Spacetime Physics (Physics Series) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:W.H.Freeman & Co Ltd

作者:Edwin F. Taylor

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1971-08

价格:USD 11.95

装帧:Paperback

isbn号码:9780716703365

丛书系列:

图书标签:

• 物理学
• 时空物理
• 相对论
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• 大学物理
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宇宙的结构与演化：从量子到宏观的物理学探索 导言：重塑我们对现实的理解 本书旨在为读者提供一个全面而深刻的视角，审视现代物理学如何描绘我们宇宙的基本结构、物质的构成及其随时间推移的演化过程。我们将避开关于时空几何的传统讨论，转而深入探讨支配微观粒子行为的量子场论的精妙，以及宏观尺度上物质如何组织成星系和宇宙网的复杂动力学。这是一场从普朗克尺度到可观测宇宙边缘的智力之旅，旨在揭示隐藏在现象背后的基本原理。 第一部分：物质的基石——量子世界与基本相互作用 本部分专注于描述构成我们宇宙的最小单元及其相互作用的框架。我们不再将引力视为时空本身的弯曲，而是将其置于更广阔的粒子物理学图景中进行考察。 第一章：粒子物理学的标准模型：超越经典直觉 我们将详细阐述标准模型——描述电磁力、强核力和弱核力的成功理论框架。重点将放在理解规范对称性在定义基本粒子及其耦合中的核心作用。 夸克与轻子家族的结构： 深入探讨物质的构成单元，包括费米子（夸克和轻子）的代际结构、手性对称性以及它们如何通过希格斯机制获得质量。 规范玻色子与基本力： 详细分析光子、W/Z玻色子和胶子的角色。我们关注这些力的传递机制，特别是量子色动力学（QCD）中夸克禁闭现象的描述，以及弱相互作用在核衰变中的关键作用。 计算与实验的交汇： 讨论如何利用量子场论工具（如路径积分）进行精确的微扰计算，并将其与大型强子对撞机（LHC）等实验结果进行比对，验证理论预测的精确性。 第二章：量子场论的高级主题：从真空到物质 本章超越了教科书层面的标准模型介绍，探讨了描述粒子和场的更深层次的数学结构。 重整化群（RG）的视角： 介绍重整化群的概念，说明物理定律如何随观测尺度的变化而变化。我们将探讨有效场论（EFT）的思想，即如何在特定能量尺度下，忽略更高能物理的细节，只保留必要的低能有效理论。 拓扑结构在场论中的作用： 探讨非平凡拓扑结构（如瞬子、磁单极子）如何影响场的动态行为，以及这些结构可能在早期宇宙或凝聚态系统中扮演的角色。 电弱统一的深刻含义： 考察电磁力和弱核力如何在高温下统一的物理图像，以及这一过程对宇宙演化的影响。 第二部分：从微观到宏观——凝聚态物理与新兴现象 本部分将视角转向描述大量粒子集体行为的领域——凝聚态物理。在这里，描述量子效应的复杂性通过集体激发（准粒子）得以展现，形成了远超单个粒子行为的丰富现象。 第三章：多体系统的集体激发与相变 我们探讨如何从微观的量子力学原理推导出宏观的物理性质，特别是相变的本质。 格林函数方法与激发谱： 使用费曼图和格林函数来系统地处理多体相互作用问题，计算准粒子的有效质量和寿命。 对称性破缺与序参量： 详细分析第二类相变，如超导转变和磁性转变。重点讨论序参量如何表征系统偏离高对称性基态的程度，以及金兹堡-朗道理论的适用性。 拓扑凝聚态物理： 介绍近年来备受关注的拓扑绝缘体和拓扑超导体。这些材料的独特之处在于其体态是绝缘的，但边界态却受拓扑保护，具有极强的鲁棒性，这为低能耗电子学提供了新的思路。 第四章：强关联电子系统与新奇物态 本章聚焦于电子之间强相互作用导致的奇异行为，这些系统往往无法用简单的单粒子近似来描述。 Hubbard 模型与金属-绝缘体转变： 分析Hubbard模型在描述强关联系统中的核心地位，以及它如何解释高温超导（HTS）等重大未解难题。 量子霍尔效应及其拓扑本质： 深入研究二维电子气在强磁场下的行为。重点解释分数量子霍尔效应中分数电荷的出现，以及其与陈数等拓扑不变量的深刻联系。 低维系统的特殊性： 探讨一维和二维系统中费米子行为的特殊性，如费米液体理论的失效以及Luttinger液体等概念的引入。 第三部分：宇宙的编织——广义相对论之外的动力学 虽然本书不侧重于爱因斯坦的时空几何，但我们必须探讨物质在宇宙尺度上的分布和演化，这涉及超越经典背景的动力学。 第五章：宇宙学中的物质主导阶段 我们将考察在宇宙尺度上，普通物质和暗物质如何驱动结构的形成。 线性化密度扰动理论： 建立描述早期宇宙中物质密度波传播的线性方程。重点分析声子（声波）在重子物质中传播对观测到的宇宙微波背景（CMB）的影响（即重子声学振荡，BAO）。 暗物质的动力学特征： 假设暗物质是冷无碰撞粒子（Cold Dark Matter, CDM）。讨论如何通过数值模拟（N-体模拟）追踪暗物质晕的形成和合并，并解释观测到的星系团和星系网的结构是如何从初始的微小涨落中“生长”出来的。 大尺度结构的统计分析： 引入功率谱和双点关联函数等工具，用以量化物质在不同尺度上的聚集程度，并将其与CDM模型的预测进行对比。 第六章：高能天体物理中的极端场 本章探讨极端引力场或极端电磁场附近物质的行为，这些环境为我们提供了检验基本物理定律的天然实验室。 吸积盘与喷流的辐射机制： 描述在黑洞或中子星周围，物质如何被加速到相对论速度，并在吸积盘中辐射出伽马射线和X射线。重点分析磁场在能量提取和驱动相对论性喷流中的作用。 中子星内部的物质状态： 探讨在极高密度下，核物质如何被压缩，可能形成超流体或夸克物质。这涉及对状态方程的理论建模，是凝聚态物理和核物理的交界点。 引力波信号的动力学源： 虽然不深入广义相对论，但我们将讨论双黑洞或双中子星并合事件中，物质的最后阶段辐射（潮汐效应、物质落入）如何影响最终的引力波波形。 结论：未竟的探索与物理学的未来方向 本书以对当前物理学前沿的审视作结。我们将回顾标准模型之外的必要扩展（如中微子质量的起源、暗能量的性质），以及量子引力问题对理解宇宙整体框架的挑战。强调物理学研究的本质是永无止境的循环：理论的预测、实验的检验、以及对现有框架的突破。我们所描述的宇宙图景，是一个由精确的数学框架支配，却又充满着尚未揭示的宏大奥秘的动态实体。

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我必须强调这本书在图文排版上的用心程度。市面上很多物理科普书，要么是图文分离，要么是插图质量低下，导致理论和视觉辅助脱节。然而，这本书的内页设计简直是一件艺术品。每一张插图，无论是空间结构的示意图，还是历史人物的肖像，都经过了精心挑选和优化，分辨率极高，色彩运用得当，它们不是简单地填充空白，而是作为论证的一部分存在。比如，当讲到宇宙膨胀模型时，书上附带的若干张不同时期宇宙模型的对比图，清晰地展示了随着时间推移，物质密度和哈勃参数是如何共同描绘出宇宙历史的宏伟蓝图。这些视觉辅助材料，极大地帮助我理解了那些抽象的、非直观的概念，比如宇宙的视界问题，或者微观粒子世界的概率云分布。这种对细节的极致追求，让阅读体验变得极其舒适和愉悦。它不仅仅是一本知识的载体，更像是一本可以反复翻阅、品味其中设计美学的画册，非常适合放在书架上，随时取来享受一次视觉与智力的双重盛宴。

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这本书的封面设计简直让人眼前一亮，那种深邃的宇宙蓝搭配着星云状的纹理，立刻就把读者的思绪拉向了浩瀚的星际空间。我原以为它会是一本晦涩难懂的理论物理学教材，毕竟“物理系列”这几个字本身就带着一股严肃的学究气，但翻开目录才发现，作者的叙事方式非常新颖，充满了对未知世界的探索欲和人文关怀。它并非简单地罗列公式和定理，而是将复杂的概念融入到引人入胜的历史背景和哲学思考之中。比如，在介绍相对论的早期发展时，作者用了大量的笔墨去描绘那个时代科学界思想碰撞的火花，那种感觉就像是跟着伽利略、牛顿、爱因斯坦他们一起在星空下踱步，共同追问时间与空间的本质。读起来丝毫没有阅读学术专著的枯燥感，反而像是在听一位博学多识的长者，用他一生的智慧，娓娓道来宇宙的奇妙构造。特别是对“弯曲时空”的解释，作者没有直接抛出张量分析，而是借用了一个非常形象的比喻——一个沉重的保龄球放在一张拉紧的蹦床上，这种直观的画面感，让即使是对高等数学感到畏惧的读者也能迅速抓住核心思想，极大地降低了理解门槛，真正做到了科普与学术的完美融合，让人对后续的内容充满了期待和好奇。

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这本书最让我感到震撼的地方，是它超越了纯粹的科学描述，触及到了物理学与存在主义的交叉点。作者在探讨完宇宙学的边界问题，比如“我们是否生活在一个模拟世界中”时，并没有给出任何武断的结论，而是引导读者进行更深层次的自我反思。他将物理学中探索的终极问题——“一切的起源和终结是什么”——与人类对意义的永恒追问结合起来，形成了一种既宏大又个人化的阅读体验。读到最后，我感到的不再是知识的堆砌，而是一种对宇宙的敬畏感和一种对人类求知欲的赞美。这种饱含人文色彩的收尾，使得这本书完全区别于那些只关注“如何计算”的教科书。它成功地激发了我内心深处对探索未知的原始冲动，让我意识到，物理学不仅仅是理解世界的工具，它本身就是人类精神史诗的一部分。这本书的价值在于，它不仅让你知道宇宙是如何运转的，更重要的是，它让你思考，在这种运转中，我们自身的位置与意义何在，绝对是一本值得反复品读、常读常新的佳作。

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作为一名对宇宙学抱有长期兴趣的非专业人士，我通常会避免那些过于依赖微积分的读物，但这本书成功地吸引住了我，并且让我发现，即使是那些复杂的数学表述，在作者的笔下也像是经过了精心的“翻译”。举例来说，书中对引力波的探讨部分，简直就是一场精彩的侦探小说。作者并没有直接给出爱因斯坦场方程的详细推导，而是通过描述人类如何一步步设计出LIGO这样的精密仪器，如何从背景噪音中“剥离”出那极其微弱的时空涟漪信号，将科学的发现过程还原成了充满挑战与挫折的真实历程。这种以“发现过程”为核心的叙述，极大地增强了阅读的沉浸感和代入感。我能清晰地感受到科学家们为了捕捉到那亿万分之一秒的信号所付出的耐心与智慧。更值得称赞的是，作者没有止步于已有的成就，他笔锋一转，开始展望未来对黑洞信息悖论的探索，以及对弦理论和圈量子引力等前沿假说的梳理，让我对物理学界尚未解决的“世纪难题”有了清晰的地图。这本书仿佛是为渴望了解现代物理脉搏但又不想被繁复公式困住的普通读者量身定制的。

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这本书的章节组织逻辑堪称一绝，它没有采取传统物理书籍那种“先讲基础、再谈应用”的僵硬结构，而是采用了主题驱动的叙事方式。每一个章节都围绕着一个宏大的物理学问题展开，比如“时间旅行的可能性”或是“宇宙的终极命运”。我最欣赏的一点是，作者在深入探讨每一个前沿理论时，都会非常负责任地标明哪些是已被证实的物理定律，哪些是基于现有模型的推测，哪些则纯粹是数学上的可能性，这种严谨的态度在许多流行科普读物中是难得一见的。它教会我的不只是知识本身，更是一种科学的思维方式——如何批判性地看待信息，如何区分事实与假说。阅读过程中，我甚至会时不时地停下来，拿起笔在旁边空白处画图，试图用自己的方式去理解那些高维度的概念。其中有一段关于量子纠缠的描述，作者巧妙地引用了文学作品中的意象来辅助说明，让原本抽象的“非定域性关联”变得有了情感的色彩，读完后仿佛触及到了世界底层运行的一些基本“语法”，那种醍醐灌顶的感觉，比做对十道难题还要令人满足，这绝对是一本能提升思维层次的书。

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