物质与能量（全彩） [New Scientific Knowledge] pdf epub mobi txt 电子书下载 2025

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《科学新闻》杂志社（Science News）著，颜蓓蓓，任牧青译，于天君校

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出版社：电子工业出版社

ISBN：9787121304002

版次：1

商品编码：12108114

包装：平装

丛书名：科学新探索

外文名称：New Scientific Knowledge

开本：16开

出版时间：2017-01-01

用纸：胶版纸

页数：276

字数：276000

正文语种：中文

具体描述

产品特色

编辑推荐

适读人群：对物质与能量感兴趣的广大成人读者。

人类是加工自然物质的专家。从早期石器到罗马水渠，再到硅晶时代，我们已经通过自己对物质的理解，创造出新奇的材料，广泛地利用能量，推动了人类文明的进步。过去几年里，人类取得了重大进步，聚变能、量子计算机、量子通信和超材料斗篷成为物质科学的新里程碑。探索物质与能量的前沿科学；这是一场精彩纷呈的对物质核心的探索，且这场探索永无止境。

海报：

内容简介

《物质与能量（全彩）》内容简介：电子工业出版社与美国科学与公众协会（The Society for Science & the Public）及其出版的《科学新闻》杂志（Science News）倾力合作，陆续推出《科学新探索》丛书，《地球与环境》正是该丛书的第五本书。本书介绍了人类对物质和物质有怎样的行为孜孜不倦的探索，以及对物质本质永无止境的研究，这再一次证明，人类是加工自然物质的专家。《物质与能量》一书的文章均选自近几年《科学新闻》杂志中尤为精彩、受读者欢迎且值得阅读的文章。《科学新闻》杂志是美国专业、全面、及时的科学新闻来源之一。

作者简介

美国《科学新闻》杂志（Science News）由非营利机构美国科学与公众协会（The Society for Science & the Public）出版，出版地为华盛顿特区。纸质版《科学新闻》杂志（Science News）为双周刊，同时开通了每日更新的新闻网站 (www.ScienceNews.org)。纸质版《科学新闻》杂志拥有超过9.3万的付费订阅者，网站年独立访问量高达1200万。此外，《科学新闻》杂志在社交媒体上也十分活跃，拥有220万脸谱网粉丝和150万推特粉丝。《科学新闻》杂志已有94年的历史，一直致力于为公众提供值得信赖的科学信息。1922年，报纸出版人爱德华·W. 斯克里普斯（Edward W. Scripps）创办了《科学新闻》杂志，最初名为Science News-letter，这是美国第一份旨在为公众提供客观严谨的科学新闻的出版物。如今，《科学新闻》杂志的使命依然没有改变，始终以“传播育人”为己任，继续将各个科学领域的重要发现传递给公众。《科学新闻》杂志由优秀的团队撰写、编辑和设计，面向科学爱好者、希望更深了解前沿科学成果的学者，以及时刻关注其他领域发展的科学家。

内页插图

精彩书评

“随着科学家们对物质的深入研究，人类将有更多操纵和创造物质的可能性。”——美国《科学新闻》杂志社（Science News）

精彩书摘

撞击激发出强子对撞机内物质的古怪行为

粒子的协调运动使理论学家百思不得其解

安德鲁·格兰特

在世界最强劲的粒子加速器中，亚原子粒子会表现出古怪的行为，这也许可以引导我们对超微尺度超高能量下物质的行为有一个全新的认识。

通常，日内瓦大型强子对撞机（LHC）会使亚光速质子相互碰撞。在2012年9月的几个小时里，机器将质子撞进由82个质子和126个中子紧紧捆成一体的铅核中。这只是一项为将来实验而校准仪器的试运行。

但是当科学家用紧凑μ子线圈（CMS）分析数据后，他们很快发现有什么出了差错。当一个质子和铅核碰撞，它们会四散成更小的粒子。每片霰弹的运动本应是随机的，一个粒子的运动方向应当与其他粒子没有关系，但是，在这次对撞中，粒子的方向倾向于相互联系，甚至看起来相距甚远的粒子也在相互协调轨迹。

“这是我们在LHC中观测到的最意想不到的成果之一。”麻省理工学院暨CMS团队成员巩特尔·罗兰说道。研究团队打算将不对这个奇怪的行为做任何解释，而直接发表在最近的《物理快报B》上。但是罗兰表示其他物理学家或许可以想出一些点子。

一种可能性是高热量和高密度的撞击环境使部分物质液化了。2005年，在纽约布鲁克黑文国家实验室，物理学家用相对论重离子对撞机将金原子核轰击到一起。科学家第一次观察到了液体般的物质新相——夸克胶体等离子态。由于夸克胶体等离子体像液体一般流动，在LHC观察到的现象可能是等离子冷却时从外边缘涌出的粒子产生的。

布鲁克海文的物理学家拉朱· 温卢勾普兰（Raju Venugopalan）和凯文·杜斯林（Kevin Dusling）提供了一个选择：粒子实际上是会相互影响对方的运动的。如果是真的，这将会是量子力学的表现。量子力学是统治超小尺寸的物理学原理。科学家提出将质子约束在一起的微小胶子粒子，在以接近光速运动时可以形成场。这种场使不同质子中的胶子可以相互作用，互相影响。本质上，温卢勾普兰和杜斯林声称，在恰当的条件下，一些粒子可以不再表现为孤立的物质碎片，而更像是一个协同一致的团队。

并不属于CMS团队的杜克大学物理学家伯恩特·米勒偏向于夸克胶体等离子体理论，因为它更简洁。他同时建议，如果理论被证实是正确的，将帮助物理学家更好地理解规律，同时诠释了在大多数极端条件下物质行为的古怪规律。物理学家希望更多地学习夸克胶体等离子体，因为他们相信，在宇宙大爆炸后的百万分之一秒内所有的物质都处于这种状态。

但是这两种解释都有漏洞。罗兰指出质子－铅核对撞应该不足以产生夸克胶体等离子体那样的极端条件。而温卢勾普兰和杜斯林的预测则仅仅在理论是可能的，从未被实验证实。

或许可以快速地找到谜团的解决方案。2013年1月，LHC再次用质子轰击铅核。这次，实验将持续数周，应该可以为团队提供足足超过十万次的数据，来决定谁的解释站得住脚。

前言/序言

序言

2012年7月，研究者们宣布发现了希格斯玻色子。人们普遍认为这是数十年来物理学界最重大的发现之一。人们彻夜不眠地排队参加欧洲物理实验室的研讨会，这场研讨会由位于日内瓦郊外的欧洲核子研究委员会主办，全世界有超过50万人观看了网络直播。在《科学新闻》杂志的一篇文章里，玻色子被比喻成亚瑟王的圣杯、德莱昂的不老泉和亚哈船长的白鲸。玻色子在1964年被首次提出，它被认为是标准模型的最后一块拼图。标准模型是物理学家提出的组成宇宙的粒子及其相互作用方式的最佳描述。为了找到玻色子，物理学家们已经等待了近半个世纪。

但是，对于物质本质理解的研究则要追溯到很久以前。古希腊人拥有自己的经典元素理论：土、水、空气和火。17世纪，艾萨克·牛顿将物质描述为“结实、厚重、坚硬、坚不可摧且可以移动的颗粒”。19世纪，在德米特里·门捷列夫编纂的元素周期表中，化学元素（钠、铜、锌等）依照它们的元素质量被分门归类，元素物理属性的周期性因此被揭示。这项理论是如此成功，以至于我们至今依然在使用它。

现代物质科学始于英国物理学家约瑟夫·汤姆孙，他于1897年发现了电子。汤姆孙证明了比原子更小的粒子的存在。一场精彩纷呈的亚原子粒子捕猎由此拉开了帷幕。

多亏了20世纪的理论和实验工作的积累，其中包括揭示玻色子的高能粒子撞击，研究者们现在比汤姆孙时代知道的更多了。始于20世纪20年代的量子革命从根本上改变了我们对微观世界如何运转的理解。例如，光既是粒子也是波，就如同“鬼魅般的超作用”一样纠缠在一起。量子力学为标准模型的发展奠定了基础，其中包括：汤姆孙的电子，组成质子和中子的夸克，能够变换属性的中微子，以及其他基本亚原子粒子。光和其他“力携带者”是标准模型的介质，力在形形色色的粒子间来回传递。

关于什么是物质以及物质有怎样的行为还存在很多疑问。例如，暗物质和暗能量就仍然是个谜，它们约占据宇宙物质能量的95%。一些超对称理论提出，标准模型的每一个粒子都有一个还未被发现的伙伴。目前还没有一个明确的方法可以调和统治超微世界的理论（量子力学）和统治宏观尺度物质的理论（重力）。虽然所有谜团并未破解，但这并不能阻止研究者们操纵物质来发展新技术的脚步。

人类是加工自然物质的专家。从早期石器到罗马水渠，再到硅晶时代，我们已经通过自己对物质的理解，创造出了新奇的材料，广泛地利用能量，推动了人类文明的进步。过去几年里，人类取得了重大进步，聚变能、量子计算机、量子通信和超材料斗篷成为物质科学的新里程碑。

随着科学家们对物质的深入研究，人类将有更多操纵和创造物质的可能性。

美国《科学新闻》杂志社（Science News）

2016 年10月

物质与能量（全彩）——探索宇宙的基石与驱动力引言宇宙万象，从微观粒子的量子纠缠到宏观星系的壮丽图景，无不围绕着两个基本概念——物质与能量——展开。它们是构成我们所见所感的一切的根本，是驱动宇宙演化不息的根本动力。本书《物质与能量（全彩）》将带领读者踏上一段引人入胜的探索之旅，深入理解物质的构成、形态以及它们如何与能量相互转化，共同谱写宇宙的壮丽篇章。本书以全新的视角，结合前沿的科学发现和丰富的视觉呈现，旨在揭示物质与能量之间错综复杂而又和谐统一的关系，为读者构建一个清晰而深刻的科学认知框架。第一章：物质的奥秘——从原子到亚原子我们的探索始于最基本的问题：物质究竟是什么？本书将从我们熟悉的宏观世界出发，逐步深入到物质的微观构成。原子的结构与模型：我们将回顾从道尔顿的原子模型到卢瑟福的行星模型，再到玻尔的原子模型，以及最终量子力学描述的电子云模型。理解原子的构成——质子、中子和电子，以及它们之间的相互作用力——强核力、弱核力、电磁力，是理解物质性质的基础。全彩的示意图将生动展示原子内部的量子世界，让我们得以窥见电子的运动轨迹和能级分布。元素周期表的奥秘：元素周期表不仅仅是元素的列表，它蕴含着物质世界的规律。本书将深入解读周期表的结构，解释同族元素和同周期元素的性质差异与联系，揭示原子结构如何决定元素的化学性质。我们将探讨稀有气体为何惰性，碱金属为何活泼，以及过渡金属为何能够形成丰富多彩的化合物。亚原子粒子的世界：随着科学的进步，我们发现质子和中子也并非基本粒子。本书将介绍夸克模型，揭示质子和中子由更小的基本粒子——夸克——组成。我们将探索电子、中微子等轻子，以及传递相互作用力的玻色子，如光子、胶子、W和Z玻色子。希格斯玻色子的发现，更是为我们理解粒子的质量来源提供了关键线索。本书将用精美的图示展示粒子物理标准模型，让抽象的粒子世界变得触手可及。物质的形态与相变：从固态、液态到气态，再到更为奇特的等离子态，物质的形态千变万化。本书将详细阐述不同相态的微观结构和宏观表现，以及在温度、压力等条件变化下发生的相变过程。我们将探索水的奇特性质，如冰会漂浮在水上，以及高温等离子体在宇宙中的普遍存在，如恒星和星云。晶体结构与非晶体：物质并非总是以规则的晶体结构存在。本书将介绍晶体学基本概念，如晶格、晶面、晶向，以及各种晶体结构，如面心立方、体心立方等。同时，我们将探讨非晶体，如玻璃和高分子材料，它们的无序结构如何赋予它们独特的性质。第二章：能量的形态与转化——宇宙的驱动力能量是宇宙演化的不竭动力。本书将深入剖析能量的各种形态及其相互转化，揭示能量在宇宙中的重要作用。动能与势能：最直观的能量形式莫过于运动的物体所拥有的动能，以及物体因位置或状态而储存的势能。本书将介绍动能和势能的计算公式，并用生动的例子展示它们如何相互转化，例如过山车在轨道上的运动，或者苹果从树上落下。热能与温度：微观粒子的无规则运动构成了宏观上的热能。本书将深入理解温度与热能的关系，以及热传递的三种方式——传导、对流和辐射。我们将探讨内燃机的工作原理，或者地球表面温度的分布规律，都是热能转化的生动体现。电能与磁能：电荷的移动产生了电流，电流又会产生磁场。本书将介绍电场、磁场的基本概念，以及电磁感应现象，它正是发电机工作的基础。我们将深入理解电动机和发电机的原理，以及电磁波在信息传递中的关键作用。化学能与生物能：化学键的断裂与形成伴随着能量的释放或吸收，这就是化学能。生物体通过新陈代谢储存和利用的能量，即生物能，本质上也是化学能的一种。本书将探讨燃烧反应、电池的工作原理，以及光合作用和呼吸作用如何将化学能转化为生命活动所需。核能的巨大力量：原子核内部储存着巨大的能量。本书将介绍核裂变和核聚变的概念，以及它们在核武器和核能发电中的应用。我们将探讨恒星发光的秘密——核聚变——正是宇宙中最强大的能量来源之一。光能与声能：光是电磁波的一种，携带能量，可以被植物吸收用于光合作用，也可以被我们的眼睛感知。声波是介质的振动，也携带能量，可以驱动一些简单的装置。本书将介绍光和声的性质，以及它们在生活和科学中的应用，例如太阳能电池和超声波成像。能量守恒定律：能量是最基本、最重要的守恒量之一。本书将深入阐述能量守恒定律，解释能量在各种转化过程中总量保持不变的原理。这将帮助我们理解为什么“永动机”是无法实现的，并为我们分析各种物理和化学过程提供重要的理论依据。第三章：物质与能量的交织——宇宙的运作机制物质与能量并非孤立存在，它们之间存在着深刻的联系，相互作用，共同塑造着宇宙的面貌。质能等价：爱因斯坦的E=mc²：这是现代物理学中最具革命性的发现之一。本书将深入解读爱因斯坦的质能方程，揭示质量和能量是同一事物的不同表现形式，质量可以转化为能量，能量也可以转化为质量。我们将探讨核反应中质量亏损转化为巨大能量的例子，以及在粒子加速器中高能粒子碰撞产生新粒子的过程。电磁相互作用：电荷之间的相互作用是物质形态多样性和化学反应的基础。本书将深入探讨电荷、电场、磁场的概念，以及它们如何影响物质的聚集和分离。从原子之间的化学键到星系中的尘埃聚集，电磁相互作用无处不在。引力：时空的涟漪：引力是宇宙中最普遍的相互作用。本书将介绍牛顿的万有引力定律，以及爱因斯坦的广义相对论，它将引力描述为时空的弯曲。我们将探讨黑洞的形成，引力波的探测，以及引力在星系形成和演化中的关键作用。宇宙的演化与能量的流动：从大爆炸的奇点到浩瀚的宇宙，物质与能量的相互作用驱动着宇宙的膨胀、恒星的诞生与死亡、星系的形成与演化。本书将带领读者回顾宇宙演化的主要阶段，探讨暗物质和暗能量在宇宙结构形成中的作用，以及宇宙最终的命运。生命中的物质与能量：生命本身就是物质与能量高度有序组织的产物。本书将从物质与能量的角度解读生命活动，包括细胞的物质构成、新陈代谢过程中的能量转化、遗传信息的载体DNA等。我们将理解生命体是如何从环境中获取物质和能量，并将其转化为维持自身生存和繁衍的动力。结语《物质与能量（全彩）》旨在以一种全面、深入且引人入胜的方式，揭示物质与能量这两个宇宙最基本的构成要素。通过丰富的全彩插图、清晰的图表和生动的实例，本书将抽象的科学概念具体化，让读者能够更直观地理解微观世界的奇妙和宏观宇宙的壮丽。无论是对物理学、化学、天文学，还是生命科学感兴趣的读者，都能从中获得宝贵的知识和深刻的启示。本书不仅是对科学知识的梳理，更是一次对宇宙本质的深刻思考，它将激发读者对未知世界的好奇心，培养科学探究的精神，从而更好地理解我们所处的这个精彩绝伦的宇宙。

用户评价

评分☆☆☆☆☆

我拿到这本书时，最大的感受是它的装帧质量相当不错，纸张光滑，印刷色彩饱和度很高，全彩印刷确实让视觉体验提升了一个档次。我本来是冲着“New Scientific Knowledge”这个副标题来的，心里盘算着能了解到最近几年内物理学或化学领域有哪些颠覆性的进展。然而，读了几章后，我感觉内容的更新速度似乎跟不上这个副标题的承诺。书里讲到的很多基础概念，比如牛顿定律、热力学三大定律，虽然阐述得很到位，但这些知识点早已是教科书里的经典内容了。我更关注的是那些尚未被完全解答的难题，比如暗物质的本质、统一场论的进展，或者高能物理实验的新发现。书中对这些前沿领域的提及大多是一笔带过，缺乏深入的分析和不同的学术观点碰撞。这让我有些遗憾，感觉这本书更像是一本扎实的基础知识复习手册，而非引领思潮的“新知”指南。或许，它更侧重于用漂亮的形式把旧知识包装起来，提供一个舒适的阅读体验。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计倒是挺吸引人的，色彩鲜艳，标题字样也很有冲击力，让人立刻联想到那些充满活力的科学现象。初翻阅时，我期待着能看到一些关于宇宙起源、粒子物理学前沿突破或者新型能源开发的深度解析。然而，翻完第一章后，我发现它更像是一本面向大众的科普读物，注重概念的普及而非硬核理论的探讨。文字风格相对轻松，配图不少，但很多插图更偏向示意性质，而非严谨的实验数据图表。比如，在解释量子纠缠那一节，作者用了大量的比喻来描述这个复杂现象，这对于初学者来说或许是友好的，但对于有一定基础的读者而言，就会觉得有些过于简化，少了那么点“智力挑战”的快感。这本书的排版很清晰，阅读起来不费力，但内容上的深度挖掘似乎有所保留。我希望看到更多关于“为什么是这样”的深层逻辑链条，而不是仅仅停留在“是什么”的描述上。总的来说，它适合那些对科学世界充满好奇，但又不想被复杂的数学公式吓跑的入门者。

评分☆☆☆☆☆

这本书的实用性是我比较看重的一点。我原本期望它能在“物质”和“能量”这两个宏大主题下，给出一些贴近现代生活、能指导我们理解日常现象的深入分析。比如，在解释材料科学中的新合金特性，或者生物体内复杂的能量转换机制时，我希望看到更细致的分子层面的解读。但读下来，感觉这部分内容处理得有些“高屋建瓴”。虽然提到了很多名词和概念，但真正能让人在脑海中构建出清晰的三维模型或者动力学过程的细节描写相对较少。全彩的图片虽然美观，但如果能用更多的剖面图、流程图或数据可视化图表来代替一些纯粹的描述性文字，效果可能会更好。总而言之，这本书像是一份精美的、内容全面的科学“导览手册”，它带你游览了科学的宏伟景观，但对于那些渴望亲手触摸、解构复杂机制的读者来说，可能还需要再找几本更侧重于深度技术细节的参考书来补充。

评分☆☆☆☆☆

从一个对科学史略有涉猎的角度来看待这本书，我发现它在历史脉络的梳理上做得相当到位。每一项重要的理论或者发现，作者都会追溯到最初提出者和关键的实验步骤，这使得我们不仅知道“是什么”，还能大致了解“是如何发现的”。这种对历史背景的尊重，让知识的传递显得更为立体和有人情味。不过，在涉及不同学派之间的学术争论时，书中似乎采取了一种相对中立甚至有些回避的态度。例如，关于光的本质是粒子还是波的争论，虽然提到了经典物理学的困境，但在描述量子力学如何彻底解决这一矛盾时，笔墨略显单薄，缺乏对那段思想斗争的细致描摹。我更希望看到科学家们在面对未知时那种挣扎、试错和最终突破的戏剧性过程，而不是仅仅呈现一个被整理好的、干净利落的结论。这本书的优点在于知识的完整性，但缺点可能在于缺少了那么一点点“火药味”和思想的锋芒。

评分☆☆☆☆☆

阅读体验方面，这本书的叙事节奏把握得比较平稳，没有太多跌宕起伏的讲述，像是在进行一场线性的、有条不紊的知识漫步。作者的语气非常温和，像一位经验丰富的导游，耐心地指引我们走过一个个科学领域的风景点。但在某些关键的转折点上，比如从宏观世界过渡到微观粒子世界时，这种平稳就成了略显不足的地方。我期待在这里能感受到更强烈的认知冲击，那种“原来世界是这样运作的”的震撼感。书中关于能量守恒的章节，用了很多生活中的例子来佐证，比如汽车的刹车过程、食物的消化吸收等，这些例子确实让抽象的概念变得具体可感，对于培养科学直觉很有帮助。但对于我个人来说，我更希望看到那些挑战直觉的、非日常的例子，那些能真正拓展思维边界的论述。如果能在叙述的张弛之间，加入更多发人深省的思辨环节，这本书的价值会更上一层楼。

评分☆☆☆☆☆

挺不错的，建议没有大学水平的不要看

评分☆☆☆☆☆

质量很好很好

评分☆☆☆☆☆

，，，，，，，，，喜欢就是好，，，，，，，

评分☆☆☆☆☆

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评分☆☆☆☆☆

这塑料膜脏兮兮的，不过无所谓了。

评分☆☆☆☆☆

然而并不是多么的“全彩”，主要还是文字为主。