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出版者:Springer Verlag

作者:Sidharth, B. G. (EDT)/ Honsell, F. (EDT)

出品人:

页数:399

译者:

出版时间:2006-3

价格:$ 224.87

装帧:HRD

isbn号码:9781402041518

丛书系列:

图书标签:

物理学
基础物理学
前沿物理
理论物理
量子力学
相对论
宇宙学
粒子物理
弦理论
凝聚态物理

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具体描述

The Sixth International Symposium "Frontiers of Fundamental and Computational Physics", Udine, Italy, 26-29 September 2004, aimed at providing a platform for a wide range of physicists to meet and share thoughts on the latest trends in various, mainly cross-disciplinary research areas. This includes the exploration of frontier lines in High Energy Physics, Theoretical Physics, Gravitation and Cosmology, Astrophysics, Condensed Matter Physics, Fluid Mechanics. Such frontier lines were unified by the use of computers as an, often primary, research instrument, or dealing with issues related to information theory. The book contains contributions by Nobel Laureates Leon N. Cooper (1972) and Gerard 't Hooft (1999), and concludes with two interesting chapters on new approaches to Physics Teaching.

物理学前沿：探索宇宙的终极奥秘本书聚焦于当代物理学最引人入胜、最具挑战性的研究领域，深入探讨了从微观粒子到宏大宇宙结构的一系列前沿课题。它并非对既有理论的简单回顾，而是对正在发生的、尚未解决的科学难题的全面梳理和深刻剖析。本书的结构围绕着现代物理学的两大核心支柱——量子力学与广义相对论的深刻矛盾点展开，并系统性地介绍了当前试图弥合这些鸿沟的理论尝试，同时拓宽视野至宇宙学、凝聚态物理以及信息物理学的交叉领域。 --- 第一部分：时空与引力的几何学重构本部分致力于揭示时空本质的深层结构，重点关注经典引力理论（广义相对论）在极端条件下的局限性，以及新兴的量子引力候选理论。第一章：黑洞信息悖论的再审视我们首先考察黑洞的边界——事件视界。爱因斯坦的理论预言了黑洞的形成和蒸发（霍金辐射），但当黑洞完全蒸发后，其内部携带的原始信息去向成了一个悬而未决的难题。本章详细分析了信息守恒原理在量子信息论框架下的严格要求，并评估了防火墙假说、软毛理论以及全息原理在解决信息丢失问题上的不同路径。重点阐述了张量网络、AdS/CFT 对应（反德西特空间/共形场论）如何为理解引力与量子场论的对偶关系提供了数学工具。第二章：量子引力的几何构造量子引力是连接宏观引力与微观量子世界唯一的桥梁。本章深入探讨了两种主要的尝试：圈量子引力（Loop Quantum Gravity, LQG）和弦理论（String Theory）。 LQG部分，我们剖析了时空的离散化概念，即“量子化的体积和面积算符”，并讨论了其在早期宇宙学（如圈量子宇宙学）中对奇点的解决潜力。弦理论部分，则聚焦于高维空间（如卡拉比-丘流形）的紧致化机制。我们讨论了“景观”（The Landscape）的概念，即理论解的数量之巨，以及它对物理学预测能力的潜在影响。此外，M理论作为连接不同维度弦理论的统一框架，其关键特征也将被详细阐述。第三章：引力波天文学的新视野自 LIGO 首次探测到双中子星并合事件以来，引力波已成为检验强引力场下物理学的“探针”。本章分析了更精细的引力波信号所能揭示的物理信息，包括： 1. 超大质量黑洞并合信号（LISA 任务）：探索宇宙早期结构形成以及暗物质对黑洞演化的影响。 2. 中等质量黑洞（IMBHs）的存在性验证：解决恒星级黑洞与超大质量黑洞之间的质量缺失环节。 3. 偏离广相的证据搜索：寻找洛伦兹对称性破缺或其他修改引力理论的微妙信号。 --- 第二部分：物质的根本构成与对称性破缺本部分转向微观领域，探讨标准模型之外的物理学，特别是对暗物质、暗能量的探索，以及对基本粒子和相互作用性质的深入挖掘。第四章：标准模型之外的粒子谱尽管标准模型在描述电磁力、弱核力和强核力方面取得了巨大成功，但它无法解释引力，更无法解释暗物质和暗能量。本章重点讨论了超越标准模型的两大方向： 1. 最小超对称标准模型（MSSM）及其挑战：探讨超对称伙伴粒子的能谱预测，以及质子衰变等预言的实验限制。 2. 暗物质的候选者：详细对比了弱相互作用重粒子（WIMPs，如中性子）、轴子（Axions）以及更轻的粒子（如费米子或惰性中微子）的探测策略与现有实验（如 LUX-ZEPLIN, ADMX）。第五章：中微子的质量与扇出问题中微子质量的微小但非零值是粒子物理学中一个重大的“破译谜团”。本章探讨了跷跷板机制（Seesaw Mechanism），特别是I型和II型跷跷板如何通过引入重质量的“右手中微子”来解释我们观测到的极轻的左手中微子。此外，对中微子振荡数据的深入分析，以及对CP破坏在轻子味中是否存在的研究，是本章的重点。第六章：夸克和胶子的强相互作用新描述量子色动力学（QCD）在低能区（强子物理）的精确计算极其困难。本章介绍了晶格 QCD（Lattice QCD）方法在计算质子、中子质量以及夸克-胶子等离子体性质方面的进展。我们还将探讨奇异夸克物质（如超子星核心）的可能性，以及奇异夸克在致密星体结构中的潜在作用。 --- 第三部分：宇宙学的边界与新现象的物理学本部分将目光投向宇宙的起源、演化和最终命运，讨论当前解释宇宙加速膨胀和结构形成的理论框架。第七章：暗能量的动力学建模暗能量构成了宇宙约 68% 的能量密度，驱动着宇宙的加速膨胀。本书评估了当前主要的暗能量模型，超越了简单的宇宙学常数（Λ）模型： 1. 标量场驱动的演化（Quintessence）：探索动态变化的暗能量场如何影响宇宙膨胀历史。 2. 修正引力理论（f(R) 引力）：讨论如何修改爱因斯坦场方程本身来解释加速膨胀，而不是引入新的能量形式。 3. “早期暗能量”与宇宙学哈勃张力（Hubble Tension）：探讨新的早期宇宙成分如何可能解决当前早期（CMB）和晚期（星系巡天）哈勃常数测量值之间的显著不一致。第八章：暴胀理论的精确检验与替代方案宇宙暴胀理论成功地解释了宇宙学奇点、平坦性和视界问题。本章侧重于暴胀的量子涨落如何转化为宇宙微波背景（CMB）中的观测信号。我们将分析： 1. 原初引力波（张量模）：寻找 B 模式极化信号的实验努力及其理论阈值。 2. 非标量暴胀模型：讨论如分层暴胀（ পারত层暴胀）或非最小耦合模型如何改变原初谱指数的预测。第九章：复杂系统的涌现物理与信息论最后，本书探讨了物理学前沿正在融合的领域——信息与物理的交汇点。我们研究了如何在统计物理和凝聚态系统中理解复杂性的涌现： 1. 拓扑相与奇异量子物质：介绍拓扑绝缘体、拓扑超导体等，它们具有受拓扑保护的边缘态，可能暗示着新的量子计算范式。 2. 黑洞物理与量子信息：再次审视黑洞作为信息的存储和处理单元，探讨纠缠（Entanglement）在时空几何中的作用，这可能为我们理解引力本质提供全新的视角。 --- 《物理学前沿：探索宇宙的终极奥秘》旨在为专业研究人员、高年级本科生及研究生提供一个深入且不偏不倚的视角，引导读者直面那些尚未被完全解答的物理学难题。本书的论述风格严谨，强调数学框架的清晰性和实验证据的重要性，鼓励读者批判性地评估每一种新兴理论的优缺点。