物質深處:粒子物理學的攝人之美

物質深處:粒子物理學的攝人之美 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

[美] 布魯斯 A.舒姆(Bruce A.Schumm) 著
圖書標籤:
  • 粒子物理學
  • 物理學
  • 科學普及
  • 科普
  • 物質
  • 宇宙
  • 量子力學
  • 標準模型
  • 高能物理
  • 前沿科技
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齣版社: 清華大學齣版社
ISBN:9787302417330
版次:1
商品編碼:12025282
包裝:平裝
叢書名: 原點閱讀·北京開放大學科學教育叢書
開本:16開
齣版時間:2016-08-01
用紙:膠版紙
頁數:271
字數:286000
正文語種:中文

具體描述

産品特色

編輯推薦

  閱讀本書,你將踏上一次有關當代粒子物理學發展曆程的科學探險之旅。旅程將從四種自然力和量子力學的基本概念齣發,進入量子場論和基本粒子的世界;你將遊覽八正模式、李群錶達、內部對稱空間、規範理論和粒子物理學標準模型,最後觀看雲霧籠罩的“上帝的粒子”和“大一統理論”。這樣一次旅行難免有點吃力,但一定收獲頗豐,不虛此行。對於粒子物理學這樣一門深奧的學科,寫一本好的普及性著作是一項高難度挑戰。這類著作事實上很少見,本書是一次難能可貴和成功的嘗試。特彆是,它幾乎完全是概念性敘述,而沒有用到方程式。


內容簡介

  本書不是粒子物理學史,不是偉大粒子物理學傢的奇聞軼事,不是泛泛而論,而是從自然力—量子力學和狹義相對論—量子場論—八正法模式—李群錶達—內不對稱空間—規範理論—粒子物理學標準模型的一個比較完整、係統的概念性(幾乎沒有方程式)敘述,是關於粒子物理學普及性著作。

內頁插圖

目錄

1導言

2真正的主宰

自然力

電磁力

引力

強核力

弱核力

關於四種力的最後幾句話

3偉大的覺醒

現代物理學革命

愛因斯坦的相對論

量子化: 下一次偉大飛躍

波與粒子

波粒二象性1: 光粒子

波粒二象性2: 物質波

海森堡不確定性原理

量子力學通用方程: 薛定諤方程

4相對論與量子理論的聯姻

相對論量子場論

力場

場的量子化

粒子交換: 對於力性質的新看法

再談四種力

費恩曼圖

頂點和最小相互作用

相對論量子力學,反物質和自鏇

活的真空

驚人的精確性

5自然模式

基本組成單元

誇剋: 八正法

輕子: (不那麼)輕的粒子

十一月革命

為何我們需要頂誇剋

力的粒子

總結: 基本組成單元

粒子動物園

6數學模式

李群

抽象練習: 數學群

時鍾數學

進入連續統: 李群R(2)和U(1)

加上下一維度: 李群R(3)

次序有關: 李代數

李群SU(2)

結語

7內裏世界

內部對稱性

諾特定理

李群和諾特定理

鏇轉和角動量

一個驚人的佯謬: 自鏇的故事

進入內裏: 同位鏇的故事

再談八正法

兩點思考

8純粹思維的物理學

規範理論

再談相位

全局不變性

全局不變性的問題

局域不變性

不要緊的要緊: 規範原理

再談量子電動力學

超越相位1: 李群和相位

超越相位2: 李群和規範原理

真正規範: 弱相互作用理論

一個成功的實驗: 弱中性流

對易問題

進一步的贊美: 規範理論與重正化

量子色動力學

結語

9現代範式

隱對稱,標準模型和希格斯玻色子

規範理論和力的強度

有質量的場量子: 睏難的一麵

屏蔽和有效質量

解的第一部分: 希格斯場

解的第二部分: 隱對稱

標準模型

反射的宇宙

自鏇和宇稱

宇稱違反和電弱力

碰撞的精度

最後的思考

10進入未知

前麵是什麼

我們還在尋找什麼

捲後語

附錄指數符號

注釋


前言/序言

  我沒有為本書想齣一個書名來。對此,我要感謝約翰·霍普金斯大學齣版社的工作人員,尤其是利普斯科姆(Trevor Lipscombe),在本書齣版過程中的各個階段他與我密切閤作。我要說,現在這個書名大概是用三個單音節詞來捕捉粒子物理學精華的最佳選擇瞭。在原子核深處,在真空詭異莫測的豐富性深處,在20世紀偉大科學思想傢頭腦裏的觸突深處,這便是粒子物理學的領域。這個書名與霍普金斯(Gerard Manley Hopkins)虔誠的詩句也聯係得非常好: 不論你是不是相信宗教,體味粒子物理學都是體味自然的奇跡。事實上,我本人對這個書名的唯一保留是,你馬上會看到,它讓我不敢聲稱我擁有的文化程度。

  如果我承認寫一本書是繁重、大概也是失策之舉,任何人都不會感到驚訝。就本書而言,自從我獲得加州大學聖剋魯茲分校的終身教職後,得意忘形之餘,第一次坐下來為感興趣於粒子物理學的人撰寫一本解釋標準模型的書,到齣版時已4年多瞭。最先讀過前麵幾章的草稿並對我報以鼓勵的那些學生,早已在讀高級學位瞭,我則希望培育我們的智力該隱該隱(Cain),聖經人物,亞當和夏娃的長子,惡魔、殺手、麻煩製造者、土地耕耘者。——譯者注。就我本人而言,當我想起我錯過瞭所有那些深夜電視時,簡直想哭。不過這統統都過去瞭。

  無論怎麼說,人們總不該經曆這樣的過程而無所迴報,而在書前匆匆緻意並希望以此作為公平的補償,好像成瞭慣例。

  首先,我感謝利普斯科姆,我的物理學同行和約翰·霍普金斯大學齣版社的主編; 我現在認為,他,還有我七年級和大學新生時的英文老師,是我最好的三位寫作指導。我要感謝他讓我以我喜歡的方式寫這本書,感謝他委婉細緻地提齣的許多清晰和深思熟慮的建議。在這方麵,我也要感謝我的天文學同事索爾斯特(Stephen Thorsett),是他嚮我推薦瞭利普斯科姆和約翰·霍普金斯大學齣版社。

  我要感謝我的好友羅(Bill Rowe),他的解釋天賦使本書在內容和敘述上都大為增色。或許羅和我將來還有尋求閤作的機會。

  我要感謝我的物理係同事賴爾登(Michael Riordan),他本人是一位成功的作傢; 感謝我們著名的科學通信計劃的威爾剋斯(John Wilkes)。他們的意見在我與我所不熟悉的齣版界和文字媒體界打交道時十分寶貴。

  然後是幾位理論傢,我依靠他們理順我的思路。下麵各位都花時間閱讀瞭本書的一章,他們肯定我的理解,禮貌地糾正我的誤解,幫助我實現我的意圖(避免暴露往往令實驗傢對他們自己的工作産生歧義的令人難堪的鴻溝)。他們是: 斯坦福加速器中心的裏佐(Tom Rizzo)和狄剋遜(Lance Dixon),加州大學聖剋魯茲分校物理係的戴恩(Michael Dine)、哈伯(Howie Haber)和班剋斯(Tom Banks)。同時感謝加州大學聖剋魯茲分校的普裏馬剋(Joel Primack),他給瞭我一張容易讀的宇宙學參考書目錄。我還應當感謝另一位科學傢,我的母親M.舒姆(Margot Schumm,退休的馬裏蘭濛哥馬利縣濛哥馬利學院的化學教授),她對第3章做瞭一些特彆中肯的評論,還給瞭我一半的生命,另外一半要感謝我的父親R.舒姆(Richard Schumm),他也是一位化學傢。

  最後,我要感謝你,讀者,因為你選擇瞭這本書,而不是應我的要求和我一道更新我在流行電視節目方麵的知識。在我看來,你的節製將會得到奬賞,因為你正開始新的旅程。如同奧德修斯奧德修斯(Odysseus),傳奇的希臘伊薩卡王,荷馬史詩《奧德賽》中的英雄。也稱尤利西斯(Ulysses)。——譯者注的艱險跋涉,前進可能不易,但堅持必有迴報。我衷心祝福你: 旅途順利!



《物質深處:粒子物理學的攝人之美》是一本旨在帶領讀者深入探索宇宙最基本構成單元的科普讀物。它並非枯燥的教科書,而是以生動形象的語言,展現瞭粒子物理學領域令人著迷的科學圖景,揭示瞭我們所處的世界背後隱藏的宏偉秩序。 本書首先將我們帶迴到對物質最原始的探索。從古希臘哲學傢對“不可分割”的原子概念的朦朧猜想,到近代化學傢通過實驗發現元素周期律,再到原子結構的逐步揭示,作者娓娓道來,勾勒齣人類認識物質的漫長而輝煌的曆程。我們不再僅僅滿足於看到物質的形態,而是渴望理解它們為何如此,由什麼組成,以及它們之間如何相互作用。 隨著科學的進步,我們得知原子並非最小的單位,而是由更小的粒子構成:原子核和圍繞原子核運動的電子。原子核又由質子和中子組成。然而,故事並未在此終結。物理學傢們發現,即使是質子和中子,也並非基本粒子,它們是由誇剋組成的。至此,我們進入瞭粒子物理學的核心領域——基本粒子。 《物質深處》將細緻地介紹那些構成我們宇宙的“積木塊”:費米子,包括誇剋(上、下、粲、奇、頂、底)和輕子(電子、μ子、τ子以及它們各自的中微子)。這些粒子是構成物質的基石,它們的性質和相互作用決定瞭我們所見的一切。作者會用豐富的類比和引人入勝的敘述,幫助讀者理解這些微觀粒子奇特而又精確的性質,例如它們的“電荷”、“色荷”、“味”等概念,這些概念在宏觀世界中是沒有直接對應物的,需要我們跳齣日常思維的局限。 本書的重點之一便是“標準模型”。標準模型是粒子物理學迄今為止最成功的理論框架,它描述瞭除引力以外的所有基本粒子及其相互作用。讀者將跟隨作者的筆觸,逐一認識標準模型中的“粒子傢族”。我們將瞭解強相互作用,它將誇剋牢牢地束縛在一起形成質子和中子,並且是原子核得以存在的關鍵。我們將深入理解電磁相互作用,它負責光、電、磁等現象,是構成原子和分子結構的基礎,也是我們能看到、觸摸到世界的根本原因。 當然,不能不提弱相互作用。雖然它在日常生活中不如強相互作用和電磁相互作用那樣顯而易見,但它在恒星的核聚變、放射性衰變等過程中扮演著至關重要的角色。正是弱相互作用,允許粒子發生轉化,例如中子衰變成質子、電子和反中微子。 而在這相互作用的背後,是傳遞作用力的“載體粒子”,也就是規範玻色子。作者會詳細介紹光子(傳遞電磁相互作用)、膠子(傳遞強相互作用)、W和Z玻色子(傳遞弱相互作用)。這些粒子如同看不見的“信使”,在基本粒子之間傳遞著信息,從而産生瞭宏觀世界的各種力。 《物質深處》不會迴避那些最令人興奮、也最神秘的發現。本書會重點闡述“上帝粒子”——希格斯玻色子的發現。希格斯機製解釋瞭基本粒子為何擁有質量。想象一下,宇宙被一種無處不在的“希格斯場”所彌漫,粒子在其中運動時,會與這個場發生相互作用,這種相互作用的強弱決定瞭粒子的質量。質量輕的粒子如光子,幾乎不受阻礙地穿梭;而質量大的粒子如頂誇剋,則會感到極大的“阻力”。希格斯玻色子的發現,為標準模型畫上瞭關鍵的一筆,也為理解物質的本質提供瞭深刻的洞見。 除瞭標準模型所描述的粒子和相互作用,人類對宇宙的探索從未停止。本書會適時地引入“標準模型之外”的議題,例如暗物質和暗能量。這些神秘的成分占據瞭宇宙的大部分質量和能量,卻無法被我們目前所知的粒子和力所解釋。作者會介紹科學傢們如何通過天文觀測和粒子物理實驗,試圖揭示暗物質和暗能量的真實麵貌,以及它們可能是什麼粒子,或者它們是否暗示著我們對宇宙的認知還需要顛覆性的革命。 “物質深處”也意味著對極端條件下的物質形態的探索。例如,在黑洞視界附近,時空扭麯到極緻,物質的行為完全超齣常理。在宇宙大爆炸的極早期,物質處於一種高溫高密的等離子體狀態。作者會帶領讀者想象並理解這些極端環境下的物理現象,展示粒子物理學如何與天體物理學、宇宙學緊密相連。 本書的魅力還在於它所蘊含的科學方法和哲學思考。粒子物理學的研究往往依賴於大型、昂貴的粒子加速器,如歐洲核子研究中心(CERN)的大型強子對撞機(LHC)。作者會描述科學傢們如何設計實驗,如何製造並碰撞粒子,如何從海量數據中提取有用的信息,以及如何通過理論的預測與實驗的驗證來不斷完善我們對自然的理解。這種嚴謹的科學探究精神,以及科學進步過程中所經曆的麯摺、爭論和突破,同樣是本書值得品味的部分。 《物質深處:粒子物理學的攝人之美》試圖傳遞一種超越具體知識的感受:科學探索的勇氣,對未知的好奇,以及對宇宙和諧有序的敬畏。它鼓勵讀者擁抱復雜性,享受理解抽象概念的過程,並認識到科學的進步是人類集體智慧的結晶。這本書不僅僅是關於粒子和力,更是關於人類不懈追求真理的精神,以及我們在不斷拓展的認知邊界中所發現的,關於我們自身和我們所棲居的宇宙的,令人屏息的美。它將喚醒你內心深處的求知欲,讓你看到,即使在最微觀的尺度上,也隱藏著宇宙最深刻、最壯麗的秘密。

用戶評價

評分

我最近閱讀瞭很多關於宇宙學和量子力學的書籍,但很少有能像這本書一樣,讓人感受到物理學傢在探索未知時所擁有的那種近乎宗教般的熱忱。作者似乎毫不吝嗇地將自己的全部熱情傾注於筆端,每一個公式的推導、每一個理論的提齣,都充滿瞭對“為什麼是這樣”的執著追問。這本書的結構安排也十分精妙,從宏觀的粒子加速器談起,逐步深入到誇剋、輕子乃至希格斯玻怎子的世界,仿佛我們是搭乘瞭一艘微型潛艇,進行著一次次深潛。這種層層遞進的敘事結構,讓讀者能夠跟隨科學傢的步伐,共同經曆發現的喜悅和推翻舊理論的陣痛。閱讀的過程,更像是一次智力上的攀登,每登高一步,視野就開闊一分。

評分

這本書的語言風格非常獨特,它融閤瞭科學的嚴謹與文學的浪漫,讀起來有一種獨特的韻味。它不是那種冷冰冰的科學報告,而是充滿瞭對自然界最深層規律的好奇與敬畏。作者在描述那些基本粒子時,仿佛在描繪神話中的英雄人物,每一個都有自己的脾氣、屬性和相互作用的方式,這種擬人化的處理極大地增強瞭閱讀的趣味性。更值得稱贊的是,作者對科學史上的爭議和未解之謎的處理方式,他坦誠地展示瞭科學的局限性,而不是一味宣揚已知的一切完美無缺。這種誠實的態度,反而讓整本書更具說服力,因為它承認瞭科學探索的艱辛與麯摺,讓讀者更能體會到每一點進步的來之不易。

評分

說實話,一開始我擔心這本書的專業性會讓我望而卻步,畢竟粒子物理學聽起來就充滿瞭高等數學和復雜的理論模型。但齣乎意料的是,作者采用瞭極其巧妙的比喻和類推手法,將量子場論中的一些深奧概念解釋得淺顯易懂,幾乎不需要讀者具備深厚的物理學背景也能跟上思路。這種敘事的流暢性和節奏的把控能力,非常考驗作者的功力。他沒有迴避復雜性,而是直麵它,然後用清晰的邏輯綫條將其層層剝開,展現齣其內在的優雅與必然性。對於那些曾經在其他科普讀物中感到睏惑的讀者來說,這本書無疑提供瞭一個更穩定、更可靠的認知入口。它不僅僅是知識的傳遞,更是一種思維方式的引導,教會我們如何用更開放、更具批判性的眼光去看待我們所處的現實結構。

評分

這本書簡直是物理學愛好者的福音,作者的敘述功力深厚,總能將那些抽象到讓人頭疼的基本粒子概念,描繪得如同史詩般的宏大場景。我尤其欣賞他對於實驗裝置的描述,那些龐大而精密的儀器,在文字中仿佛有瞭生命,充滿瞭人類探索未知的雄心與智慧的結晶。讀起來完全不是枯燥的教科書式講解,而更像是一場引人入勝的探險,引領讀者深入到物質最微觀的層麵去感受那種震撼。每一次概念的引入,都伴隨著精彩的曆史故事或關鍵的實驗突破,讓整個物理學的發展脈絡清晰可見,不再是零散的知識點堆砌。這本書的價值,就在於它成功地架起瞭普通人與前沿科學之間的橋梁,讓原本遙不可及的理論變得觸手可及,激發瞭讀者對宇宙本源的無限好奇心。那種讀完後豁然開朗,並對世界産生全新認知的體驗,是近年來閱讀體驗中最為珍貴的。

評分

這本書在呈現復雜信息時,展現齣瞭一種罕見的平衡感。它既能深入到技術細節,又不至於讓非專業人士迷失方嚮。特彆是關於標準模型的構建和它所麵臨的挑戰部分,作者的講解清晰有力,沒有過度簡化,也沒有故作高深。他巧妙地運用瞭類比,比如將相互作用描述為粒子之間的“信息交換”,這使得作用力的概念變得具體可感。此外,書中對於未來物理學可能方嚮的探討,也極富啓發性,它沒有給齣確定的答案,而是提齣瞭更深層次的問題,這正是優秀科普作品的標誌——激發讀者去思考那些尚未被迴答的問題。讀完之後,我感覺自己對現實世界的理解變得更加立體和豐富,不再滿足於錶麵的現象,而是渴望探究其背後的基本規則。

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書麵乾淨,書中也沒有缺頁,缺邊角的情況,看起來很整潔,好評

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好書,值得看,價格實惠。

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東西完好,送貨速度簡直高超速度,就是購物不提供清單,讓人難辦啊。

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書看瞭的確是正版,內容也非常新,我覺得京東配送非常不錯。

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好書,價格便宜,內容也不錯,好評

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印刷不錯,科普讀物,可以讀讀

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