Materials, Matter and Particles

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出版者:Imperial College Press
作者:Michael M. Woolfson
出品人:
页数:250
译者:
出版时间:2009-10-05
价格:USD 39.00
装帧:Paperback
isbn号码:9781848164604
丛书系列:
图书标签:
  • 材料科学
  • 凝聚态物理
  • 粒子物理
  • 物质物理
  • 纳米材料
  • 量子力学
  • 固体物理
  • 材料化学
  • 物理学
  • 科学
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具体描述

This book traces the history of ideas about the nature of matter and also the way that mankind has used material resources that the world offers. Starting with the ideas of ancient civilizations that air, earth, fire and water were the basic ingredients of all matter, it traces the development of the science of chemistry beginning within the ranks of the alchemists. First, the idea of elements grew and then the atomic nature of matter was verified. Physicists had entered the scene, showing the nature of atoms in terms of fundamental particles and then introducing the concept of wave-particle duality that altered the basic concepts of what matter was. Finally the physicists discovered a panoply of fundamental particles, some observed within atom-smashing machines and the existence of others merely postulated. In parallel with the above there is a description of various kinds of matter as it affects everyday life - including the nature of matter associated with life itself. The way that early man used the materials directly given by nature, such as stone, wood and animal skins, is followed by the use of materials requiring some process to be employed - e.g. metals which include bronze and also concrete. Some important modern materials are discussed, such as synthetic fibres and plastics and semiconductors, and potentially important future products from new developments in nanotechnology.

《物质世界:从宏观到微观的探索之旅》 在这浩瀚的宇宙中,一切皆由物质构成,从我们脚下的坚实大地,到头顶璀璨的星辰,再到我们身体的每一个细胞,都遵循着一套深邃而优雅的规律。然而,对于这些构成世界的基本要素,我们究竟了解多少?《物质世界:从宏观到微观的探索之旅》并非一本枯燥的物理或化学教科书,它是一次引人入胜的探险,带领读者深入剖析物质的本质,揭示其从宏观可见的形态到微观不可见的粒子,是如何运作、相互作用并最终塑造了我们所感知的一切。 本书的核心在于其非凡的叙事能力,它将复杂的科学概念转化为生动的故事和清晰的类比,让任何背景的读者都能轻松跟随。我们将从最熟悉的物质形态开始——固体、液体和气体。然而,这本书不会止步于这些表面的描述。我们将进一步探讨这些状态是如何在原子和分子的层面上运作的。例如,在固体内,原子紧密排列,通过强大的化学键束缚在一起,赋予了物体形状和坚固性。而在液体中,原子和分子则拥有更大的自由度,能够相互滑动,但仍然保持着一定的聚集力。气体分子则几乎不受束缚,自由地在空间中扩散。我们会深入理解这些微观行为如何直接影响宏观的特性,比如固体的熔点、液体的粘度和气体的压力。 本书将带领读者穿越时空的尺度,从构成我们日常生活的宏观物体,逐步深入到构成这些物体的微观粒子。我们将仔细审视原子的结构,揭示原子核中质子和中子的组成,以及围绕原子核高速运动的电子。但我们不会停留在简单的原子模型上。随着我们深入,我们将触及原子的更深层奥秘,例如核力的存在,它如何将微观粒子紧密结合在一起,对抗彼此的排斥力。同时,电子的运动并非简单的绕核轨道,而是以概率云的形式存在,这引入了量子力学的奇妙世界。 《物质世界》的魅力在于它并非孤立地呈现科学事实,而是将这些事实编织成一个引人入胜的科学史故事。我们将回顾历史上那些伟大的思想家和实验者,他们如何一步步揭开物质的面纱。从古希腊哲学家对原子存在的朦胧猜想,到道尔顿的原子论,再到汤姆孙发现电子,卢瑟福的原子核模型,以及波尔的原子能级概念,每一个发现都像是黑暗中点亮的一盏灯,照亮了我们对物质理解的道路。我们会了解拉瓦锡在化学定量分析上的开创性贡献,他如何确立了质量守恒定律,这一简单而深刻的原理是理解化学反应的基础。 本书的精彩之处还在于它对化学键的细致讲解。我们将探究离子键、共价键和金属键是如何形成的,它们又是如何决定了不同物质的性质。例如,食盐(氯化钠)中的离子键赋予了它坚硬的晶体结构和在水中溶解的能力。水分子中的共价键则赋予了它独特的表面张力和作为溶剂的广泛用途。金属键则解释了金属的导电性和延展性。通过理解这些化学键,我们能够解释为什么铁会生锈,为什么碳可以形成金刚石和石墨,以及为什么塑料能够如此广泛地应用于我们的生活中。 进入微观世界,本书将带领读者踏入粒子物理学的奇妙领域。我们将探讨构成原子的基本粒子,包括夸克和轻子。了解质子和中子是如何由三种夸克组成的,以及电子是作为一种轻子,其自身是否还包含更小的组成部分。我们将介绍标准模型,这是现代粒子物理学的基石,它描述了基本粒子以及它们之间的四种基本相互作用:强相互作用、弱相互作用、电磁相互作用和引力相互作用。本书会以通俗易懂的方式解释这些力的作用范围和特点,例如强相互作用如何束缚夸克形成质子和中子,弱相互作用在放射性衰变中的作用,以及电磁相互作用如何驱动我们生活中的许多现象,如光和电。 《物质世界》还将深入探讨物质的相变,例如水结冰、沸腾以及升华。我们会从热力学的角度来理解这些过程,探讨温度、压力和内能之间的关系。本书将引入熵的概念,解释它如何与物质的无序度相关联,以及为什么物质倾向于从有序状态向无序状态转变。我们将了解相图,通过它我们可以直观地看到在不同温度和压力下,物质会呈现出何种相态。 本书的叙述风格绝非枯燥乏味,而是充满了对科学探索的敬畏和热情。作者善于运用生动的语言和富有想象力的比喻,将抽象的概念具象化。例如,在解释量子纠缠时,作者可能会将两个粒子比作一对被施了魔法的硬币,无论它们相距多远,只要一个硬币落地显示正面,另一个瞬间也会显示正面,这种超越空间的联系充满了哲学意味。 《物质世界》不仅是一次知识的传播,更是一次思维的启发。它鼓励读者用科学的眼光去审视周围的世界,去思考“为什么”。为什么天空是蓝色的?为什么火焰是红色的?为什么不同的金属会有不同的熔点?本书将提供理解这些现象的科学框架,培养读者的批判性思维和解决问题的能力。 最后,本书的价值在于它将复杂的科学前沿知识,以一种前所未有的易读性和趣味性呈现在读者面前。它不是要将读者变成物理学家或化学家,而是要激发读者对科学的好奇心,让他们认识到物质世界的奇妙与和谐,理解科学是如何不断挑战我们的认知极限,并最终服务于人类的进步。这是一本适合所有对构成我们世界的物质本质感到好奇的读者的读物,它将开启一段令人着迷的探索之旅。

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