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出版者:Springer Berlin Heidelberg

作者:Walter Greiner

出品人:

頁數:375

译者:

出版時間:2008-10-10

價格:USD 25.00

裝幀:Paperback

isbn號碼:9783540780465

叢書系列:

圖書標籤:

• greiner
• 物理學
• OwnACopy
• 核物理
• 核結構
• 核反應
• 核模型
• 量子力學
• 原子核
• 粒子物理
• 核天體物理
• 核數據
• 理論物理

《宇宙的基石：物質的微觀奧秘》 簡介： 自古以來，人類便對構成我們所處世界的最基本元素充滿瞭好奇。從古希臘哲學傢們樸素的“原子”猜想，到現代科學不斷突破的疆界，我們對物質本質的探索從未停止。本書《宇宙的基石：物質的微觀奧秘》並非專注於某個特定理論模型，而是將目光投嚮瞭驅動我們理解物質微觀世界的整體科學圖景，一次次挑戰直覺，一次次革新認知的宏大敘事。 我們將一起踏上一段穿越時空的科學之旅，從經典物理學的輝煌奠基，到量子革命的顛覆性浪潮，再到粒子物理學的精細描摹，最終觸摸到宇宙誕生之初那令人難以置信的能量密度。本書旨在以通俗易懂的語言，展現科學傢們如何通過精巧的實驗設計，嚴密的數學推導，以及跨越維度的想象力，一步步揭示物質最深層的秘密，解開原子核的奧秘，理解構成宇宙的基本粒子以及它們之間錯綜復雜的作用力。 第一章：點亮微觀之光——經典物理學的遺産與局限 在人類探索微觀世界的早期，經典物理學，特彆是牛頓力學和麥剋斯韋電磁學，為我們構建瞭一個清晰而和諧的宏觀世界圖景。我們看到瞭行星在引力作用下的優雅軌道，理解瞭電荷的運動如何産生磁場，也學會瞭利用這些規律製造機器，操控自然。然而，當我們將目光聚焦於那些肉眼無法企及的微小尺度時，經典理論的局限性開始顯現。黑體輻射的“紫外災難”，光電效應無法解釋的光的粒子性，以及原子光譜的離散譜綫，都像一道道難題，擺在瞭當時最頂尖的物理學傢麵前。這些看似孤立的現象，卻預示著一個全新的物理時代的到來，一個需要徹底顛覆我們對能量、動量和空間理解的時代。本章將迴顧經典物理學的偉大成就，並深刻剖析那些迫使物理學走嚮革命的“異常”現象，為理解後續的量子革命埋下伏筆。 第二章：量子躍遷——顛覆認知的革命 量子力學的誕生，無疑是20世紀最偉大的科學革命之一。它以一種近乎哲學的方式，挑戰瞭我們根深蒂固的決定論和直觀感受。普朗剋的量子假說，愛因斯坦對光電效應的光子解釋，玻爾原子模型的行星軌道類比與量子化能級，以及德布羅意的物質波概念，都為量子世界的構建奠定瞭基石。海森堡的測不準原理，以一種深刻的方式揭示瞭微觀粒子固有的不確定性，即我們無法同時精確測量一個粒子的位置和動量。薛定諤方程則為我們提供瞭描述量子係統演化的數學框架，盡管其解往往是概率性的，卻能準確預測大量粒子的宏觀行為。波函數塌縮、量子疊加、量子糾纏等奇特的量子現象，不斷挑戰著我們的常識，也催生瞭信息科學、量子計算等前沿領域。本章將帶領讀者走進這個充滿概率、不確定性和奇異現象的量子世界，理解量子理論如何成功解釋那些經典物理學束手無策的微觀謎題。 第三章：原子之心——核力的呼喚 當量子理論的光芒照亮瞭原子之外的電子雲，科學傢們自然而然地將目光投嚮瞭原子內部更加神秘的區域——原子核。原子核為何能夠如此穩定地聚集起帶正電的質子，使其不受庫侖斥力而散開？這一問題的答案指嚮瞭一種全新的、比電磁力更強大的吸引力——核力。本章將深入探討核力的性質，包括其短程性、強相互作用性以及對重子（如質子和中子）的吸引作用。我們將瞭解原子核的組成，即由質子和中子構成的核子，以及它們之間存在的強核力，正是這種力量將原子核牢牢地束縛在一起，構成瞭物質存在的最基本單元。我們還會觸及原子核的結構模型，例如液滴模型，它將原子核比作一滴微小的液體，解釋瞭其結閤能的規律；以及殼層模型，它將核子比作獨立運動但受到平均勢場約束的粒子，成功預測瞭原子核的幻數和穩定性。對原子核內部結構的理解，直接關聯到核能的釋放，以及元素周期錶中元素的生成和演變。 第四章：粒子宇宙——基本粒子的傢族 原子核的構成，並非物質世界的終點，而是又一個更深層次探索的起點。隨著粒子加速器的不斷發展，科學傢們發現，質子和中子並非基本粒子，而是由更小的粒子——誇剋——組成的。本章將帶領讀者進入粒子物理學的殿堂，介紹構成物質世界的基本粒子傢族。我們將認識誇剋，包括六種“味”（上、下、粲、奇、頂、底），它們是構成質子、中子等強子（重子和介子）的基本構件。同時，我們還會瞭解輕子傢族，其中最熟悉的就是電子，以及與之相關的中微子，它們在宇宙的演化中扮演著重要角色。更重要的是，我們將探討傳遞基本相互作用的規範玻色子，如傳遞電磁力的光子，傳遞強核力的膠子，以及傳遞弱核力的W和Z玻色子。最後，我們不能不提的是希格斯玻色子，它賦予瞭基本粒子質量，是標準模型中不可或缺的一環。理解這些基本粒子及其相互作用，是構建我們所見宇宙萬物的基礎。 第五章：宇宙的熔爐——元素起源的奧秘 宇宙並非自始至終都擁有我們今天看到的豐富元素。從宇宙大爆炸最初的能量海洋，到恒星內部的核聚變爐，再到超新星爆發的壯麗終結，元素的起源和演化是一部波瀾壯闊的宇宙史詩。本章將追溯宇宙中各種元素的誕生過程。我們將從宇宙大爆炸核閤成的時代開始，瞭解氫和氦等最輕元素的形成。然後，我們將深入恒星的內部，探索“造父變星”的能量來源，即氫聚變成氦，氦再聚變成碳、氧等較輕元素的核聚變過程。我們還將瞭解，為何有些重元素，如鐵，在恒星核心無法通過聚變産生，以及它們是如何在恒星的死亡，特彆是超新星爆發的極端條件下，通過中子俘獲等過程被閤成齣來，並播撒到宇宙空間，成為新一代恒星和行星係統的原材料。正是這些曆經無數代恒星生死循環的元素，最終構成瞭地球，以及我們自身的身體。 第六章：探索未知的邊界——弦理論與超越標準模型 盡管標準模型在粒子物理學領域取得瞭輝煌的成就，但它並非完美無缺。暗物質、暗能量的存在，引力在量子尺度下的失效，以及中微子質量等問題，都錶明標準模型並非我們對宇宙終極理論的全部認知。本章將展望物理學的未來，介紹當前科學傢們正在探索的各種前沿理論，試圖超越標準模型，統一物理學的基本力。我們將初步瞭解弦理論的奇妙構想，它認為基本粒子並非點狀，而是微小的振動弦，不同的振動模式對應不同的粒子。我們還將觸及量子引力理論的嘗試，以及如何將廣義相對論與量子力學相結閤。對這些前沿理論的介紹，旨在展現人類探索未知宇宙的勇氣與智慧，以及我們對最終理解宇宙運行規律的執著追求。 《宇宙的基石：物質的微觀奧秘》旨在為讀者提供一個全麵而深入的視角，去理解構成萬事萬物的基本原理。從經典物理學的宏偉藍圖，到量子世界的顛覆性革命，再到原子核的內在結構，基本粒子的傢族，以及宇宙元素的起源，我們一步步接近物質的終極奧秘。本書不是一本枯燥的教科書，而是一次激動人心的科學探險，它將點燃您對宇宙的好奇心，激發您對科學的敬畏之情，並幫助您更好地理解我們所處這個神奇而復雜的宇宙。

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