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出版者:人民卫生

作者:徐春祥

出品人:

页数:564

译者:

出版时间:2007-8

价格:50.00元

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isbn号码:9787117090209

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物理学前沿探索：从量子纠缠到宇宙学新视野 书籍定位： 本书旨在为具有一定物理学基础的读者提供一个深入了解当代物理学最前沿、最具突破性进展的全面视角。它并非对经典物理学的重复，而是聚焦于那些正在重塑我们对物质、能量、空间和时间理解的革命性概念和实验成果。 --- 第一部分：微观世界的革命——量子物理学的深化与应用 第一章：量子场论（QFT）的再审视与规范场论的最新进展 本章将超越量子力学的基础框架，深入探讨量子场论（QFT）作为描述基本粒子相互作用的数学语言的精妙之处。我们不会重复薛定谔方程的推导，而是将重点放在重整化群（Renormalization Group）的现代应用，特别是在临界现象和凝聚态物理中的体现。 1.1 路径积分表述的优势与挑战： 阐述费曼路径积分如何提供比波动力学更直观的微扰论结构，尤其是在非微扰（Non-perturbative）区域，如格子 QCD（Lattice QCD）的计算策略。 1.2 规范对称性与标准模型的边界： 详细分析电弱统一理论的成功，并讨论希格斯机制的精确测量结果对未来物理的暗示。我们将探讨超越标准模型的规范群（如 $E_6$ 或 $SU(5)$）的理论动机及其可能的低能残留效应。 1.3 手性微扰论与有效场论（EFT）： 介绍 EFT 作为一种在特定能量尺度下处理复杂系统的强大工具。重点分析如何利用低能有效拉格朗日量来描述强子相互作用，避免了直接处理夸克和胶子的复杂性。 第二章：量子信息与量子计算的硬件突破 本部分将聚焦于如何利用量子叠加和纠缠的特性来构建下一代计算和通信系统。本书将避免介绍量子比特的基本定义，而是直接切入实现难度最高的工程挑战。 2.1 超导电路中的非阿贝尔任意子： 探讨拓扑量子计算的理论基础，特别是马约拉纳费米子（Majorana Fermions）在实现容错量子计算中的核心地位。分析超导环路实验中对这些准粒子的探测难题。 2.2 囚禁离子与中性原子的精密控制： 详细比较不同物理平台（如超导、囚禁离子、光晶格中的玻色-爱因斯坦凝聚体）在相干时间、门保真度和可扩展性方面的优劣。重点分析如何利用拉曼跃迁和激光冷却技术，将数百个量子比特集成到一个可控系统中。 2.3 量子纠错码（QEC）的物理实现： 深入剖析表面码（Surface Codes）和牛津码（Oxbridge Codes）的拓扑结构，并讨论物理错误率必须低于何种阈值才能实现有效的逻辑比特保护。 第三章：凝聚态物理的非传统拓扑相 本章关注材料科学中那些拓扑性质占据主导地位的奇异状态，这些状态的特性对外部扰动具有极强的鲁棒性。 3.1 拓扑绝缘体与拓扑超导体： 区分第一类和第二类拓扑绝缘体，并探讨其表面或边缘态的狄拉克特性。着重分析磁性掺杂对拓扑相的影响，以及在拓扑超导体中寻找马约拉纳零能模式的实验信号。 3.2 强关联电子系统中的新奇序： 研究莫特绝缘体相变背后隐藏的复杂量子涨落。讨论电子-电子排斥作用如何导致分数霍尔效应（Fractional Quantum Hall Effect）中激发态的集体行为，以及其分数电荷的物理意义。 --- 第二部分：宏观与极端的物理学——时空与引力的极限 第四章：广义相对论的数值与实验检验 本章将探讨爱因斯坦场方程在极端条件下的表现，并侧重于最新的观测证据。 4.1 黑洞的视界面动力学： 深入研究视界稳定性、霍金辐射的量子修正（Semi-classical corrections），以及信息悖论的最新进展，如防火墙（Firewall）假说与软毛（Soft Hair）理论的辩论。 4.2 引力波天文学的新窗口： 分析 LIGO/Virgo/KAGRA 探测器网络如何从双黑洞并合（BBH）信号中提取关于潮汐失真和视界动力学的参数。探讨三体并合事件的复杂性以及对极强引力场下时空几何的约束。 4.3 修正引力理论的观测约束： 检视 $f(R)$ 引力、张量-矢量-标量引力（TeVeS）等替代理论，它们试图在不引入暗能量的情况下解释宇宙加速膨胀。重点分析这些理论在太阳系内绕射实验和引力波传播速度上的限制。 第五章：宇宙学：暗物质和暗能量的直接证据搜寻 本书将侧重于寻找这些宇宙组分的物理起源，而非仅停留在其宏观效应上。 5.1 暗物质粒子的直接探测： 详细分析氙、氩等惰性气体探测器（如 XENONnT, LZ）的工作原理，它们如何在高纯度环境下寻找弱相互作用重粒子（WIMP）与原子核的弹性散射信号。同时，探讨对轴子（Axion）的腔体共振实验（如 ADMX）的最新进展。 5.2 暗能量的早期宇宙证据： 评估巴里量子振荡（BAO）数据、太初核合成（BBN）约束以及宇宙微波背景（CMB）测量（如 Planck 卫星数据）如何共同确定宇宙的加速膨胀率和 $Lambda$CDM 模型中的物质/能量密度参数。 5.3 早期宇宙的暴胀理论修正： 探讨不同暴胀势能模型（如混沌暴胀、标量场驱动）对原初引力波背景（张量/标量功率谱比 $r$）的预测差异，并回顾 BICEP/Keck 合作组对 $r$ 的持续严格限制。 --- 第三部分：跨学科的交汇点——复杂性与统计物理的桥梁 第六章：非平衡态统计物理与耗散系统的动力学 本章探讨远离热平衡的系统，这些系统是理解生命、气候和工程系统的基础。 6.1 涨落定理与能量耗散： 深入介绍杰里米-克劳斯（Jarzynski）等式和克罗克斯（Crooks）涨落定理，它们在微观可逆性与宏观不可逆性之间建立了精确的定量联系。讨论这些定理在纳米机器和生物分子动力学中的应用。 6.2 随机过程与分数布朗运动： 分析长程相关性和非马尔可夫过程在复杂介质（如多孔材料、生物网络）中如何导致异常扩散（Anomalous Diffusion）。介绍有效哈密顿量方法来描述这些系统。 第七章：量子混沌与随机矩阵理论 本章将探索量子系统如何表现出经典混沌的特征，以及如何用统计方法描述能级分布。 7.1 经典-量子对应与能级统计： 详细阐述量子系统的能级统计如何映射到随机矩阵理论（RMT）的集合（如高斯酉/正交系综）。讨论能级对对对（Pair-wise energy level repulsion）作为混沌的标志。 7.2 量子退火与信息复杂度： 将随机矩阵理论应用于优化问题，分析量子退火算法在寻找复杂系统基态时的效率，特别是当系统表现出“平坦能谷”（Flat Valleys）时。 --- 结论：未解的挑战与物理学的未来方向 本书最后总结了当前物理学面临的三大核心未解问题：量子引力理论的统一、暗物质的粒子身份，以及如何构建一个可扩展的通用量子计算机。本书的叙事线索始终围绕着“我们如何从已知的前沿，推导出下一个必须探索的物理疆界”这一核心驱动力。本书内容深度与广度兼具，旨在引导读者进行一次真正的思维探险，而非仅仅复习既有知识体系。

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说实话，我找了很多本基础化学的书，很多都存在一个通病：对计算题的讲解过于简化，或者完全依赖于公式的套用，很少深入剖析背后的物理意义。我需要的是一本能让我理解“为什么这个公式长这样”的书，而不是一本只告诉我“怎么用”的参考手册。《基础化学》在习题和例题的设计上，展现出了极高的专业水准。它的例题不仅仅是数字的替换，每一个例题的解析都像是一篇微型的论证文章，从设定情景开始，逐步引导你思考应该应用哪条基本定律，最后才进行计算。更赞的是，书中在处理复杂的化学计量学问题时，会提供不止一种解题思路，比如一种是基于物质的量（摩尔），另一种是基于质量百分比，这极大地拓展了我的思维边界。很多时候，同一个问题，用不同的角度去思考，能帮助你更全面地掌握其本质。书后附带的那些思考题，设计得也非常具有启发性，它们往往不是简单的计算，而是要求你对某些化学现象进行定性的分析和预测，这对于培养批判性思维和解决问题的能力非常有帮助。我感觉这更像是一本训练营的教材，而不是简单的知识普及读物。

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这本书，说实话，拿到手的时候我其实也没抱太大期望，毕竟市面上基础化学的书汗牛充栋，大多无非是公式堆砌加上晦涩难懂的理论阐述。但《基础化学》这本书，初翻的时候就给我一种很不一样的感觉。它没有一开始就用那些让人头皮发麻的量子力学模型来轰炸你，而是非常巧妙地从我们日常生活中最常见、最熟悉的物质入手，比如水、空气，甚至是厨房里的食盐和糖。作者似乎非常懂得如何引导一个初学者，他用非常平实的语言，仿佛在跟你拉家常一样，慢慢地剖析这些物质背后的微观世界。我记得特别清楚，关于原子结构的讲解，他没有直接上波尔模型，而是花了大篇幅去描述早期科学家们如何通过实验一步步摸索出来的过程，这种“讲故事”的方式，让我对化学这个学科产生了浓厚的兴趣，而不是单纯地记忆知识点。书中的图示也做得非常精美，那些分子结构图，立体感十足，不像有些教科书上的插图，僵硬得像几何图形，这本书里的图，仿佛真的能让你“看”到电子云的弥散和化学键的形成。特别是对化学平衡和热力学这块，它用了大量生活化的例子来解释那些抽象的概念，比如描述一个反应的“推力”有多大，而不是简单地抛出一个ΔG的负值。总而言之，这本书成功地搭建了一个坚实的基础平台，让我不再觉得化学是一门遥不可及的学科，而是与我们生活息息相关的自然科学。

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作为一本基础教材，它在细节处理上的严谨性，常常让我感到惊喜，这是一种只有真正做过学术研究或者对教材质量有高要求的读者才能体会到的细微差别。这本书的排版布局，虽然看起来是标准的教科书样式，但实际上在信息的层级划分上做得非常出色。比如，那些需要特别注意的实验安全须知、关键的定义，都会用略微不同的字体或颜色块突出显示，让你在阅读时不容易遗漏关键信息。更值得称赞的是，它对历史背景的穿插运用得恰到好处。在讲解道尔顿原子论的诞生时，作者插入了一小段关于当时化学界如何从炼金术的迷雾中走出来的心路历程，这种人文关怀让冰冷的科学叙事增添了一份温度和厚度。它没有让历史成为学习的负担，反而成为了理解科学进步脉络的指南针。读完之后，我对化学这门学科的敬畏感油然而生，它不仅是关于物质的转化，更是人类理性思维不断突破边界的历史写照。这本书的装帧质量也很棒，纸张的厚度和油墨的质量都保证了长时间阅读眼睛不会感到疲劳，这对于需要反复翻阅的理工科书籍来说，是一个非常重要的加分项。

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对于一个偏向应用科学背景的学生来说，面对纯理论的化学书，常常会感到枯燥乏味，因为总觉得那些计算和理论离实际应用太远，提不起学习的劲头。这本《基础化学》在这一点上的平衡做得非常到位，它成功地在理论的严谨性与实际应用的可视化之间架起了一座坚固的桥梁。书中对于电化学和溶液理论的阐述，尤其让我印象深刻。它没有停留在洛伦兹数和法拉第常数的机械重复上，而是通过详细介绍电池的工作原理，比如我们日常使用的碱性电池和锂电池的微观反应过程，将枯燥的氧化还原电位变得生动起来。阅读这些部分时，我仿佛能看到电子是如何在电极之间流动的，这种直观感受极大地增强了我的学习动力。此外，书中对于有机化学基础的引入也非常巧妙，它没有直接抛出复杂的命名规则，而是先从碳原子的独特成键能力谈起，解释了为什么有机化合物的种类如此繁多，这种基于结构和性质的推导，比死记硬背那些官能团的反应要有效得多。这本书的价值就在于，它时刻提醒着读者：化学不是实验室里的高深学问，而是我们改造和认识物质世界的基石。

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我得承认，我在大学里化学这门课上栽了不少跟头，主要原因是我总是抓不住那些核心概念之间的内在联系。很多时候，读完一章，合上书，我就像一个刚看完武侠小说的读者，记住了几招漂亮的招式（比如各种反应方程式），但真到实战应用的时候，却不知道该如何将它们有机地组合起来。然而，这本《基础化学》在逻辑架构上的处理，简直可以说是教科书级别的典范。它不像一些老旧的教材那样，章节之间像是被生硬地用绳子绑在一起，而是构建了一个非常清晰、层层递进的知识体系。比如，在讲完元素周期律之后，作者立刻就引入了化学键的成因，这种前后呼应的处理方式，让“为什么”和“是什么”完美结合。更让我欣赏的是，它在每一个关键概念引入时，都会设置一个“概念辨析”的小栏目，专门用来区分那些长得像但实际意义完全不同的术语，这对于我们这种容易混淆的“二把刀”来说，简直是救命稻草。每次读完一个章节，我都会有一种豁然开朗的感觉，仿佛之前那些散乱的知识点都被一块强大的磁铁吸附到一起，形成了一个完整的知识网络。它不是简单地教会你“怎么做”，而是深入地解释“为什么会这样”，这种深层次的理解，才是真正的高级学习。

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