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出版者:

作者:王文生

出品人:

页数:325

译者:

出版时间:2010-9

价格:37.00元

装帧:

isbn号码:9787560961804

丛书系列:

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• 物理
• 光学
• 光学
• 应用光学
• 物理学
• 工程学
• 光电技术
• 光学仪器
• 激光
• 衍射
• 干涉
• 偏振

现代物理前沿探索：宇宙的奥秘与物质的微观世界 本书旨在为广大物理学爱好者、专业研究人员以及相关工程技术人员提供一份深入浅出、内容详实的现代物理学前沿导览。我们聚焦于当代物理学最引人入胜的两个核心领域：宏观宇宙学与微观粒子物理学，力求展现人类认知边界的拓展，以及物质本源的深刻揭示。 第一部分：宇宙的宏大叙事——从标准模型到暗物质与暗能量 本部分将带领读者穿越时空，探索宇宙的起源、演化及其最终命运。我们不从基础的光学原理出发，而是直接进入对时空结构和物质分布的终极拷问。 第一章：广义相对论的几何之美与宇宙动力学 本章将首先回顾爱因斯坦的广义相对论，将其作为理解宇宙大尺度结构的数学框架。重点探讨时空弯曲的物理图像，而非电磁波在介质中的传播特性。我们将深入分析场方程的意义，并讨论其在描述黑洞、引力波等极端环境下的应用。 黎曼几何基础回顾： 简要介绍张量分析在描述弯曲时空中的必要性，着重于度规张量和黎奇曲率的物理意义，而非光线的几何路径。 黑洞物理学进阶： 详细阐述史瓦西、克尔等经典解的物理性质，包括事件视界、奇点的存在性及其观测证据（如引力波信号的分析）。我们不会涉及光的折射率或成像系统。 宇宙学原理与弗里德曼方程： 分析宇宙学原理（均匀性和各向同性）如何简化爱因斯坦方程，推导出描述宇宙膨胀的弗里德曼方程组。重点讨论参数 $Omega_m$, $Omega_Lambda$, 和哈勃常数 $H_0$ 对宇宙未来命运的决定性作用。 第二章：大爆炸的证据与早期宇宙的粒子汤 本章聚焦于宇宙的起点和最初的几分钟，探讨构成宇宙的物质在极高能量下的行为。 宇宙微波背景辐射（CMB）的解析： 详细解读CMB的各项异性（如 $Lambda$-CDM 模型中的温度波动），分析其对暴涨理论和宇宙早期物质密度的约束。我们将侧重于其作为宇宙“婴儿照片”的宇宙学信息，而非其光谱分析与电磁波的相互作用。 核合成的物理条件： 探讨大爆炸后约3分钟内，质子和中子如何通过热核反应形成轻元素（氘、氦、锂）的物理机制和丰度预测。这部分内容完全集中在核物理过程，与光学现象无关。 暴涨理论的检验： 介绍暴涨模型如何解决视界问题和平坦性问题，以及通过观测B模极化引力波的潜力来验证暴涨的机制。 第三章：缺失的拼图——暗物质与暗能量的本质探究 现代宇宙学最大的挑战在于理解占宇宙能量密度95%的未知成分。本章将全面梳理我们对暗物质和暗能量的理解进展与实验探索。 暗物质的引力证据： 侧重于星系旋转曲线、星系团的引力透镜效应（强调引力透镜的几何和质量分布推断，而非成像质量）、以及宇宙大尺度结构形成中的作用。不讨论如何通过光栅衍射或干涉测量其特性。 候选粒子与直接探测： 详细介绍WIMPs（弱相互作用重粒子）、轴子等主流暗物质候选理论模型。重点阐述地下探测实验（如XENON、LZ）的原理，即寻找暗物质粒子与原子核的弹性散射事件，这是一种核物理和粒子物理的交叉领域。 暗能量的性质与观测： 分析超新星观测（Ia型）如何揭示宇宙加速膨胀，并讨论暗能量的可能物理解释，如宇宙学常数或动态的标量场（Quintessence）。 第二部分：微观世界的基石——粒子物理学与量子场论 本部分将深入物质的最小尺度，探寻构成一切的基本粒子及其相互作用的规律，这是对自然界最基本构造的追求。 第四章：标准模型的建立与精密的胜利 本章系统介绍描述除引力外所有基本相互作用的粒子物理标准模型。 规范场论基础： 简要介绍描述强核力（QCD）、弱核力和电磁力的规范对称性（$SU(3) imes SU(2) imes U(1)$）。重点在于理解规范玻色子（如胶子、W/Z玻色子）是如何传递作用力的。 费米子与希格斯机制： 详细讲解夸克和轻子的分类，以及希格斯机制如何赋予规范玻色子和费米子质量。这部分专注于高能对撞机实验中产生的基本粒子质量谱和相互作用截面。 高能对撞机的实验技术（非光学聚焦）： 讨论大型强子对撞机（LHC）等设施的工作原理，包括束流加速、高精度量能器（如电磁量能器、强子量能器）对粒子能量和类型的识别，以及μ子探测器的设计，这些均是粒子探测技术，而非光的成像技术。 第五章：超越标准模型——新物理学的探索方向 标准模型尽管取得了巨大成功，但它未能解释暗物质、中微子质量以及引力与量子力学的统一等问题。本章探讨前沿理论模型。 超对称性（SUSY）： 阐述SUSY的核心思想——每一个费米子都有一个超伴子玻色子，反之亦然。讨论SUSY如何解决层子问题，并提出潜在的暗物质候选者（如最轻的超伴子LSP）。 电弱对称性破缺的精确测量： 分析Z玻色子、W玻色子以及顶夸克的精确质量测量如何对标准模型参数进行约束，并寻找偏离预期的微小迹象。 中微子物理学的新维度： 深入探讨中微子振荡现象的量子力学基础，解释其质量起源（如跷跷板机制），以及对电荷宇称（CP）破坏的探索，这些都属于核物理和基本相互作用的范畴。 结语：统一的梦想与未竟的征途 本书的总结将展望未来物理学可能的研究方向，如弦理论、圈量子引力等试图统一广义相对论和量子力学的尝试。我们强调，物理学的进步往往来自于对已知框架的彻底审视和对新现象的勇敢探索，而非仅仅依赖于对光线传播的精细操控。本书的全部内容构建在引力、强核力、弱核力以及电磁力的基本量子场论描述之上，与应用光学所关注的宏观或半宏观电磁波现象截然不同。

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这本书在处理“误差分析与系统优化”这一块的力度，远超出了我预期的本科教材水平。在现代光学系统中，元器件的公差、环境温度变化以及制造缺陷带来的系统误差是不可避免的。作者并未回避这些“不完美”的现实问题，而是用相当严肃的笔墨去探讨了这些因素如何累积并最终影响系统的性能指标，比如衍射效率的衰减、波前畸变的增加等。特别是关于自适应光学系统部分，虽然篇幅相对精炼，但它清晰地勾勒出了波前传感器、控制算法和德阿尔曼波带片（Deformable Mirror）之间的反馈回路机制。这种对“现实世界中复杂系统”的关注，使得读者在阅读时能保持一种批判性的思维，明白理论值与实际测量值之间的差距是如何产生的，以及如何通过严谨的误差预算和灵敏度分析来提升设计的鲁棒性。这对于未来想要进入精密光学仪器设计领域的人来说，是极其宝贵的思维训练。

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对于那些渴望在光电子领域进行实际工程应用的人来说，这本书在算法和实验验证方面的内容深度是相当令人惊喜的。我特别关注了其中关于傅里叶光学在图像处理中应用的章节。作者不仅详细推导了二维傅里叶变换在空间滤波中的数学基础，更重要的是，他提供了几个基于MATLAB或Python的伪代码框架，指导读者如何将理论转化为可执行的仿真程序。这一点对于自学者或者在校进行毕业设计的学生来说，价值无可估量。清晰的步骤分解，加上对算子选择（如高斯滤波器、均值滤波器）对去噪和锐化效果的具体影响分析，使得抽象的“空间域”和“频率域”之间的转换过程变得具象化、可操作化。如果说其他书籍是告诉你“是什么”，这本书则更进一步地展示了“如何做”以及“为什么这么做效果最好”。这种高度的工程实践导向，让这本书不仅仅是一本理论参考书，更像是一本高阶的“方法论手册”。

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与我以往阅读的几本经典光学教材相比，这本书最大的差异点在于它对“历史脉络”和“跨学科前沿”的整合能力。作者在介绍某些基础定律时，总会穿插介绍提出这些理论的科学家们在当时所处的技术背景和遇到的核心矛盾，这种叙事手法让原本枯燥的定律学习变得富有传奇色彩。更让人耳目一新的是，它并未固步自封于传统几何光学和物理光学，而是勇敢地将近年来发展迅猛的非线性光学、超快激光与生物成像的前沿技术作为案例进行深入剖析。例如，对倍频晶体在特定晶格结构中如何实现相位匹配的讨论，直接关联到了当前高功率激光源的实际应用瓶颈。这种将“经典基石”与“未来方向”并置的结构安排，确保了读者在打好坚实理论基础的同时，不会脱离当前科学研究的最前沿，确保了知识的生命力，让人在读完之后，不仅感觉学到了知识，更像是参与了一场跨越百年的光科学思想的深度对话。

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这本《应用光学》的排版和装帧实在是让人眼前一亮。我刚拿到手的时候，首先注意到的是它那略带磨砂质感的封面，手感非常舒适，而且那种深邃的蓝色调，配上烫金的字体，显得既专业又不失格调。内页的纸张选用上乘，印刷清晰，即便是那些涉及复杂光路图和密集的公式推导，看起来也毫不费神，这对于长时间阅读的读者来说，简直是福音。我尤其欣赏作者在图表绘制上的用心，那些光学系统的示意图，线条的粗细、颜色的区分都拿捏得恰到好处，即便是初次接触光学设计的人，也能迅速抓住核心概念。比如在讨论衍射极限时，附带的模拟图像不仅直观，而且细节丰富，让人可以清晰地看到不同光圈尺寸对成像质量的实际影响，而不是仅仅停留在理论层面。装订工艺也很扎实，书脊平整，可以完全摊开平放，这在查阅特定章节时极其方便，不用担心书页合拢遮挡住关键信息。总的来说，从物理实体来看，这本书无疑是同类教材中的精品，看得出出版方在制作上的投入和对阅读体验的重视，这无疑为深入学习奠定了一个极佳的物理基础。

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我花费了大量时间研读了关于偏振光与液晶显示技术那几个章节，深感作者的叙述逻辑链条构建得极为精妙。他并没有采取那种孤立介绍理论然后生硬套用实际应用的传统模式，而是将物理原理、数学描述以及现代工程实例完美地编织在一起。例如，在解释琼斯矩阵和穆勒矩阵的应用时，作者巧妙地引入了近年来高端3D电影放映系统中的偏振复用技术作为案例背景，而不是仅仅停留在基础的起偏器和检偏器的演示上。这种处理方式极大地激发了我探索更深层次问题的兴趣。更值得称赞的是，每当涉及到高度抽象的概念，比如光的量子特性与宏观波动性的统一描述，作者总会提供一个极具洞察力的类比或历史发展脉络梳理，让原本晦涩难懂的知识点变得触手可及。这使得我对光与物质相互作用的理解，不再是简单的公式记忆，而是一种由浅入深、层层递进的认识构建过程。这种叙事风格，真正体现了“传道授业解惑”的精髓，而不是简单地罗列知识点。

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