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出版者:商务印书馆国际有限公司；汕头大学出版社

作者:[A.艾萨克斯]Alan Isaacs

出品人:

页数:611,49页

译者:何小平

出版时间:1998.5

价格:19.00

装帧:

isbn号码:9787810362771

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《物理学奇妙世界：从微观粒子到宇宙洪流》 这是一部献给所有对自然奥秘充满好奇的读者的百科全书式的著作。它并非枯燥乏味的定理堆砌，而是以生动有趣的笔触，带领读者踏上一段跨越时空、探寻万物运行规律的奇妙旅程。从构成我们身体的原子、分子，到浩瀚无垠的星系、宇宙，本书将物理学的核心概念娓娓道来，揭示那些支配着我们日常生活，却又常常被我们忽略的底层逻辑。 第一部分：物质的基石——微观世界的探秘 本书的开篇，我们将一同潜入物质最深邃的领域，一探那些肉眼无法触及的微观粒子。你是否曾好奇，一块石头、一杯水，乃至我们自身，究竟是由什么构成的？本书将为你解开这个古老的谜团。 原子：世界的积木 我们将从原子这个“世界的积木”讲起。原子并非不可再分的最小单位，而是由更小的粒子——质子、中Строго中子和电子——组成的复杂系统。我们将详细介绍原子核的结构，质子和中子如何紧密结合，以及电子围绕原子核运动的奇特方式。你会了解到，原子核的质量几乎集中在整个原子的质量上，而电子则占据着绝大部分的体积，这与我们直观的认知截然不同。 核子的奥秘：强大的内聚力 深入原子核内部，我们将触及“核子”——质子和中子的统称。是什么力量让带正电的质子能够如此紧密地聚集在一起，克服强大的库仑斥力？这便是本书将要重点阐述的“强核力”，一种极其强大却作用范围极短的力，它是维系原子核稳定的关键。我们会探讨核力的性质，以及它在核反应中的作用，例如核聚变和核裂变，这些能量的源泉如何驱动着恒星的燃烧，以及在人类科技中扮演的角色。 电子的舞蹈：量子化的轨道 相对而言，电子的运动则更加“飘忽不定”。我们将引入“量子力学”的概念，解释电子并非在确定的轨道上运动，而是以概率云的形式存在。本书将以图文并茂的方式，展示电子云的形状，以及不同能级上电子的分布，让读者直观理解“量子化”这一颠覆经典物理的奇特现象。我们会介绍量子数，如主量子数、角量子数、磁量子数和自旋量子数，它们如同电子的“身份证”，精确地描述了电子的状态。 更小的粒子：夸克与轻子 然而，质子和中子也并非基本粒子。本书将继续深入，介绍构成质子和中子的“夸克”，以及电子家族的成员——“轻子”（如中微子）。我们会简要介绍夸克的“颜色荷”和“禁闭”现象，解释为何我们无法直接观察到单个夸克。你将了解到，粒子物理学的标准模型构建了一个庞大而精妙的粒子宇宙，其中包含了各种各样的基本粒子及其相互作用。 化学键：原子间的纽带 原子并非孤立存在，它们通过各种形式的“化学键”相互连接，形成分子和宏观物质。本书将详细介绍几种主要的化学键类型： 离子键：电荷的吸引 当原子之间发生电子的得失时，会形成带相反电荷的离子，这些离子之间强大的静电吸引力便是离子键。我们将以食盐（氯化钠）为例，解释离子晶体是如何形成的，以及它们为何具有高熔点、易碎等特点。 共价键：电子的共享 另一种更普遍的化学键是共价键，它是原子之间通过共享电子对形成的。水分子、甲烷分子，乃至复杂的蛋白质，都通过共价键连接。本书将深入剖析共价键的形成过程，介绍单键、双键和三键的区别，以及极性共价键的产生，它解释了许多物质的溶解性和反应性。 金属键：电子的海洋 对于金属而言，原子之间则形成一种独特的金属键。本书将描绘“电子海”的模型，展示金属中的导电性和导热性是如何来源于自由电子的运动。 物质的状态：固、液、气与等离子体 基于原子和分子的相互作用，物质呈现出不同的状态：固态、液态、气态，以及更高级的等离子体。本书将从微观粒子的运动和相互作用来解释这些宏观性质的差异。 固态：有序的排列 在固态中，粒子被束缚在固定的位置，排列得非常有规律，例如晶体。我们将介绍晶体的结构，以及它们如何影响物质的力学性质，如硬度和韧性。 液态：流动的自由 在液态中，粒子之间的作用力足以将它们维系在一起，但又能相对自由地移动，因此液体具有流动性和一定的体积。我们将探讨液体内部的压强分布，以及表面张力的产生。 气态：无拘无束的运动 在气态中，粒子之间的作用力非常微弱，它们在容器中自由地运动，占据整个空间。本书将介绍理想气体状态方程，并探讨气体分子运动论，理解温度与粒子平均动能的关系。 等离子体：宇宙中最常见的物质 我们还将触及“等离子体”——由带电粒子组成的“第四种物质状态”。恒星、闪电，以及许多工业应用都涉及到等离子体。我们将解释等离子体的导电性、磁场响应等独特性质。 第二部分：无处不在的力——贯穿万物的相互作用 物理学本质上是对力的研究。从微观粒子间的吸引，到宏观天体间的引力，力是驱动宇宙运转的根本动力。本书将系统地梳理四种基本相互作用力，并延伸至日常生活中的各种力学现象。 四种基本相互作用力：自然界的“四大家族” 引力：宇宙的宏大指挥家 牛顿的万有引力定律描述了物体之间的吸引力，它是行星绕恒星运转，月球绕地球运转的根本原因。本书将深入探讨引力的性质，从经典力学到爱因斯坦的广义相对论，我们将理解引力如何塑造宇宙的结构，甚至弯曲时空。我们将介绍黑洞、引力波等前沿概念，以及引力在宇宙演化中的关键作用。 电磁力：连接微观与宏观的桥梁 电磁力是物理学中最普遍、最重要的力之一。它包含了电荷之间的静电力和运动电荷产生的磁场力。本书将从库仑定律讲起，解释电场和磁场的概念，以及它们是如何相互转化的，正如法拉第的电磁感应定律所揭示的。我们将探讨电磁波的产生和传播，包括光、无线电波、X射线等，它们是信息传递和我们认识世界的媒介。本书还会涉及电动机、发电机等基于电磁力的技术原理。 强核力：原子核的守护神 如前所述，强核力是束缚夸克形成质子和中子的力量，也是维系原子核内部质子和中子结合的力量。我们将进一步探讨强核力的奇特性质，以及它在核物理研究中的重要性，包括放射性衰变和核能的利用。 弱核力：参与粒子衰变的“幕后推手” 弱核力虽然作用范围比强核力更小，强度也更弱，但它在某些重要的粒子衰变过程中扮演着不可或缺的角色，例如β衰变。我们将简要介绍弱核力的作用，以及它在恒星内部核反应中的潜在影响。 经典力学：宏观世界的运动规律 一旦我们理解了基本力，就可以进一步探索宏观物体的运动。 牛顿运动定律：运动的基石 本书将详细阐述牛顿的三大运动定律，揭示惯性、力和加速度之间的关系。我们将通过大量的实例，例如投掷物体、车辆行驶、弹簧振动等，来解释这些定律的应用，以及它们如何帮助我们预测物体的运动轨迹。 功、能与功率：能量的转化与守恒 我们将深入探讨“功”、“能”和“功率”这些核心概念。能量是物质运动和变化的根本原因，而能量守恒定律是物理学中最重要、最普适的定律之一。本书将介绍动能、势能、热能、电能等多种形式的能量，以及它们之间是如何相互转化的。 动量与冲量：碰撞的学问 在研究碰撞问题时，“动量”和“冲量”是不可或缺的工具。我们将探讨动量守恒定律，理解在没有外力作用的系统中，总动量保持不变，这在分析台球碰撞、火箭发射等问题时至关重要。 第三部分：波的形态与光的奥秘——物质的波动性 自然界中的许多现象都表现出“波动”的特性，从水波、声波到光波，它们以各种形式传播能量，改变着我们对世界的认知。 波的本质：传播与能量 我们将从最直观的水波开始，引入波的基本概念，如波长、频率、振幅和波速。本书将区分横波和纵波，并解释波的叠加原理，例如干涉和衍射现象，它们是波独有的特征。 声波：听觉的载体 我们将聚焦于“声波”，理解声音是如何在介质中传播的，以及声速与介质的性质（如密度和弹性）之间的关系。本书还将探讨声音的响度、音调和音色，以及回声、多普勒效应等有趣的声学现象。 电磁波：无处不在的信使 光是电磁波最广为人知的一种形式。本书将详细介绍电磁波谱，从无线电波到伽马射线，每一种电磁波都具有独特的性质和应用。我们将重点阐述“光”的传播，包括光的直线传播、反射和折射，以及它们在透镜、棱镜等光学器件中的应用。 光的双重性质：粒子与波的统一 物理学史上的一个重大突破是认识到光具有“波粒二象性”。本书将介绍光电效应，以及爱因斯坦如何用光子这一概念解释它，揭示光既表现出粒子的特性，又表现出波的特性。这一概念深刻地影响了我们对微观世界的理解，并催生了量子力学。 第四部分：热力学与生命的能量——熵增与宇宙的命运 热力学是研究能量转化与传递的学科，它不仅解释了我们日常生活中蒸汽机的运作，也深刻地揭示了宇宙的演化趋势。 热力学定律：能量转化的规则 本书将逐一介绍热力学第一定律（能量守恒）、第二定律（熵增原理）和第三定律。特别是熵增原理，它指出了孤立系统中，无序度（熵）总是趋于增加，这暗示着宇宙的最终命运。 温度与热量：微观粒子的运动尺度 我们将区分“温度”和“热量”，理解温度是物体内部粒子平均动能的体现，而热量是传递的能量。本书将介绍热传递的三种方式：传导、对流和辐射。 功与热的转化：发动机的原理 我们将深入分析内燃机、蒸汽机等热力学发动机的工作原理，以及它们如何将热能转化为机械能。 生命的能量学：新陈代谢与熵 生命体是高度有序的系统，但它们并非孤立存在，而是通过不断地从环境中摄取能量和物质来维持自身的有序性，同时向环境排放废热和废物。本书将探讨生命体如何与环境进行能量交换，以及生命活动在整个宇宙熵增趋势中的位置。 第五部分：宇宙的壮丽图景——从地球到星辰大海 物理学不仅解释了微观世界，也描绘了宇宙的宏伟画卷。从我们生活的地球，到遥远的星系，物理学定律在宇宙的每一个角落都发挥着作用。 天体运动：万有引力的宏大舞台 我们将再次回到万有引力，并将其应用于天体运动的研究。本书将介绍行星的轨道、潮汐现象，以及恒星的形成、演化和死亡。 星系的结构与演化 我们将探索星系的组成，如恒星、气体、尘埃和暗物质，以及它们是如何聚集形成各种形态的星系的。本书还将简要介绍宇宙的膨胀，以及宇宙学中的一些基本概念，如大爆炸理论。 黑洞与引力波：宇宙的未解之谜 黑洞是广义相对论预言的一种极端天体，它的引力强大到连光都无法逃逸。本书将介绍黑洞的形成机制、视界以及霍金辐射等奇特性质。引力波则是时空涟漪，它的探测为我们打开了观测宇宙的新窗口。 相对论：时空的革命 爱因斯坦的狭义相对论和广义相对论彻底改变了我们对空间、时间和引力的理解。 狭义相对论：速度与时间的联系 本书将解释时间膨胀、长度收缩等相对论效应，以及质能方程E=mc²的深刻含义。我们将理解，质量和能量是同一事物的不同表现形式，并暗示着微小质量蕴含着巨大的能量。 广义相对论：时空的弯曲与引力 我们将深入探讨广义相对论如何将引力描述为时空的弯曲。本书将以生动的例子，例如行星绕太阳的轨道，以及光线在引力场中的弯曲，来解释这一革命性的理论。 结语：物理学——探索永不止步的旅程 本书的最后，我们将再次强调，物理学并非一套僵化的知识体系，而是一个不断发展、不断挑战已知边界的领域。从古希腊哲学家对自然的思考，到现代物理学家对量子世界和宇宙起源的探索，物理学始终是人类求知欲最鲜活的体现。 《物理学奇妙世界》希望能够点燃读者心中对科学的火花，激发大家进一步探索物理学迷人世界的兴趣。它是一扇窗，让你得以窥见宇宙运行的内在逻辑；它也是一盏灯，照亮你理解自然奥秘的道路。无论你是初次接触物理学的学生，还是对科学充满热情的爱好者，本书都将为你带来一次难忘的知识之旅，让你重新审视身边习以为常的一切，发现其中蕴含的深刻的物理之美。

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**评价一** 拿到这本《宇宙奥秘探寻录》时，我本来是抱着一种比较谨慎的态度。毕竟市面上的科普读物太多了，很多都是浅尝辄止，或者为了追求趣味性而牺牲了严谨性。然而，这本书的开篇就展现出了非凡的功力。作者并没有急于抛出那些令人眼花缭乱的概念，而是从我们日常生活中最容易观察到的现象入手，比如月亮的盈亏、四季的更迭，引导读者去思考背后的物理机制。文笔极其流畅，那种深入浅出的讲解方式，简直像一位知识渊博的老者，耐心地为你解开层层迷雾。特别是它对“引力”这一宏大主题的阐述，没有堆砌复杂的数学公式，而是用一系列精妙的比喻，比如想象空间结构被质量扭曲的“蹦床效应”，让初学者也能构建起相对准确的物理图像。我尤其欣赏作者在描述那些前沿理论时所保持的谦逊态度，他清晰地界定了哪些是已被证实的知识，哪些仍是科学界正在探索的边界，这对于培养读者科学的批判性思维至关重要。这本书的插图设计也非常考究，并非那种廉价的示意图，而是经过精心排版的、能直观辅助理解复杂结构的图表，很多甚至是作者自己重新绘制的，足见其用心之深。读完第一部分，我对宇宙的敬畏感油然而生，不再觉得物理是高高在上的学问，而是我们理解自身存在的基础。

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**评价五** 我最近读完的《流体力学：从湍流到仿生推进》，彻底刷新了我对“运动”和“阻力”的认知。这本书的侧重点非常明确，它紧密围绕着流体的行为展开，从最基础的伯努利原理到极其复杂的湍流模型，逻辑脉络清晰得如同精心铺设的管道系统。作者对实际工程问题的关注度非常高，几乎每一个理论推导后面，都紧跟着一个生动的应用案例。例如，在讲解边界层分离时，他不仅解释了其物理成因，还详细分析了如何通过微小的气动设计来延迟或避免这种现象，这对于工程背景的读者来说，简直是宝藏。书中对“湍流”这一世界级难题的处理尤其精彩，作者没有试图给出一个简单的封闭解，而是系统地梳理了Kolmogorov的理论、涡旋动力学等多种尝试，清晰地展示了当前科学研究的焦点和难点所在。此外，书中关于仿生学的章节更是引人入胜，通过对鱼类游动、鸟类飞行的流体力学分析，展示了大自然是如何用最经济的方式解决复杂阻力问题的，这为工程设计提供了源源不断的灵感。这本书的语言专业但不失可读性，读完后，感觉自己对身边的气流和水流都有了更深一层的敬畏和理解。

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**评价二** 我必须承认，《量子纠缠与信息时代》这本书，对我而言，简直就是一剂强心针，它精准地命中了我在信息科学前沿求知若渴的痛点。这本书的结构组织堪称教科书级别的典范，层次分明，逻辑推进犹如精密机械般无懈可击。它没有止步于量子力学的基本公设，而是迅速将焦点投向了量子计算和量子加密这两个极具颠覆性的应用领域。作者在处理那些抽象概念时，展现了令人惊叹的叙事能力。举例来说，对“叠加态”的解释，它引入了一个虚拟的“薛定谔的硬币”系统，并用一个详细的概率树图来展示计算过程，这比任何教科书上的标准解释都要清晰有力得多。更难能可贵的是，作者对当前计算领域的局限性分析得极其透彻，他毫不避讳地指出了量子霸权实现过程中可能遇到的工程难题和理论瓶颈，这种实事求是的态度，让整本书的论述充满了可信度和深度。对于希望从原理层面理解下一代信息技术的人来说，这本书无疑是必读的圣经。它教会我的不只是知识，更是一种面对未来技术浪潮时，应当保持的冷静分析和前瞻性布局。我甚至建议我的同行们都应该人手一本，时不时地翻阅，以保持思维的敏锐度。

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**评价四** 《宏观世界的脉动：热力学与统计物理的辩证》这本书，初看书名，可能会让人联想到那些晦涩难懂的熵增定律和配分函数。然而，这本书的作者显然深谙教育的艺术，他成功地将原本抽象的统计物理学，转化成了一场关于“无序与有序”的哲学思辨。整本书的气势恢宏，它从蒸汽机的发明这一历史起点切入，自然而然地引出了热力学第一、第二定律，那种历史的厚重感扑面而来。最让我感到震撼的是作者对“熵”的阐释。他不再仅仅把它视为一个数学变量，而是将其提升到了宇宙演化的基本驱动力的高度。书中用大量的篇幅，通过对气体分子随机碰撞的模拟和宏观状态的统计分析，展示了系统如何不可避免地趋向于最大的概率状态，也就是最大的无序状态。这种对“必然性”的展示，既带着一丝科学的冷峻，又蕴含着一种对万物归宿的深刻洞察。阅读过程中，我时常会停下来，思考我们所处的一切系统——从生命体的运作到恒星的衰亡——是否都遵循着这一宏大的、不可逆转的趋势。这本书不仅是物理学的知识传授，更是一次对存在本质的深刻反思。

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**评价三** 说实话，阅读《光影的魔法：光学原理与应用解析》的过程，与其说是学习，不如说是一场视觉的盛宴。这本书的独特之处在于它完全颠覆了传统光学书籍那种枯燥的几何光线追迹法。作者似乎是一位天生的“光语者”，他用极其富于画面感的语言，描述了光波的衍射、干涉和偏振现象。比如，他描述彩虹的形成时，不是简单地给出折射率和角度公式，而是将其描绘成水滴内部一场精密、协调的“光线舞蹈”，每一种颜色都以不同的步调完成它们的路径。书中对现代光学仪器的介绍也非常到位，从复杂的光谱仪到我们日常使用的AR眼镜，每一个设备的工作原理都被分解得极其细致，但又不会让人感到冗余。我特别喜欢其中一个章节，专门探讨了“负折射率材料”的奇妙特性，作者巧妙地结合了微观结构和宏观效应，让人仿佛能亲手触摸到那些违反直觉的物理现象。整本书的排版也极具艺术感，大量的实验照片和理论模型的对比图，使得阅读体验达到了极致的愉悦感。它让我重新爱上了光学这个分支，发现原来如此基础的物理现象背后，竟然隐藏着如此迷人的数学和几何之美。

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