研究生係列教材：物理學前沿問題 [Frontier Topics in Physics] pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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王順金 著

圖書標籤:

• 物理學
• 研究生教材
• 前沿問題
• 理論物理
• 凝聚態物理
• 粒子物理
• 量子信息
• 光學物理
• 材料物理
• 交叉學科

齣版社： 四川大學齣版社

ISBN：9787561430095

版次：1

商品編碼：10568852

包裝：平裝

外文名稱：Frontier Topics in Physics

開本：16開

齣版時間：2005-01-01

用紙：膠版紙

頁數：152

正文語種：中文

內容簡介

《物理學前沿問題》簡要介紹物理學各個主要分支的研究現狀、前沿問題和發展趨勢，包括物理學與高科技，凝聚態物理學與介觀物理學，原子、分子物理學與光學，原子核物理學，基本粒子物理學與量子場論，廣義相對論、天體物理學與宇宙學。對凝聚態物理學和原子、分子物理學與光學，強調瞭其新發現和新進展與21世紀高科技的密切關係；對原子核物理學、基本粒子物理學、廣義相對論、天體物理學與宇宙論，則探討瞭21世紀物理學基本理論可能麵臨的重大變革。此外，還簡要地介紹瞭物理學與信息論和計算機科學，物理學與生物學的交叉，包括量子信息、量子通訊與量子計算，生物物理學。最後，介紹瞭物理學的研究方法，物理學、數學與哲學的相互關係，以及中國物理學的發展前景。《物理學前沿問題》對所討論的問題提供瞭實用的數據與資料，其中包含瞭作者本人對物理學基本問題的觀點和研究心得，以及對物理學發展前景的看法。
作者著述《物理學前沿問題》的目的是：1、開闊本科高年級學生和研究生的物理學視野，使他們對物理學的各個前沿問題有一些初步的瞭解，以便於今後選擇適閤的研究或作領域；2、給學生今後的學習與研究提供一個嚮導；3、激發學生對物理學，特彆是對基礎物理學和理論物理學的熱情，鼓勵他們從事物理學教學與研究工作，為發展中國和世界的物理學做齣項獻。
《物理學前沿問題》適閤物理學各專業的研究生、本科高年級學生和研究人員閱讀，也可供相鄰學科的學生和研究人員參考。

作者簡介

王順金，男，四川大學教授，博士生導師，中國高能物理學會理事，《高能物理與核物理》、《原子核物理評論》編委。曾任美國加州大學伯剋利分校顧問，橡樹嶺國傢實驗室、德國重離子研究所、馬剋斯一普朗剋核物理研究所等機構客座教授。專著三部，論文200餘篇（SCI100餘篇）。創立瞭原子核多體關聯動力學、物理係統的代數動力學和代數動力學算法。獲全國科學大會重大成果奬兩次、國傢自然科學三等奬兩次、國傢教委普通高校優委教材一等奬一次，教育部科技進步一等奬一次，二等奬三次、國防科委戰略武器與尖端科技成果奬一次。被評為“國傢有突齣貢獻的中青年專傢”，“四川省學術帶頭人”。

目錄

第1章 物理學與高科技
1.1 21世紀的高科與知識經濟
1.2 21世紀的高科技與物理學
1.3 21世紀物理學的前景與可能麵臨的變革
1.4 大學本科物理學和數學的知識結構

第2章 凝聚態物理學與介觀物理學
2.1 凝聚態物理學的現狀
2.2 新有序相
2.3 低維係統與小係統：介觀物理、協和簇物理與納米科技
2.4 等離子體物理學與核聚變
2.5 人造係統：超晶格、準晶格與人造原子
2.6 極端條件下的凝聚態物理學
2.7 復雜性與自組織

第3章 原子、分子物理學與光學
3.1 引言
3.2 原子結構與原子動力學
3.3 高精度測量與基本定律的檢驗
3.4 分子結構與分子動力學
3.5 介質環境中的原子和分子
3.6 原子的控製與操縱—分子剪切與原子組裝
3.7 光學
附錄

第4章 原子核物理學
4.1 引言
4.2 低能原子核物理學：結構與反應、裂變與衰變問題
4.3 放射性核與超重核
4.4 中高能原子核物理學
4.5 天體核物理學—宇宙元素的閤成及其豐度

第5章 基本粒子物理學與量子場論
5.1 基本粒子物理學的現狀與成就
5.2 基本粒子標準模型的基本問題
5.3 引力的統一與超弦
5.4 粒子物理學與核物理學的交叉
5.5 粒子物理學與天體物理學和宇宙學的關聯

第6章 廣義相對論、天體物理學與宇宙學
6.1 宇宙的層次結構
6.2 黑洞與類星體
6.3 廣義相對論與（經典）宇宙學模型
6.4 大爆炸（量子）宇宙學
6.5 宇宙的加速膨脹與暗物質、暗能量
6.6 宇宙學問題與粒子物理學問題的關聯

第7章 量子信息、量子通訊與量子計算
7.1 量子力學簡介
……

第8章 生物物理學
第9章 21世紀的物理學
第10章 物理學前沿問題討論
參考書目

前言/序言

現代物理學與跨學科探索的廣闊圖景：一部聚焦未來趨勢與挑戰的權威讀本 導言：理解我們所處宇宙的深層脈絡 在二十一世紀的科學前沿，物理學的邊界正以前所未有的速度嚮更深層次的微觀世界和更宏大的宇宙尺度延展。本著作旨在為高年級本科生、研究生以及緻力於跨學科研究的科研人員提供一個全麵、深刻且富有啓發性的視角，用以審視當前物理學領域最活躍、最具顛覆性的研究方嚮和未解之謎。本書並非對傳統基礎物理知識的簡單復述，而是專注於那些正在重新定義我們對物質、能量、時空乃至信息本質理解的“前沿問題”。 本書的結構設計旨在構建一個從基礎理論到尖端實驗、再到新興技術應用的知識網絡。我們相信，真正的物理學突破往往發生在傳統學科的交叉點，因此，本書力求打破學科壁壘，展現物理學如何與其他核心科學領域——如計算機科學、材料學、生物學乃至哲學——深度融閤，共同繪製未來科學藍圖。 --- 第一部分：量子世界的深層結構與信息之謎 本部分深入探索瞭量子力學在極限條件下的行為，並關注量子理論如何與信息科學的最新發展相結閤，揭示瞭宇宙最基本層麵的運作機製。 第一章：量子引力與時空的基礎結構 當我們試圖將廣義相對論與量子力學統一起來時，我們麵臨的挑戰不僅是數學上的不相容，更是對“實在”概念的根本性重塑。本章詳細探討瞭當前主流的量子引力候選理論： 弦理論/M理論的最新進展： 重點分析瞭對偶性（Duality）的最新應用，例如AdS/CFT對應原理如何作為一種非微擾工具來研究強耦閤的場論係統。我們還將討論對我們理解黑洞信息悖論、蟲洞動力學以及宇宙學早期階段的深遠影響。 圈量子引力（LQG）的動力學演化： 闡述瞭LQG如何通過離散化時空結構（自鏇網絡與自鏇泡沫）來規避早期奇點問題，並探討瞭其在早期宇宙學（如“大反彈”模型）中的具體預測和觀測挑戰。 非交換幾何與背景獨立性： 探討瞭超越經典幾何框架，試圖在基礎層麵描述時空結構的新數學工具及其在量子場論中的應用潛力。 第二章：量子信息、計算與糾錯的極限 量子計算已不再是純粹的理論構想，而是正在成為解決經典計算無法企及問題的關鍵技術。本章著重探討瞭量子信息理論的物理學基礎： 拓撲量子計算的物理實現： 深入分析瞭如何利用準粒子（如任意子）的非阿貝爾統計特性來構建對局域擾動具有內在魯棒性的量子比特。這包括對馬約拉納費米子陣列的深入探討。 量子糾錯碼的閾值與實際應用： 評估瞭錶麵碼（Surface Codes）等主要糾錯方案的物理資源需求、性能閾值，以及在有限噪聲環境下的實際工程挑戰。 量子引力的信息論視角： 探討瞭黑洞熱力學、ER=EPR猜想以及全息原理如何從信息角度為量子引力和量子糾纏之間的深刻聯係提供瞭統一的理論框架。 --- 第二部分：物質世界的奇異相與極端物理 本部分將視角轉嚮物質在極端條件下的行為，涵蓋瞭凝聚態物理學中最具活力的新興領域以及高能物理實驗的最新發現。 第三章：拓撲物質態的能帶工程與新奇電子行為 拓撲性質的發現徹底改變瞭我們對電子能帶結構的理解，超越瞭傳統的對稱性分類。 高階拓撲絕緣體與晶體學拓撲： 探討瞭超越傳統拓撲絕緣體的分類，引入瞭晶體對稱性保護的拓撲指數，並研究瞭高階拓撲材料中端點或邊緣上的零維或一維激發態。 魔角石墨烯（Twisted Bilayer Graphene, TBG）的關聯電子物理： 詳細分析瞭在特定扭轉角下，範德華異質結構中齣現的超導、平帶（Flat Bands）以及Mott絕緣體等強關聯電子現象，以及其作為研究強關聯物理的“可編程”平颱。 非厄米物理與開放係統： 引入瞭非厄米哈密頓量，研究瞭當係統與環境存在非互易耦閤時，能譜的拓撲性質（如平移邊界條件下的非互易性）以及在光子學和聲學係統中的應用。 第四章：高能物理的未來：超越標準模型（BSM）的探索 雖然標準模型取得瞭巨大成功，但暗物質、暗能量和中微子的質量等現象明確指齣存在未知的物理學。 暗物質的直接與間接探測： 評估瞭LHC、地下探測器（如XENONnT/LZ）以及空間實驗（如AMS-02）在尋找WIMPs、軸子等候選粒子方麵的最新限製和新策略。重點討論瞭“光子-暗光子”相互作用的探測前景。 中微子質量的起源與CP破壞： 綜述瞭DBD（雙貝塔衰變）實驗在驗證馬約拉納性（中微子是否是其自身的反粒子）方麵的進展，以及對中微子三代振蕩參數的精確測量如何影響CP破壞的理解。 強子物理的新發現： 討論瞭LHCb和BESIII等實驗中發現的“奇異誇剋態”（如五誇剋態、四誇剋態），並探討瞭它們對誇剋模型和量子色動力學（QCD）的修正意義。 --- 第三部分：宇宙尺度的前沿：宇宙學與極端天體物理 本部分將研究範圍拓展到宇宙的宏大尺度，關注於宇宙的起源、演化以及極端天體物理現象的觀測與理論解釋。 第五章：引力波天文學的深化與新源的捕獲 引力波的發現開啓瞭天體物理學的“新窗口”，當前的重點在於提高靈敏度和探測更廣泛的頻率範圍。 中等質量黑洞（IMBH）與雙中子星並閤的後續： 分析瞭LIGO/Virgo/KAGRA閤作組織如何通過提高對早期宇宙的探測能力，來約束黑洞形成模型和超新星爆發機製。重點關注GW170817之後對重元素（如金和鉑）形成過程的理解。 空間引力波探測（LISA任務）： 詳細介紹瞭LISA任務的科學目標，特彆是其對超大質量黑洞閤並、極端質量比鏇進（EMRI）的探測潛力，以及這些觀測如何揭示星係演化的關鍵過程。 脈衝星計時陣列（PTA）對低頻引力波背景的探測： 探討瞭如何利用毫秒脈衝星作為宇宙尺度的時鍾，來尋找早期宇宙或超大質量黑洞閤並産生的隨機背景引力波信號。 第六章：早期宇宙的理論挑戰與觀測窗口 對宇宙大爆炸後瞬間的重構仍然是物理學最大的挑戰之一。 宇宙暴脹的精確檢驗： 討論瞭普朗剋衛星數據對暴脹勢能模型的限製，並重點分析瞭原初引力波張量模（Tensor Modes）的探測前景，這是檢驗暴脹物理的“聖杯”。 物質-反物質不對稱性的機製： 從薩哈羅夫三條件齣發，探討瞭超越標準模型的潛在CP破壞機製，例如重中微子介導的重子發生（Leptogenesis）或電弱標度下的巴裏子生成。 早期宇宙的非熱過程： 考察瞭暗物質的凍結或相變過程，以及它們如何影響宇宙微波背景（CMB）的極化圖樣，提供對非標準宇宙演化路徑的綫索。 --- 結語：物理學的未來與倫理責任 本書最後展望瞭物理學在未來幾十年可能實現的關鍵突破，並強調瞭基礎科學研究與社會責任之間的關係。我們探討瞭理論物理學傢如何利用AI和高性能計算來處理復雜的多體模擬和數據分析，預示著實驗數據與理論建模的深度融閤將是下一代物理學傢的核心技能。理解這些前沿問題，是為下一代科學革命做好準備的基石。

評分☆☆☆☆☆

老實說，在拿到《物理學前沿問題》之前，我對於“前沿問題”這個概念，更多的是一種模糊的印象，認為它們往往是普通人難以觸及的象牙塔裏的討論。但這本書，徹底顛覆瞭我的認知。它以一種極其詳實卻又不失可讀性的方式，將那些曾經遙不可及的物理學難題，一一展現在我麵前。我印象最深刻的是關於暗物質和暗能量的章節，作者並沒有簡單地羅列現有模型，而是深入剖析瞭各種觀測證據和理論推導的邏輯鏈條，讓我清晰地看到瞭科學傢們是如何一步步逼近真相的。書中對於不同實驗設計的細緻描述，以及對實驗結果解讀的審慎分析，讓我深刻體會到科學研究的嚴謹性。我尤其喜歡作者在探討新粒子探測技術時，那種對技術細節的深入挖掘，這讓我明白，每一次理論的突破，都離不開背後精妙絕倫的工程技術支持。雖然有些章節的數學推導我還需要反復揣摩，但整體而言，本書提供的視角是極其獨特的，它讓我看到瞭物理學不僅僅是抽象的公式，更是人類探索未知、挑戰極限的偉大徵程。這本書，讓我對未來科學的發展充滿瞭敬畏和期待。

評分☆☆☆☆☆

我一直認為，一部好的教材，應該能夠激發讀者的好奇心，並引導他們獨立思考。從這個角度來看，《物理學前沿問題》無疑是一部傑作。它並沒有簡單地將前沿問題呈現為一個已知的結論，而是展現瞭科學傢們是如何一步步探索、如何剋服睏難、如何提齣假設、又如何進行驗證的過程。我特彆喜歡書中那些關於“未解之謎”的討論，作者並沒有急於給齣答案，而是引導讀者去思考，去想象，去嘗試構建自己的解釋。這種引導性的敘述方式，讓我感覺自己並非被動地接受知識，而是在積極地參與到科學的探索過程中。書中對於曆史案例的引用，也起到瞭畫龍點睛的作用，讓我看到，那些曾經被認為是“前沿”的理論，如今已經成為我們理解世界的基石。這種曆史的縱深感，讓我更加珍惜當下的研究成果，也更加期待未來的突破。這本書，讓我看到瞭科學精神最生動的體現，也讓我對物理學這門學科，有瞭更深層次的熱愛。

評分☆☆☆☆☆

這本《物理學前沿問題》的齣現，對我的學術研究而言，無疑是一場及時雨。我目前的研究方嚮恰好涉及其中某個前沿領域，而書中對該領域最新進展的梳理，其深度和廣度都令我驚喜。我尤其贊賞作者在整閤不同研究團隊觀點方麵的能力，很多時候，前沿研究的文獻分散而零散，難以形成一個完整的圖景，而這本書則將它們巧妙地串聯起來，勾勒齣瞭一個清晰的研究地圖。書中對於某些尚無定論的爭議性問題，並沒有采取迴避的態度，而是詳細闡述瞭各方的觀點，並對各自的優劣勢進行瞭客觀的分析，這對於我理解不同學術流派的爭鳴非常有幫助。我在閱讀過程中，發現書中一些關於理論預測與實驗驗證之間關係的討論，讓我受益匪淺。它提醒我，理論的創新固然重要，但最終的檢驗還是要迴歸到實驗上來。這種實事求是的科學態度，貫穿瞭整本書，讓我深感敬佩。盡管有些內容對我而言已經是熟悉的領域，但作者獨特的視角和精闢的論述，依然為我提供瞭新的啓發和思考。

評分☆☆☆☆☆

坦白說，我一直對宇宙的起源和演化充滿著近乎哲學層麵的好奇，而《物理學前沿問題》中關於宇宙學的部分，則將這種好奇心推嚮瞭物理學的最前沿。書中對早期宇宙膨脹模型、大尺度結構形成以及宇宙微波背景輻射的最新觀測和解釋，都給我留下瞭深刻的印象。作者在處理這些龐大而抽象的概念時，並沒有讓它們變得生硬難懂，而是通過精妙的圖示和數據分析，將復雜的宇宙圖景一層層地展現在我麵前。我尤其關注書中關於量子漲落如何在大爆炸初期形成結構的討論，這讓我看到瞭微觀量子世界的規律如何深刻地影響著宏觀宇宙的形成。此外，書中還涉及瞭對一些新的觀測技術的介紹，比如下一代引力波探測器和宇宙望遠鏡的設想，這讓我看到瞭未來我們能夠通過哪些手段去進一步揭示宇宙的奧秘。總而言之，這本書讓我不僅對當前宇宙學研究有瞭更清晰的認識，更讓我看到瞭人類在探索宇宙奧秘這條道路上永不止步的決心和智慧。

評分☆☆☆☆☆

終於翻開這本《物理學前沿問題》，書名就帶著一種探索未知的召喚感，讓我在閱讀之前就充滿瞭期待。作為一名對物理學充滿好奇的研究生，我一直渴望能夠深入瞭解那些最前沿、最具挑戰性的研究方嚮，而這本書恰好滿足瞭我這個需求。我尤其關注的是書中那些關於量子引力理論和宇宙學最新進展的部分，一直覺得這兩個領域是理解宇宙終極奧秘的關鍵。閱讀過程中，我發現作者在梳理這些復雜概念時，並非一味堆砌公式和理論，而是試圖通過清晰的邏輯和生動的類比，讓初學者也能逐漸領悟其中的精髓。例如，在講解弦理論時，書中提到瞭一種將高維空間“摺疊”起來的直觀模型，這讓我之前晦澀難懂的想象立刻變得鮮活起來。更讓我欣喜的是，書中還穿插瞭對一些 seminal 論文的解讀，這不僅讓我瞭解瞭這些理論的起源和發展脈絡，也讓我看到瞭那些奠基性工作是如何一步步將我們帶到今天這個前沿的。雖然我還沒有完全消化其中的每一個細節，但僅憑這開篇的幾章，我就能感受到作者深厚的學術功底和高超的教學藝術，相信它定能成為我研究生學習生涯中寶貴的智力財富，引導我在這片廣闊的物理學海洋中揚帆遠航。