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出版者:Island Press

作者:Andrew Ford

出品人:

页数:401

译者:

出版时间:1999-03-01

价格:USD 42.50

装帧:Paperback

isbn号码:9781559636018

丛书系列:

图书标签:

• 环境建模
• 生态系统
• 环境科学
• 数学建模
• 计算机模拟
• 可持续发展
• 生态学
• 环境工程
• 数据分析
• 模型构建

《物理世界的描绘：从原子到星系的尺度》 这本书是一次探索我们所处物理宇宙的宏大旅程，它聚焦于我们如何理解和量化构成现实的各个层面。我们并非仅仅观察，而是试图绘制，用数学的语言、科学的工具和概念的框架，去捕捉从微观世界的精妙运作到宇宙洪荒的浩瀚格局。 第一部分：微观之境的精细刻画 本书的开篇，我们将深入到物质的最基本构成单位。这里，传统直觉往往失效，取而代之的是量子力学的奇妙规则。我们将详细解析原子的结构，从质子、中子的核，到电子围绕其运行的模糊云。这不仅仅是关于粒子本身，更重要的是理解它们之间的相互作用。电磁力如何在原子内部维系秩序，又如何在宏观世界中产生我们熟悉的化学键合，我们将一一剖析。 我们不会止步于原子。分子，这些由原子组成的复杂网络，是生命和物质多样性的基础。我们将研究不同类型的化学键，如共价键、离子键和范德华力，以及它们如何决定物质的性质——为什么水是液体，而铁是固体？为什么某些物质易燃，而另一些则稳定如初？通过模型，我们将模拟分子的三维结构，理解它们如何相互碰撞、反应，并最终形成更复杂的结构，如蛋白质和DNA。 再深入一步，我们将触及固态物理学的领域。晶体结构，原子在空间中的有序排列，赋予了材料独特的力学、电学和光学特性。我们将探讨各种晶格模型，如立方晶格、六方晶格，以及缺陷，如空位和位错，如何在这些完美结构中产生，以及它们对材料性能的深远影响。从半导体的量子行为到金属的导电机制，从陶瓷的脆性到聚合物的柔韧性，都将在精密的模型构建中得以阐释。 第二部分：宏观世界的尺度与动态 当我们将目光从微观世界移向宏观，我们面对的是一个由无数粒子组成的、充满动态的系统。热力学和统计力学为我们提供了理解这些宏观性质的钥匙。我们将从基本的能量、温度、熵等概念出发，构建模型来解释热量的传递方式——传导、对流和辐射。为何一杯热咖啡会逐渐冷却？为何冰块会在温暖的环境中融化？这些过程都可以通过能量守恒和熵增原理来精确描述。 流体力学是另一个至关重要的领域。无论是空气在飞机翅膀上的流动，还是水在管道中的输送，或者天气系统中云的运动，都遵循着复杂的流体动力学方程。我们将探讨层流和湍流的区别，理解压强、速度和粘度等参数如何共同作用，形成从平滑流动到混沌涡旋的各种现象。我们将研究伯努利原理如何解释飞机升力，以及纳维尔-斯托克斯方程如何成为模拟天气和海洋洋流的基石。 电磁学在宏观世界中的表现同样令人着迷。从简单的电路到复杂的电磁波，我们都将通过数学模型进行深入探究。法拉第定律如何解释发电机的原理？麦克斯韦方程组又如何统一了电和磁，并预言了光的存在？本书将详细介绍电场、磁场如何相互激发，如何以光速传播，以及它们在无线通信、光学成像等技术中的关键作用。 第三部分：宇宙尺度的辽阔描绘 本书的第三部分将我们的视野推向宇宙的广袤边界。天文学和宇宙学为我们提供了理解星系、恒星和宇宙演化的框架。我们将从牛顿的万有引力定律开始，理解行星为何绕恒星运转，以及恒星内部核聚变反应的能量来源。我们将研究恒星的生命周期，从尘埃和气体云的坍缩形成，到主序星的燃烧，再到超新星爆发或白矮星的寂灭。 星系，这些由数十亿甚至数万亿颗恒星组成的巨大集合体，其形成和演化过程是宇宙学研究的核心。我们将探讨不同类型的星系，如螺旋星系、椭圆星系和不规则星系，以及它们的形成机制。从星系碰撞到黑洞在星系中心的引力作用，我们都将通过模型进行推演。 最后，我们将进入宇宙学。从宇宙大爆炸的证据，如宇宙微波背景辐射和元素的丰度，到宇宙的膨胀和加速膨胀，我们将审视现有理论的构建和检验过程。我们将探讨暗物质和暗能量等神秘成分在宇宙结构形成和演化中所扮演的角色。本书将邀请读者一同思考宇宙的起源、演化以及可能的未来，并介绍当前科学家们用于模拟和理解这些宏大现象的计算模型和观测手段。 贯穿始终的建模方法论 贯穿全书的，是对“建模”这一科学方法的深入探讨。我们将不仅仅是介绍物理学的各个领域，更重要的是展示如何构建模型来理解这些现象。从理想化的简化模型，到考虑更多复杂因素的数值模型，我们将介绍不同模型的构建思路、数学工具和验证方法。本书将强调模型不仅仅是理论的推演，更是科学探索的指南针，它帮助我们提出新的假设，设计实验，并最终加深我们对物理世界的理解。 《物理世界的描绘：从原子到星系的尺度》 旨在为读者提供一个全面而深入的物理世界图景。通过严谨的科学理论和精妙的数学模型，我们得以窥探物质世界的奥秘，理解宇宙运行的规律。这不仅仅是一本知识的堆砌，更是一次激发好奇心、培养科学思维的旅程，邀请读者一同参与到描绘我们所居住的这个迷人世界的壮丽画卷中。

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作为一名资深的计算工程师，我对模型的计算效率和代码实现细节尤为关注。我原本以为这本书会侧重于理论推导，但在阅读《Modeling the Environment》的过程中，我惊喜地发现它在“数值方法”和“计算实现”方面投入了相当大的篇幅。书中不仅详细介绍了有限元法和有限差分法在环境问题中的具体应用，还穿插了一些关于高效编程实践的建议，比如如何利用并行计算来加速大型三维水动力模型的求解。虽然它没有提供完整的源代码，但它提供的伪代码和算法流程图清晰到足以让我直接将其转化为我熟悉的Python或MATLAB脚本。这本书成功地架起了理论与工程实践之间那座至关重要的桥梁，它告诉我们，一个优雅的模型不仅需要在数学上完美，更要在计算机上高效运行。这种注重实战、关注落地细节的处理方式，是很多纯理论书籍所欠缺的，这也是我给予这本书最高评价的主要原因之一。

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说实话，我抱着一种审慎的态度打开这本《Modeling the Environment》，毕竟市面上同类书籍汗牛充栋，真正能让人眼前一亮的凤毛麟角。然而，读完前三章后，我的疑虑便烟消云散了。作者的叙事风格极其老练，他似乎拥有将最晦涩的物理化学过程转化为流畅叙事的能力。比如，在处理地下水流动模型时，他没有直接给出达西定律的推导，而是通过一个历史上的治水故事引入，将流量、渗透系数这些概念巧妙地融入情境之中，让人在不知不觉中完成了知识的内化。这本书的结构安排也极为巧妙，它并非简单的章节堆砌，而是一条清晰的知识进阶路径，从一维的简单系统，逐步过渡到复杂的多尺度、多相流模型。我特别喜欢其中关于模型校准与验证的章节，它详细阐述了如何避免“过度拟合”的陷阱，提供了一套切实可行的操作指南，这对于我目前正在进行的气候变化影响评估项目提供了及时的指导。这本书的价值远超教科书范畴，更像是一位资深导师在耳边谆谆教诲。

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坦白讲，很多环境建模的书籍读起来都像是在啃一本枯燥的数学手册，充满了符号和希腊字母，让人望而生畏。然而，《Modeling the Environment》这本书却展现出一种令人耳目一新的活力。它的排版设计非常注重读者的体验，大量的留白、清晰的章节标题和关键术语的加粗处理，极大地缓解了视觉疲劳。我尤其欣赏它在章节结尾处设置的“批判性思考”环节，这些问题往往不是让你重复书本知识，而是要求你针对特定模型在现实中的局限性提出自己的见解，这有效地激发了读者的主动学习和质疑精神。例如，在讨论大气扩散模型时，它并没有回避不同边界条件假设对结果的巨大影响，反而坦诚地展示了不同假设下的情景模拟对比。这种对模型局限性的坦诚披露，比一味地赞美模型的能力要来得更有价值和说服力。这本书的结构布局简直是艺术品级别的，阅读过程本身就是一种享受。

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我是在一个非常忙碌的时期开始阅读《Modeling the Environment》的，老实说，我期待它能像工具书一样，需要时快速查阅相关公式即可。但没想到，它竟然具有一种魔力，让我愿意放慢脚步，细细品味每一个论述。这本书最让我惊叹的一点是其跨学科的整合能力。它不是孤立地讨论数学模型，而是将其置于更宏大的社会经济背景下进行审视。例如，在探讨生态系统服务价值评估模型时，作者引入了博弈论的思想来解释不同利益相关方在资源利用决策中的博弈状态，这种视角的转换，极大地拓宽了我对“环境建模”的理解边界。文字风格上，它保持了一种恰到好处的学术距离感，既有足够的专业深度，又避免了过于自说自话的晦涩。当我遇到一些特别困难的章节时，书末提供的精选参考书目和在线资源链接，简直是雪中送炭，引导我进入更专业的文献深水区。这本书无疑是为那些渴望将技术知识与政策应用相结合的专业人士打造的精品。

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天哪，这本书简直是为我量身定做的！我最近一直在寻找一本能够深入浅出地介绍环境建模核心概念的权威著作，而这本《Modeling the Environment》完全超出了我的预期。它的开篇就非常抓人眼球，作者没有急于抛出复杂的数学公式，而是用一系列生动的案例，比如城市热岛效应的模拟和水资源分配的动态过程，将抽象的模型构建过程变得立体而直观。我尤其欣赏它在方法论上的严谨性，它不仅涵盖了经典的微分方程模型，还花了大篇幅讨论了当前炙手可热的机器学习在环境预测中的应用，比如如何利用神经网络来优化空气质量预报的准确性。书中的图表制作精良，复杂的数据可视化清晰易懂，即使是对建模不甚熟悉的初学者，也能迅速抓住要点。更重要的是，它强调了模型的不确定性分析和敏感性测试，这对于我们实际操作中评估模型可靠性至关重要，体现了作者深厚的实践经验，而非仅仅停留在理论层面。这本书简直是环境科学领域一本里程碑式的教材，强烈推荐给所有从事相关领域研究和工程实践的同仁。

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