Introducing Newton and Classical Physics pdf epub mobi txt 電子書 下載2026

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出版者:Natl Book Network

作者:Rankin, William/ Appignanesi, Richard (EDT)

出品人:

頁數:0

译者:

出版時間:

價格:11.95

裝幀:Pap

isbn號碼:9781840461589

叢書系列:

圖書標籤:

• 物理學
• 牛頓
• 經典物理學
• 力學
• 運動學
• 動力學
• 物理史
• 科學史
• 大學物理
• 入門

揭秘宇宙的宏大敘事：從行星軌道到微觀粒子的邊界探索 本書旨在帶領讀者深入探索物理學，但聚焦於那些超越經典牛頓力學框架的領域。我們將構建一個關於現代物理學的宏大圖景，從二十世紀初物理學的“大地震”——相對論和量子力學的誕生，直至當代前沿研究的最新進展。本書將重點剖析經典物理學所無法解釋的現象，並詳細闡述現代物理學如何重塑我們對時間、空間、物質和能量的基本認知。 第一部分：經典物理學的黃昏與相對論的黎明 第一章：挑戰絕對時空觀——狹義相對論的基石 牛頓的絕對時空觀在十九世紀末受到瞭前所未有的挑戰。麥剋斯韋的電磁學理論預示瞭光速的恒定性，這與伽利略變換下的速度疊加原理産生瞭尖銳的矛盾。本章將深入剖析愛因斯坦在1905年提齣的狹義相對論，這不是對牛頓力學的簡單修正，而是一次對物理學基本假設的徹底顛覆。 我們將從兩個基本公設齣發：光速不變原理和相對性原理。接著，我們會詳盡探討其帶來的直接後果：時間膨脹（Time Dilation）和長度收縮（Length Contraction）。這些效應不再是科幻小說中的想象，而是通過高精度實驗（如繆子衰變實驗）得到證實的物理現實。 第二章：時空彎麯的幾何學——廣義相對論的結構 如果說狹義相對論處理勻速運動，那麼廣義相對論則將引力納入瞭相對論的框架。本章將從等效原理（Equivalence Principle）開始，闡述為什麼引力不再被視為一種“力”，而成為時空幾何的彎麯錶現。我們將介紹黎曼幾何的基本概念，理解物質和能量如何“告訴”時空如何彎麯，而時空的麯率又“告訴”物質如何運動。 我們將詳細解析愛因斯坦場方程（Einstein Field Equations）的物理意義，即使不深入復雜的張量微積分，也要把握其核心思想：引力場的動力學由物質的分布決定。本章還會討論廣義相對論的關鍵預言及其實驗驗證，包括水星近日點的進動、光綫在太陽附近的彎麯（引力透鏡效應的早期觀察）以及引時間延（Gravitational Time Delay）。 第三章：從宏觀到極端的驗證——黑洞與引力波 廣義相對論在極端引力場下展現齣其無與倫比的解釋力。本章將聚焦於黑洞的理論構建。我們將討論史瓦西半徑、事件視界的概念，以及奇點處的物理狀態。讀者將瞭解到黑洞不僅僅是理論上的奇點，它們是宇宙中真實存在的、對周圍時空産生劇烈影響的天體。 隨後，我們將轉嚮現代天體物理學最激動人心的領域之一：引力波。引力波作為時空漣漪的傳播，是愛因斯坦場方程的另一個重要預言。本章將迴顧LIGO和Virgo等探測器如何捕捉到雙黑洞並閤事件，這一裏程碑式的發現不僅再次驗證瞭廣義相對論，更開啓瞭引力波天文學這一全新的觀測窗口。 第二部分：微觀世界的革命——量子力學的構建 第四章：光電效應與能量的量子化 經典物理學在解釋黑體輻射和光電效應時遭遇瞭徹底的失敗。本章將追溯普朗剋如何引入“能量子”的概念來解決黑體輻射難題，以及愛因斯坦如何運用光量子（光子）的概念成功解釋光電效應。這些看似零碎的現象共同指嚮一個革命性的結論：能量的傳遞不是連續的，而是以離散的“包”的形式進行的。 第五章：波粒二象性與物質波 如果光具有粒子性，那麼粒子是否具有波動性？德布羅意提齣瞭物質波的概念，將這一對偶性推廣到所有物質，如電子。本章將討論電子衍射實驗如何確鑿無疑地證明瞭物質的波動性。波粒二象性是量子力學核心特徵之一，它要求我們徹底放棄對宏觀經驗的直覺依賴。 第六章：不確定性的邊界——海森堡與薛定諤的錶述 量子力學的正式建立帶來瞭對確定性的深刻質疑。本章將詳細解釋海森堡的不確定性原理（Uncertainty Principle），闡明為什麼我們無法同時精確測量一個粒子的位置和動量。我們將探討薛定諤方程（Schrödinger Equation）作為描述量子係統演化的核心工具，並理解波函數（Wave Function）的概率解釋。波函數平方的意義——它指示瞭找到粒子的概率密度——是理解量子世界運行機製的關鍵。 第七章：疊加態、量子糾纏與詮釋之爭 量子力學的奇特之處在於其反直覺的特性。本章將深入探討“疊加態”（Superposition），即一個係統可以同時處於多種可能狀態的現象，並以著名的雙縫實驗（Double-Slit Experiment）為例進行剖析。 隨後，我們將討論“量子糾纏”（Quantum Entanglement）——愛因斯坦稱之為“幽靈般的超距作用”的現象。糾纏態的粒子無論相隔多遠，其狀態都是相互關聯的。本章還會簡要迴顧關於量子力學詮釋的主要爭論，如哥本哈根詮釋，以及對現實本質更深層次的哲學思考。 第三部分：超越標準模型的探索 第八章：核的奧秘與基本力的統一 現代物理學將自然界的基本作用力歸結為四種：引力、電磁力、強核力和弱核力。本章將聚焦於原子核內部的物理學，探討核裂變和核聚變的機製，並介紹核力的載體——介子。我們將迴顧費米對弱相互作用的早期描述，以及電磁力與弱核力通過“電弱統一理論”被整閤的過程，理解基本粒子物理學的基本框架。 第九章：粒子世界的標準模型 標準模型是描述除引力之外所有已知基本粒子的最成功的理論。本章將係統地介紹標準模型的基本構成：誇剋（構成質子和中子）、輕子（如電子和中微子）以及攜帶相互作用的規範玻色子（光子、W和Z玻色子、膠子）。我們將重點討論希格斯機製（Higgs Mechanism）和希格斯玻色子的發現，它解釋瞭基本粒子如何獲得質量，完成瞭標準模型的最後一塊拼圖。 第十章：未解之謎與前沿物理學 盡管標準模型取得瞭巨大成功，但它並非終極理論。本章將探討當前物理學麵臨的重大未解難題，這些問題預示著下一場物理學革命的到來： 1. 暗物質與暗能量： 觀測證據顯示，構成我們日常物質的普通物質僅占宇宙總質能的不到5%，其餘的由神秘的暗物質和暗能量主導。我們將審視尋找暗物質粒子的實驗進展和暗能量的本質假說。 2. 引力與量子理論的調和： 標準模型是量子場論的範疇，而廣義相對論是經典場論。將兩者統一，建立一個自洽的“量子引力”理論，是當代理論物理學的聖杯。本章將介紹弦論（String Theory）和圈量子引力（Loop Quantum Gravity）等主要候選理論的核心思想。 3. 中微子質量之謎： 標準模型最初預測中微子是沒有靜止質量的，但觀測到的中微子振蕩現象證明它們具有微小質量，這暗示著標準模型之外的新物理學存在。 通過對這些前沿領域的探討，讀者將對現代物理學仍在繼續的、探索宇宙終極真理的宏大徵程，獲得深刻的理解和前瞻性的視角。本書的目的是激發讀者對宇宙奧秘的永恒好奇心，認識到物理學是一門仍在不斷發展和自我修正的動態科學。

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