具体描述
本书译自美国Douglas C．Giancoli教授(University of California at Berkeley)编著、由Prentice Hall公司出版的“Physics：Principles with applications”(第五版)一书。原书共有33章，分第一和第二分册出版。本书翻译出版的是第一分册，共分15章，内容包括：一维、二维运动学；动力学；万有引力；功和能；线动量；角动量；静力学；流体；振动和波；声音；温度和热；热力学等。
《宇宙的低语：探索物质、能量与时空的奥秘》 一、 引言：拨开迷雾，触碰本质 在浩瀚无垠的宇宙深处，隐藏着无数令人惊叹的奥秘。从微观粒子在量子层面的奇妙舞蹈，到宏观天体在引力作用下的庄严运行，这一切的背后，都遵循着一套深刻而普适的自然法则。本书《宇宙的低语》并非一本冰冷的教科书，而是希望邀请您踏上一段非凡的探索之旅，去倾听那潜藏在万物之中的低语，去理解驱动宇宙运转的根本原理。我们不是要堆砌枯燥的公式，也不是要进行严谨的数学推导，而是力求以一种更具启发性和人文关怀的方式，揭示物理学是如何帮助我们理解自身所处的世界，以及我们在这个世界中的位置。 本书的宗旨是，让每一个对宇宙充满好奇的人，都能在其中找到共鸣，都能感受到科学的魅力。我们相信，物理学不仅仅是科学家们的专属领域，它更是一种理解世界、认识自我的强大思维工具。通过这本书，您将有机会以全新的视角审视我们习以为常的现象，发现其中蕴含的深刻道理，并对我们所居住的这颗星球，乃至整个宇宙，产生更加敬畏和深刻的理解。 二、 第一章：空间的织锦与时间的河流 我们身处一个四维的时空之中，但我们对它的感知却常常是离散的。空间，那个我们用长度、宽度和高度来衡量的三维领域，真的只是一个空荡荡的画布吗？在本章中，我们将深入探索空间的本质。我们将回顾牛顿力学中绝对空间的概念，并引出爱因斯坦相对论革命性的观点：空间并非独立于物质而存在，它会受到物质和能量的影响，发生弯曲和变形。想象一下，一个巨大的球体放置在一张拉紧的橡胶膜上，橡胶膜的凹陷便是时空弯曲的直观比喻。我们将探讨这种时空弯曲如何解释引力的存在，为何行星会围绕恒星运转，为何光线在经过大质量天体时会发生偏折。 时间，那个我们每日感受到的流逝，同样并非静止不变。从古老的日晷到现代的原子钟，我们对时间的测量和理解经历了漫长的演变。在本章中，我们将跟随物理学的脚步，理解时间的相对性。爱因斯坦的理论告诉我们，时间并非普适地均匀流逝，它会随着观察者的运动速度和所处的引力场而发生变化。例如，高速运动的宇航员会比留在地球上的人经历更慢的时间流逝。我们将讨论这些效应在实际中的应用，比如GPS卫星的定位系统，正是因为考虑到了相对论效应，才能实现精确的导航。我们将一同穿越时间的河流，感受它那如水般流淌的动态与相对性。 三、 第二章：物质的基石：原子、粒子与量子世界的奇妙 我们赖以生存的万物，从我们呼吸的空气，到我们脚下的土地，再到构成我们身体的细胞，最终都可以追溯到极其微小的粒子。在本章中，我们将深入微观世界，揭示物质的构成原理。我们将从经典的原子模型开始，回顾卢瑟福散射实验如何引导我们认识原子核和电子的结构。然而，当我们进一步深入，便会进入一个充满奇异规则的量子世界。 量子力学，这个描述微观粒子行为的理论，颠覆了我们许多直观的认知。我们将探讨粒子的波粒二象性，即一个粒子既可以表现出粒子的性质，也可以表现出波动性。例如，电子在某些实验中表现为点状粒子，而在另一些实验中则表现为像水波一样的衍射图案。我们将介绍量子叠加态的概念，即一个粒子可以同时处于多种可能的状态，直到被测量时才会“坍缩”到某一个确定的状态。量子纠缠，这种“幽灵般的超距作用”，更是令人着迷，两个处于纠缠态的粒子，无论相隔多远，当一个粒子的状态被确定时，另一个粒子的状态也会瞬时确定。 本章还将触及基本粒子的标准模型。我们将认识到，构成物质的粒子远不止电子和质子，还有夸克、轻子、玻色子等等。我们将了解每种粒子扮演的角色，以及它们之间的相互作用力，如电磁力、强核力、弱核力。我们将尝试理解，正是这些微观粒子的组合和相互作用，才塑造了我们宏观世界中丰富多彩的物质形态。 四、 第三章：能量的舞蹈：光、热、电与能源的无限可能 能量，是宇宙中最重要的概念之一，它驱动着一切运动和变化。在本章中，我们将围绕能量的各种形式展开探索。我们将从我们最熟悉的“光”开始。光，既是电磁波，也是粒子（光子）。我们将探讨光的本质，它的传播速度，以及它如何在我们的视觉中扮演至关重要的角色。我们将讨论光电效应，以及它如何催生了现代光伏技术，将太阳能转化为电能。 接着，我们将目光投向“热”。热，是物质内部分子无规则运动的宏观表现。我们将了解热力学定律，这些定律深刻地揭示了能量转换的规律和不可逆性。例如，热力学第二定律告诉我们，在一个孤立系统中，熵（混乱度）总是倾向于增加，这意味着能量的利用效率永远不可能达到百分之百。我们将探讨热传导、热对流和热辐射等概念，以及它们在自然界和工程中的广泛应用。 “电”，更是现代文明的命脉。我们将追溯电荷的起源，了解静电学和电流的基本原理。我们将探讨电场和磁场之间的密切联系，以及法拉第电磁感应定律如何为发电机的发明奠定了基础。我们将了解不同形式的电力产生方式，从传统的火力发电、水力发电，到新兴的核能和可再生能源。本章还将展望能源的未来，思考如何更高效、更清洁地利用能源，以应对全球性的能源挑战。 五、 第四章：力与运动的律动：从苹果落地到星辰大海 力，是改变物体运动状态的原因。运动，是宇宙永恒的主题。本章将带领您领略经典力学的魅力。我们将从牛顿的三大运动定律开始，理解惯性、力和加速度之间的关系。从苹果落地这个经典的物理学故事，到行星在轨道上运行的壮丽景象，都离不开牛顿力学的解释。我们将探讨动量守恒定律，它解释了为何在没有外力作用时，系统的总动量保持不变，这在碰撞和爆炸等现象中至关重要。 我们将进一步深入到圆形运动和万有引力定律。理解引力如何将我们牢牢地固定在地球上，又如何将月球束缚在围绕地球的轨道上，并将行星维系在围绕太阳的运行轨迹中。我们将探讨能量守恒定律，它指出在一个孤立系统中，总能量保持不变，只是以不同的形式相互转化。 本章还将触及一些更复杂的动力学概念，如简谐运动（例如钟摆的摆动）和流体动力学（例如空气动力学和水流）。我们将看到，这些看似简单的运动规律，却能解释从最微小的振动到最庞大的天体运行的各种现象，展现了物理学在描述和预测运动方面的强大能力。 六、 第五章：波的传播与信息的传递：声、光、电磁波的共鸣 波，是能量传递的一种重要方式，它以周期性的扰动在介质中传播。在本章中，我们将深入探索波的世界。我们将从我们最熟悉的“声波”开始。声波的产生、传播和接收，以及声音的频率、振幅和音速等概念，都将得到细致的阐述。我们将讨论声波在自然界中的作用，例如动物的交流，以及在科技中的应用，例如超声波成像。 接着，我们将回到“光波”或更广泛的“电磁波”。电磁波的本质是电场和磁场在空间中的交替传播，它们无需介质即可在真空中传播。我们将介绍电磁波谱，包括无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和伽马射线等不同波段。每种波段都有其独特的性质和应用，例如微波用于通信和加热，X射线用于医学成像。 我们将探讨波的干涉和衍射现象，这些现象是波的典型特征，它们揭示了波在传播过程中的叠加和绕射能力。干涉可以产生明暗相间的条纹，而衍射则能让波绕过障碍物继续传播。这些现象不仅在光学中有重要意义，也为我们理解其他类型的波提供了重要的启示。本章还将讨论波的共振现象，即当驱动频率与系统固有频率相同时，振幅会急剧增加，这在许多工程领域都至关重要。 七、 结语：未尽的探索，永恒的好奇 《宇宙的低语》之旅即将抵达终点，但物理学的探索却永无止境。我们所揭示的仅仅是冰山一角，在宇宙的深处，仍然有无数等待我们去发现的奥秘。从对暗物质和暗能量的追寻，到对量子引力理论的构建，再到探索宇宙的起源和未来，物理学始终在不断地拓展人类认知的边界。 本书的目的不是要让您成为物理学家，而是希望您能感受到物理学那份连接万物、解释世界的逻辑之美，体验到探索未知、挑战自我的科学精神。我们相信，通过对这些基本原理的理解，您将能以更加深刻和广阔的视野去看待周围的世界，去发现那些被忽视的细节，去感受那潜藏在平凡之中的非凡。 愿您在这趟探索之旅中，点燃心中永恒的好奇之火，继续追寻宇宙的低语，感受科学带来的震撼与启迪。因为，我们所生活的宇宙，是一个充满奇迹的宝库，而物理学，正是我们打开这扇宝库大门的钥匙。
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