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页数:217

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出版时间:2010-1

价格:27.00元

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isbn号码:9787308071154

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《探索宇宙的奥秘：从宏观到微观的物理学之旅》 这本书并非一本枯燥的数学公式汇编，而是一场引人入胜的物理学探索之旅。它旨在揭示宇宙万物运行的根本规律，从浩瀚的星系运转到微观粒子的奇妙行为，带领读者穿越时空的界限，感受科学的魅力与力量。我们将一同审视那些塑造我们世界的物理原理，并思考它们对人类文明发展的影响。 第一部分：宇宙的宏伟图景——空间、时间和引力 旅程始于对宇宙最基本概念的理解：空间和时间。我们不再将它们视为静止不变的背景，而是深入探讨爱因斯坦的广义相对论如何颠覆了牛顿的经典时空观。在这里，空间与时间交织成一张动态的“时空织物”，而引力则是这块织物弯曲所产生的效应。我们将细致地剖析引力如何作用于星体，解释行星为何沿着轨道运行，以及黑洞——宇宙中最神秘的天体之一——是如何诞生的。 时空的结构与曲率： 详细解析广义相对论的基本思想，如何通过张量和微分几何来描述时空。理解质量和能量如何弯曲时空，以及这种弯曲如何被感知为引力。我们将探讨光线在引力场中的偏折现象，以及引力透镜效应的观测证据。 引力波的探测与意义： 介绍引力波这一爱因斯坦预言的“时空涟漪”，以及 LIGO、Virgo 等探测器如何首次直接探测到引力波。理解引力波观测为我们提供了全新的宇宙观测窗口，能够揭示双黑洞合并、中子星碰撞等极端宇宙事件的奥秘。 黑洞的形成与性质： 深入研究恒星演化的终极阶段，恒星坍缩形成黑洞的机制。讲解黑洞的视界、奇点等关键概念，以及黑洞对周围时空的极端影响。我们将探讨霍金辐射的理论，以及黑洞蒸发是否是宇宙的最终归宿。 宇宙的膨胀与暗能量： 回顾哈勃的宇宙膨胀观测，以及宇宙加速膨胀的发现。引入暗能量的概念，解释它是如何驱动宇宙加速膨胀的，并讨论目前主流的暗能量模型，如宇宙学常数。 第二部分：物质的构成与演化——粒子、原子与元素的诞生 在理解了宏观宇宙的运行规律后，我们将目光投向构成宇宙万物的微观世界。这里是粒子物理学的领域，一个充满奇异粒子和基本相互作用的世界。我们将从原子结构入手，追溯电子、质子、中子的发现历程，并进一步介绍构成质子和中子的夸克。通过标准模型的视角，我们理解四种基本力——强力、弱力、电磁力和引力——如何支配着粒子之间的相互作用。 原子世界的奥秘： 阐述量子力学如何解释原子的能级结构，以及光谱线的形成。介绍电子的轨道概念，以及泡利不相容原理对原子结构的影响。 基本粒子的家族： 详细介绍标准模型中的基本粒子，包括夸克、轻子、玻色子（如光子、胶子、W和Z玻色子）以及希格斯玻色子。解释它们的自旋、电荷、色荷等基本性质。 核物理与元素的起源： 探讨原子核的结构，以及质子和中子之间的强相互作用。介绍核裂变和核聚变的过程，以及恒星内部的核聚变反应如何生成宇宙中的重元素。我们将追溯元素周期表的形成，并理解宇宙化学的演化。 反物质的存在与湮灭： 介绍反粒子的概念，以及物质与反物质相遇时会发生湮灭，释放出巨大的能量。讨论在宇宙大爆炸早期，物质和反物质为何未能完全湮灭，以及我们为何能生活在一个以物质为主导的宇宙中。 第三部分：能量的转化与守恒——从热力学到能源的未来 能量是驱动宇宙运行的另一 fundamental 力量。本部分将深入探讨能量的概念，从宏观的热力学定律到微观的能量量子化。我们将理解能量的守恒性，以及它如何在各种物理过程中发生转化。从蒸汽机的发明到核能的利用，人类对能量的探索和利用史，也伴随着科学技术的进步。 热力学第一、第二、第三定律： 详细解析热力学定律，理解能量守恒、熵增原理以及绝对零度的概念。探讨热力学在工程、化学以及生命科学中的应用。 功、热量与内能： 深入理解功和热量在能量转化中的作用，以及内能是如何随温度变化而改变的。 相变与熵： 解释物质从固态、液态到气态的相变过程，以及熵在描述系统无序度中的作用。 能源的革命： 回顾人类能源利用的历史，从化石燃料到核能，再到可再生能源（太阳能、风能、潮汐能等）。讨论不同能源形式的优缺点，以及它们对环境和社会的影响。 能源的未来展望： 探讨聚变能的潜力，以及实现可控核聚变所面临的科学与工程挑战。思考如何构建一个可持续的能源体系，以应对日益增长的能源需求和环境问题。 第四部分：光与电磁波——信息的传递与宇宙的通讯 光是人类感知世界的主要媒介，而电磁波更是承载了现代社会信息传递的重任。本部分将带领读者认识光的波动性与粒子性，理解麦克斯韦方程组如何统一了电和磁，并预言了电磁波的存在。我们将探索从无线电波到伽马射线的广阔电磁频谱，以及它们在天文学、通信、医疗等领域的广泛应用。 光的本质：波粒二象性： 介绍光电效应，解释光子作为粒子的概念，以及光的衍射和干涉现象，展现其波动性。 电磁学的统一： 深入理解麦克斯韦方程组的意义，如何将电场、磁场以及它们之间的相互作用用简洁的数学语言描述。 电磁波的产生与传播： 解释加速运动的电荷如何产生电磁波，以及电磁波在真空中的传播速度。 电磁频谱的奥秘： 详细介绍无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和伽马射线的特性及其应用，例如无线通信、遥感、天文学观测、医学成像等。 光学现象的解释： 探讨光的反射、折射、全反射等基本光学现象，以及透镜、棱镜在光学仪器中的作用。 第五部分：波动与共振——周期性现象的普遍规律 自然界中充满了各种各样的波动现象，从声波、水波到量子力学中的物质波。本部分将揭示波动性背后的数学描述和普遍规律。我们将理解波的叠加、干涉和衍射，以及共振现象在许多自然和工程系统中的重要性。 波的基本性质： 定义波长、频率、振幅、波速等基本概念，并介绍横波和纵波的区别。 波的叠加与干涉： 讲解当两个或多个波相遇时，它们的振幅如何叠加，形成建设性干涉或破坏性干涉。 波的衍射： 解释波在遇到障碍物或穿过小孔时发生的弯曲现象。 共振现象： 阐述当驱动频率与系统固有频率相同时，系统振幅会急剧增大的共振现象，并讨论其在桥梁、乐器、甚至原子核中的应用。 声波与音乐： 介绍声波的产生、传播和感知，以及不同音高、音色和响度的物理学解释。 结论：科学精神与未来的展望 这本书的最后，我们并非止步于知识的罗列，而是旨在激发读者对科学探索的无限热情。我们将回顾科学方法论的精髓，强调观察、假设、实验和理论的循环迭代过程。并鼓励读者以批判性思维审视科学前沿的挑战，例如量子引力、统一场论、生命起源的物理学解释等。 科学方法的演进： 探讨从伽利略到现代科学的科学方法论发展，强调可证伪性、客观性和可重复性。 未解之谜的呼唤： 讨论目前物理学面临的重大未解之谜，例如暗物质的本质、量子力学与广义相对论的统一、意识的物理基础等，并激发读者的好奇心。 科学与社会： 思考科学发现对人类社会、伦理观念和未来发展的影响，以及科学素养在现代社会中的重要性。 持续学习的动力： 强调科学的边界不断被拓展，鼓励读者保持开放的心态，拥抱新的知识和理论，成为一个终身学习者。 《探索宇宙的奥秘：从宏观到微观的物理学之旅》是一本为所有对宇宙充满好奇、渴望理解世界运行规律的读者而准备的读物。它将带领你穿越知识的海洋，体验科学的严谨与浪漫，点燃你对未知世界的探索欲望。

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