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出版者:Natl Science Teachers Assn

作者:Robertson, William C./ Kralik, Michael S. (CON)/ Diskin, Brian (ILT)

出品人:

页数:112

译者:

出版时间:

价格:466.34元

装帧:Pap

isbn号码:9780873552394

丛书系列:

图书标签:

化学
基础
入门
高中化学
大学化学
化学概念
化学原理
学习资料
科普
教材

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具体描述

现代科学前沿探索：物质世界的奥秘与宏观视野图书简介一、宏大叙事：从微观粒子到宇宙演化本书旨在带领读者穿越物质世界的边界，深入探索构成我们存在的一切的基本要素及其相互作用的深层机制。不同于侧重基础元素周期表或经典化学反应的传统教材，本书采取了一种跨学科的宏观视角，将化学原理置于物理学、天文学乃至生命科学的广阔背景之下进行考察。我们首先从量子力学的基石入手，但聚焦于其在复杂系统中的涌现特性，而非纯粹的数学推导。探讨电子在多体系统中的行为如何塑造了物质的宏观性质——例如导电性、磁性以及独特的拓扑结构。我们将详细剖析现代凝聚态物理学的前沿进展，包括超导现象的最新理论解释、新型二维材料（如石墨烯及其衍生物）的电子结构调控，以及这些发现如何预示着下一代信息技术和能源存储的革命。这不是简单的材料科学综述，而是探究“结构如何决定功能”的底层逻辑。随后，我们将视角拉升至恒星与元素起源。本书将详细阐述核聚变反应在恒星生命周期中的核心作用，解析宇宙中轻元素如何通过热核反应被锻造，并最终通过超新星爆发将更重的元素播撒到星际空间。我们深入讨论了宇宙化学领域，研究在极端低温、高能辐射环境下，复杂有机分子（包括氨基酸的前体）是如何在星际分子云中自发形成的，这为生命起源的化学基础提供了坚实的宇宙学证据。我们不满足于元素“存在”的事实，而是追溯其“诞生”的物理化学过程。二、复杂系统的涌现与调控本书的第二个核心部分集中于复杂化学系统的动态演化与控制。我们关注的焦点是如何理解和预测那些由大量组分相互作用而产生的、无法通过线性叠加来解释的宏观行为——即“涌现现象”。在非平衡态热力学的框架下，我们将分析自催化反应网络、振荡反应（如Belousov-Zhabotinsky反应）的机制，以及这些动态系统如何趋向于有序结构。这部分内容将与信息论相结合，探讨化学信息是如何在分子层面上传递、存储和处理的，以及这与生命体内的遗传信息处理有何异同。我们研究的重点是如何利用外部能量梯度来维持系统的远非平衡态，从而实现物质的定向合成与结构自组装。此外，本书对界面化学与催化的探讨也更具前瞻性。我们不仅仅停留在表面积和活性位点的描述，而是深入研究了纳米尺度下，催化剂的电子结构、应变（Strain）以及周围介质（如离子液体或超临界流体）对反应能垒的精细调控效应。例如，在电化学催化领域，我们将探讨如何设计具有特定晶面暴露的纳米颗粒，以期在二氧化碳还原或析氢反应中实现超越传统贵金属催化剂的效率。三、生命的化学基石与合成生物学的边界第三部分将目光投向地球上最复杂的化学系统——生命。本书将从化学演化论的视角，审视生命起始阶段所需的关键分子构建块（Building Blocks）的形成路径。我们着重分析了原始海洋化学的模拟实验结果，以及在模拟早期地球环境（如热液喷口或火山环境）下，生命前体分子如何通过聚合作用形成更具功能的生物聚合物。在对现代生物化学的讨论中，我们的侧重点在于生物大分子机器的工作原理，而非单纯的生物合成路径。例如，深入解析核糖体作为一种生物催化剂，其催化循环中涉及的精妙的构象变化和能量转换机制，这本质上是一个复杂的非平衡热力学问题。最后，本书将探讨合成生物学的前沿挑战与伦理考量。我们讨论了如何利用模块化的基因电路设计，在非生命体或改造的宿主细胞内构建全新的、具有特定功能的代谢通路或分子工厂。这包括对人工核酸结构（XNA）的探讨，以及利用体外重构系统（Cell-Free Systems）进行药物分子或新型生物材料的快速、可控生产。目标读者群：本书面向对自然科学怀有深厚好奇心、具备基础科学素养（物理、化学或生物学背景）的本科高年级学生、研究生以及跨领域研究人员。它尤其适合那些希望跳出单一学科框架，将化学理解为连接微观世界与宏观现象的桥梁的探索者。本书要求读者愿意接受跨越多个科学领域的深度思考，并对未解之谜保持开放态度。通过本书，读者将建立一个全面、动态且具有前瞻性的现代科学图景。