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出版者:

作者:焦艳芳 编

出品人:

页数:258

译者:

出版时间:2009-7

价格:18.80元

装帧:

isbn号码:9787508466514

丛书系列:

图书标签:

• 数学分析
• 微积分
• 高等数学
• 实分析
• 函数
• 极限
• 导数
• 积分
• 序列
• 级数

《宇宙的结构：现代物理学的宏伟蓝图》 内容简介 一、 序章：从牛顿的苹果到普朗克的火花——现代物理学的黎明 本书并非探究微积分的精妙推导，亦非沉溺于函数极限的抽象美学，而是带领读者进入一个由物质、能量、时空和基本作用力编织而成的宏伟世界。我们从人类认知物理世界的起点——经典力学的确定性与完备性假象开始，步入十九世纪末科学面临的“黑天鹅”事件：黑体辐射的悖论和迈克尔逊-莫雷实验的零结果。 这些看似微小的裂痕，最终引爆了二十世纪初的两次伟大革命：相对论和量子力学。它们共同构建了我们理解宇宙运作的现代物理学基石。本书的第一部分，将聚焦于思想的飞跃，而非纯粹的数学工具。我们将探讨爱因斯坦如何通过对光速不变性的坚定信念，重塑了我们对时间流逝和空间维度的基本认知，以及普朗克如何以“量子”的概念，撕开了连续性世界的面纱。 二、 时空的几何学：狭义与广义相对论的奇景 本章深入解析狭义相对论（Special Relativity, SR）如何彻底颠覆了牛顿的绝对时空观。读者将了解洛伦兹变换的物理意义——它不仅仅是一组方程，更是不同惯性系间对事件测量的根本差异。我们将讨论著名的质能等价原理（$E=mc^2$）如何揭示了物质与能量之间深刻的统一性，以及动量、能量的相对论性修正如何适应高速运动的粒子世界。 随后，我们将跨越到广义相对论（General Relativity, GR）的殿堂。这里，物理学从欧几里得式的平直空间走向了黎曼几何的弯曲时空。我们将不再将引力视为一种“力”，而是时空结构自身的几何属性。重点讨论爱因斯坦场方程（Einstein Field Equations）的物理内涵——物质和能量告诉时空如何弯曲，而时空的弯曲告诉物质如何运动。我们将剖析引力透镜效应、水星近日点进动等经典观测证据，并展望黑洞、引力波等极端物理现象的理论基础。这一部分强调的是几何直觉的培养，而非张量分析的繁复计算。 三、 微观世界的概率迷宫：量子力学的基石 如果说相对论是关于宏观宇宙的理论，那么量子力学（Quantum Mechanics, QM）则是对微观粒子行为的精确描述。本章将避开复杂的希尔伯特空间操作，转而关注其革命性的哲学含义和核心概念。 我们将从波粒二象性谈起，探讨德布罗意波的意义，以及双缝干涉实验如何迫使我们接受粒子同时具有波动性的古怪事实。核心内容将集中在薛定谔方程的物理图像——它描述的不是粒子的确切位置，而是其处于某种状态的概率幅。我们将深入讨论哥本哈根诠释（Copenhagen Interpretation）的关键要素：波函数的坍缩、测量问题，以及海森堡不确定性原理（Uncertainty Principle）——它揭示了自然界固有的内在模糊性，而非测量技术的缺陷。最后，我们将触及量子纠缠（Quantum Entanglement）的“幽灵般的超距作用”，为现代量子信息科学埋下伏笔。 四、 粒子动物园与标准模型：物质的基本构成 在量子理论的框架下，我们开始探寻物质的最终组分。本章系统梳理了粒子物理学的发展历程，从早期的核物理发现到今天的大型强子对撞机（LHC）的成就。 我们将详细介绍费米子（物质的构件，包括夸克和轻子）和玻色子（力的传递者）。重点解析粒子物理学的集大成之作——标准模型（Standard Model, SM）。我们将描绘强相互作用（由胶子介导，通过色荷描述的夸克组合成质子和中子）、弱相互作用（涉及放射性衰变和中微子）以及电磁相互作用（光子媒介）这三种基本力的统一图景。标准模型成功的关键在于其对电弱对称性的自发破缺机制，以及希格斯玻色子（Higgs Boson）如何赋予基本粒子质量的机制。 然而，标准模型并非终极理论。本章的收尾部分将讨论其已知的局限性，包括引力未被纳入、暗物质和暗能量的缺失，以及中微子质量的解释难题。 五、 宇宙学的史诗：从大爆炸到加速膨胀 现代物理学的最终应用场景是整个宇宙。本章将物理学原理与天文观测相结合，构建出我们对宇宙起源、演化和终极命运的理解。 我们将重温大爆炸理论（Big Bang Theory）的三大支柱：宇宙膨胀的哈勃定律、宇宙微波背景辐射（CMB）的完美黑体谱，以及轻元素（氢、氦、锂）的丰度。随后，我们将探讨暴胀模型（Inflationary Model）如何解决了早期宇宙的视界和平坦性问题。 最后，我们将聚焦于当代宇宙学中最令人困惑的挑战：暗物质和暗能量。暗物质作为一种不发射、不吸收电磁辐射的物质，其引力效应解释了星系旋转曲线和星系团的形成；而暗能量则被认为是推动宇宙加速膨胀的神秘负压能量。我们将审视观测证据，探讨替代引力的理论（如修正牛顿动力学，MOND）与标准宇宙学模型（Lambda-CDM）之间的竞争与合作。 结语：未竟的探索——统一的梦想 本书旨在呈现物理学作为一个整体的恢弘叙事，它关乎我们如何从日常经验跃升至对时间、空间、物质和能量最深层规律的把握。从宏观的引力场到微观的量子涨落，现代物理学提供了一个惊人而优雅的框架。然而，它也清楚地指示了前方的道路：寻求将量子力学与广义相对论统一的“万有理论”（Theory of Everything），如弦理论或圈量子引力，依然是摆在未来一代科学家面前的最伟大挑战。 本书适合对自然科学、宇宙学、基础物理学有浓厚兴趣的普通读者，以及希望建立现代物理学宏观知识体系的理工科学生。它提供的不是解题技巧，而是理解我们所处宇宙本质的思维工具和历史脉络。

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