学公式，这些都能在学习过程中随时查阅，非常方便。它让我意识到，一个好的教材不仅仅是内容丰富，更重要的是它能够帮助学生有效地学习和掌握知识。

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我觉得《新编大学物理学》这本书的价值不仅仅在于它传授了多少物理知识，更在于它培养了我们解决问题的能力和独立思考的习惯。书中很多题目都不是简单的套公式就能解决的，而是需要我们综合运用多个章节的知识，分析问题的本质，然后找到最优的解题路径。我曾遇到一道关于“动量守恒”和“能量守恒”联合应用的题目，涉及到粒子碰撞和能量传递，这道题的要求比较高，需要我先分析碰撞的类型，再根据不同守恒定律列出方程组，最后求解。在做这道题的过程中，我反复查阅了书中相关的章节，并尝试了不同的解题思路，最终通过这本书提供的解题思路和技巧，我才得以攻克。而且，书中还鼓励我们去探索物理学的前沿领域，在一些章节的结尾，会简要介绍一些尚未完全解决的物理问题或者正在研究的热点，这极大地激发了我对科学研究的兴趣。例如，在“现代物理”章节中，关于“暗物质”、“暗能量”的讨论，虽然篇幅不长，但却为我打开了一扇新的大门，让我意识到物理学的发展是永无止境的，总有未知等待我们去探索。这本书的排版也让我非常喜欢，它采用了清晰的字体和合理的行距，阅读起来非常舒适，不会让眼睛感到疲劳，而且书的纸张质量也很好，拿在手里很有质感，这对于一本需要长时间翻阅的教材来说，是非常重要的。

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我不得不说，《新编大学物理学》在图文结合方面做得非常出色。书中高质量的插图和示意图，不仅仅是装饰，更是帮助我理解复杂概念的关键。例如，在讲解“电场线”和“磁场线”时，书中提供了大量清晰准确的矢量图，让我能够直观地感受到电场和磁场的分布情况，以及它们对带电粒子的作用力。在学习“波动”时，书中对波的叠加和干涉的图示也非常生动，让我能够清晰地看到波的形状如何变化，以及干涉条纹是如何形成的。而且，书中还会引用一些真实的物理实验照片，比如“密立根油滴实验”的照片，这让我感觉自己仿佛置身于那个伟大的实验现场，也更能体会到科学家们探索真理的艰辛与喜悦。这本书还有一个特点，就是它会适当地使用一些数学公式，但这些公式的出现都有其必然性，并且书中都会对公式的推导过程进行详细的解释，让我不会感到突兀。它让我明白，数学是物理学的语言，只有掌握了这门语言，才能真正理解物理世界的奥秘。

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