物質與能量（全彩） [New Scientific Knowledge] pdf epub mobi txt 電子書下載 2025

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《科學新聞》雜誌社（Science News）著，顔蓓蓓，任牧青譯，於天君校

圖書標籤:

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齣版社：電子工業齣版社

ISBN：9787121304002

版次：1

商品編碼：12108114

包裝：平裝

叢書名：科學新探索

外文名稱：New Scientific Knowledge

開本：16開

齣版時間：2017-01-01

用紙：膠版紙

頁數：276

字數：276000

正文語種：中文

具體描述

産品特色

編輯推薦

適讀人群：對物質與能量感興趣的廣大成人讀者。

人類是加工自然物質的專傢。從早期石器到羅馬水渠，再到矽晶時代，我們已經通過自己對物質的理解，創造齣新奇的材料，廣泛地利用能量，推動瞭人類文明的進步。過去幾年裏，人類取得瞭重大進步，聚變能、量子計算機、量子通信和超材料鬥篷成為物質科學的新裏程碑。探索物質與能量的前沿科學；這是一場精彩紛呈的對物質核心的探索，且這場探索永無止境。

海報：

內容簡介

《物質與能量（全彩）》內容簡介：電子工業齣版社與美國科學與公眾協會（The Society for Science & the Public）及其齣版的《科學新聞》雜誌（Science News）傾力閤作，陸續推齣《科學新探索》叢書，《地球與環境》正是該叢書的第五本書。本書介紹瞭人類對物質和物質有怎樣的行為孜孜不倦的探索，以及對物質本質永無止境的研究，這再一次證明，人類是加工自然物質的專傢。《物質與能量》一書的文章均選自近幾年《科學新聞》雜誌中尤為精彩、受讀者歡迎且值得閱讀的文章。《科學新聞》雜誌是美國專業、全麵、及時的科學新聞來源之一。

作者簡介

美國《科學新聞》雜誌（Science News）由非營利機構美國科學與公眾協會（The Society for Science & the Public）齣版，齣版地為華盛頓特區。紙質版《科學新聞》雜誌（Science News）為雙周刊，同時開通瞭每日更新的新聞網站 (www.ScienceNews.org)。紙質版《科學新聞》雜誌擁有超過9.3萬的付費訂閱者，網站年獨立訪問量高達1200萬。此外，《科學新聞》雜誌在社交媒體上也十分活躍，擁有220萬臉譜網粉絲和150萬推特粉絲。《科學新聞》雜誌已有94年的曆史，一直緻力於為公眾提供值得信賴的科學信息。1922年，報紙齣版人愛德華·W. 斯剋裏普斯（Edward W. Scripps）創辦瞭《科學新聞》雜誌，最初名為Science News-letter，這是美國第一份旨在為公眾提供客觀嚴謹的科學新聞的齣版物。如今，《科學新聞》雜誌的使命依然沒有改變，始終以“傳播育人”為己任，繼續將各個科學領域的重要發現傳遞給公眾。《科學新聞》雜誌由優秀的團隊撰寫、編輯和設計，麵嚮科學愛好者、希望更深瞭解前沿科學成果的學者，以及時刻關注其他領域發展的科學傢。

內頁插圖

精彩書評

“隨著科學傢們對物質的深入研究，人類將有更多操縱和創造物質的可能性。”——美國《科學新聞》雜誌社（Science News）

精彩書摘

撞擊激發齣強子對撞機內物質的古怪行為

粒子的協調運動使理論學傢百思不得其解

安德魯·格蘭特

在世界最強勁的粒子加速器中，亞原子粒子會錶現齣古怪的行為，這也許可以引導我們對超微尺度超高能量下物質的行為有一個全新的認識。

通常，日內瓦大型強子對撞機（LHC）會使亞光速質子相互碰撞。在2012年9月的幾個小時裏，機器將質子撞進由82個質子和126個中子緊緊捆成一體的鉛核中。這隻是一項為將來實驗而校準儀器的試運行。

但是當科學傢用緊湊μ子綫圈（CMS）分析數據後，他們很快發現有什麼齣瞭差錯。當一個質子和鉛核碰撞，它們會四散成更小的粒子。每片霰彈的運動本應是隨機的，一個粒子的運動方嚮應當與其他粒子沒有關係，但是，在這次對撞中，粒子的方嚮傾嚮於相互聯係，甚至看起來相距甚遠的粒子也在相互協調軌跡。

“這是我們在LHC中觀測到的最意想不到的成果之一。”麻省理工學院暨CMS團隊成員鞏特爾·羅蘭說道。研究團隊打算將不對這個奇怪的行為做任何解釋，而直接發錶在最近的《物理快報B》上。但是羅蘭錶示其他物理學傢或許可以想齣一些點子。

一種可能性是高熱量和高密度的撞擊環境使部分物質液化瞭。2005年，在紐約布魯剋黑文國傢實驗室，物理學傢用相對論重離子對撞機將金原子核轟擊到一起。科學傢第一次觀察到瞭液體般的物質新相——誇剋膠體等離子態。由於誇剋膠體等離子體像液體一般流動，在LHC觀察到的現象可能是等離子冷卻時從外邊緣湧齣的粒子産生的。

布魯剋海文的物理學傢拉硃· 溫盧勾普蘭（Raju Venugopalan）和凱文·杜斯林（Kevin Dusling）提供瞭一個選擇：粒子實際上是會相互影響對方的運動的。如果是真的，這將會是量子力學的錶現。量子力學是統治超小尺寸的物理學原理。科學傢提齣將質子約束在一起的微小膠子粒子，在以接近光速運動時可以形成場。這種場使不同質子中的膠子可以相互作用，互相影響。本質上，溫盧勾普蘭和杜斯林聲稱，在恰當的條件下，一些粒子可以不再錶現為孤立的物質碎片，而更像是一個協同一緻的團隊。

並不屬於CMS團隊的杜剋大學物理學傢伯恩特·米勒偏嚮於誇剋膠體等離子體理論，因為它更簡潔。他同時建議，如果理論被證實是正確的，將幫助物理學傢更好地理解規律，同時詮釋瞭在大多數極端條件下物質行為的古怪規律。物理學傢希望更多地學習誇剋膠體等離子體，因為他們相信，在宇宙大爆炸後的百萬分之一秒內所有的物質都處於這種狀態。

但是這兩種解釋都有漏洞。羅蘭指齣質子－鉛核對撞應該不足以産生誇剋膠體等離子體那樣的極端條件。而溫盧勾普蘭和杜斯林的預測則僅僅在理論是可能的，從未被實驗證實。

或許可以快速地找到謎團的解決方案。2013年1月，LHC再次用質子轟擊鉛核。這次，實驗將持續數周，應該可以為團隊提供足足超過十萬次的數據，來決定誰的解釋站得住腳。

前言/序言

序言

2012年7月，研究者們宣布發現瞭希格斯玻色子。人們普遍認為這是數十年來物理學界最重大的發現之一。人們徹夜不眠地排隊參加歐洲物理實驗室的研討會，這場研討會由位於日內瓦郊外的歐洲核子研究委員會主辦，全世界有超過50萬人觀看瞭網絡直播。在《科學新聞》雜誌的一篇文章裏，玻色子被比喻成亞瑟王的聖杯、德萊昂的不老泉和亞哈船長的白鯨。玻色子在1964年被首次提齣，它被認為是標準模型的最後一塊拼圖。標準模型是物理學傢提齣的組成宇宙的粒子及其相互作用方式的最佳描述。為瞭找到玻色子，物理學傢們已經等待瞭近半個世紀。

但是，對於物質本質理解的研究則要追溯到很久以前。古希臘人擁有自己的經典元素理論：土、水、空氣和火。17世紀，艾薩剋·牛頓將物質描述為“結實、厚重、堅硬、堅不可摧且可以移動的顆粒”。19世紀，在德米特裏·門捷列夫編纂的元素周期錶中，化學元素（鈉、銅、鋅等）依照它們的元素質量被分門歸類，元素物理屬性的周期性因此被揭示。這項理論是如此成功，以至於我們至今依然在使用它。

現代物質科學始於英國物理學傢約瑟夫·湯姆孫，他於1897年發現瞭電子。湯姆孫證明瞭比原子更小的粒子的存在。一場精彩紛呈的亞原子粒子捕獵由此拉開瞭帷幕。

多虧瞭20世紀的理論和實驗工作的積纍，其中包括揭示玻色子的高能粒子撞擊，研究者們現在比湯姆孫時代知道的更多瞭。始於20世紀20年代的量子革命從根本上改變瞭我們對微觀世界如何運轉的理解。例如，光既是粒子也是波，就如同“鬼魅般的超作用”一樣糾纏在一起。量子力學為標準模型的發展奠定瞭基礎，其中包括：湯姆孫的電子，組成質子和中子的誇剋，能夠變換屬性的中微子，以及其他基本亞原子粒子。光和其他“力攜帶者”是標準模型的介質，力在形形色色的粒子間來迴傳遞。

關於什麼是物質以及物質有怎樣的行為還存在很多疑問。例如，暗物質和暗能量就仍然是個謎，它們約占據宇宙物質能量的95%。一些超對稱理論提齣，標準模型的每一個粒子都有一個還未被發現的夥伴。目前還沒有一個明確的方法可以調和統治超微世界的理論（量子力學）和統治宏觀尺度物質的理論（重力）。雖然所有謎團並未破解，但這並不能阻止研究者們操縱物質來發展新技術的腳步。

人類是加工自然物質的專傢。從早期石器到羅馬水渠，再到矽晶時代，我們已經通過自己對物質的理解，創造齣瞭新奇的材料，廣泛地利用能量，推動瞭人類文明的進步。過去幾年裏，人類取得瞭重大進步，聚變能、量子計算機、量子通信和超材料鬥篷成為物質科學的新裏程碑。

隨著科學傢們對物質的深入研究，人類將有更多操縱和創造物質的可能性。

美國《科學新聞》雜誌社（Science News）

2016 年10月

物質與能量（全彩）——探索宇宙的基石與驅動力引言宇宙萬象，從微觀粒子的量子糾纏到宏觀星係的壯麗圖景，無不圍繞著兩個基本概念——物質與能量——展開。它們是構成我們所見所感的一切的根本，是驅動宇宙演化不息的根本動力。本書《物質與能量（全彩）》將帶領讀者踏上一段引人入勝的探索之旅，深入理解物質的構成、形態以及它們如何與能量相互轉化，共同譜寫宇宙的壯麗篇章。本書以全新的視角，結閤前沿的科學發現和豐富的視覺呈現，旨在揭示物質與能量之間錯綜復雜而又和諧統一的關係，為讀者構建一個清晰而深刻的科學認知框架。第一章：物質的奧秘——從原子到亞原子我們的探索始於最基本的問題：物質究竟是什麼？本書將從我們熟悉的宏觀世界齣發，逐步深入到物質的微觀構成。原子的結構與模型：我們將迴顧從道爾頓的原子模型到盧瑟福的行星模型，再到玻爾的原子模型，以及最終量子力學描述的電子雲模型。理解原子的構成——質子、中子和電子，以及它們之間的相互作用力——強核力、弱核力、電磁力，是理解物質性質的基礎。全彩的示意圖將生動展示原子內部的量子世界，讓我們得以窺見電子的運動軌跡和能級分布。元素周期錶的奧秘：元素周期錶不僅僅是元素的列錶，它蘊含著物質世界的規律。本書將深入解讀周期錶的結構，解釋同族元素和同周期元素的性質差異與聯係，揭示原子結構如何決定元素的化學性質。我們將探討稀有氣體為何惰性，堿金屬為何活潑，以及過渡金屬為何能夠形成豐富多彩的化閤物。亞原子粒子的世界：隨著科學的進步，我們發現質子和中子也並非基本粒子。本書將介紹誇剋模型，揭示質子和中子由更小的基本粒子——誇剋——組成。我們將探索電子、中微子等輕子，以及傳遞相互作用力的玻色子，如光子、膠子、W和Z玻色子。希格斯玻色子的發現，更是為我們理解粒子的質量來源提供瞭關鍵綫索。本書將用精美的圖示展示粒子物理標準模型，讓抽象的粒子世界變得觸手可及。物質的形態與相變：從固態、液態到氣態，再到更為奇特的等離子態，物質的形態韆變萬化。本書將詳細闡述不同相態的微觀結構和宏觀錶現，以及在溫度、壓力等條件變化下發生的相變過程。我們將探索水的奇特性質，如冰會漂浮在水上，以及高溫等離子體在宇宙中的普遍存在，如恒星和星雲。晶體結構與非晶體：物質並非總是以規則的晶體結構存在。本書將介紹晶體學基本概念，如晶格、晶麵、晶嚮，以及各種晶體結構，如麵心立方、體心立方等。同時，我們將探討非晶體，如玻璃和高分子材料，它們的無序結構如何賦予它們獨特的性質。第二章：能量的形態與轉化——宇宙的驅動力能量是宇宙演化的不竭動力。本書將深入剖析能量的各種形態及其相互轉化，揭示能量在宇宙中的重要作用。動能與勢能：最直觀的能量形式莫過於運動的物體所擁有的動能，以及物體因位置或狀態而儲存的勢能。本書將介紹動能和勢能的計算公式，並用生動的例子展示它們如何相互轉化，例如過山車在軌道上的運動，或者蘋果從樹上落下。熱能與溫度：微觀粒子的無規則運動構成瞭宏觀上的熱能。本書將深入理解溫度與熱能的關係，以及熱傳遞的三種方式——傳導、對流和輻射。我們將探討內燃機的工作原理，或者地球錶麵溫度的分布規律，都是熱能轉化的生動體現。電能與磁能：電荷的移動産生瞭電流，電流又會産生磁場。本書將介紹電場、磁場的基本概念，以及電磁感應現象，它正是發電機工作的基礎。我們將深入理解電動機和發電機的原理，以及電磁波在信息傳遞中的關鍵作用。化學能與生物能：化學鍵的斷裂與形成伴隨著能量的釋放或吸收，這就是化學能。生物體通過新陳代謝儲存和利用的能量，即生物能，本質上也是化學能的一種。本書將探討燃燒反應、電池的工作原理，以及光閤作用和呼吸作用如何將化學能轉化為生命活動所需。核能的巨大力量：原子核內部儲存著巨大的能量。本書將介紹核裂變和核聚變的概念，以及它們在核武器和核能發電中的應用。我們將探討恒星發光的秘密——核聚變——正是宇宙中最強大的能量來源之一。光能與聲能：光是電磁波的一種，攜帶能量，可以被植物吸收用於光閤作用，也可以被我們的眼睛感知。聲波是介質的振動，也攜帶能量，可以驅動一些簡單的裝置。本書將介紹光和聲的性質，以及它們在生活和科學中的應用，例如太陽能電池和超聲波成像。能量守恒定律：能量是最基本、最重要的守恒量之一。本書將深入闡述能量守恒定律，解釋能量在各種轉化過程中總量保持不變的原理。這將幫助我們理解為什麼“永動機”是無法實現的，並為我們分析各種物理和化學過程提供重要的理論依據。第三章：物質與能量的交織——宇宙的運作機製物質與能量並非孤立存在，它們之間存在著深刻的聯係，相互作用，共同塑造著宇宙的麵貌。質能等價：愛因斯坦的E=mc²：這是現代物理學中最具革命性的發現之一。本書將深入解讀愛因斯坦的質能方程，揭示質量和能量是同一事物的不同錶現形式，質量可以轉化為能量，能量也可以轉化為質量。我們將探討核反應中質量虧損轉化為巨大能量的例子，以及在粒子加速器中高能粒子碰撞産生新粒子的過程。電磁相互作用：電荷之間的相互作用是物質形態多樣性和化學反應的基礎。本書將深入探討電荷、電場、磁場的概念，以及它們如何影響物質的聚集和分離。從原子之間的化學鍵到星係中的塵埃聚集，電磁相互作用無處不在。引力：時空的漣漪：引力是宇宙中最普遍的相互作用。本書將介紹牛頓的萬有引力定律，以及愛因斯坦的廣義相對論，它將引力描述為時空的彎麯。我們將探討黑洞的形成，引力波的探測，以及引力在星係形成和演化中的關鍵作用。宇宙的演化與能量的流動：從大爆炸的奇點到浩瀚的宇宙，物質與能量的相互作用驅動著宇宙的膨脹、恒星的誕生與死亡、星係的形成與演化。本書將帶領讀者迴顧宇宙演化的主要階段，探討暗物質和暗能量在宇宙結構形成中的作用，以及宇宙最終的命運。生命中的物質與能量：生命本身就是物質與能量高度有序組織的産物。本書將從物質與能量的角度解讀生命活動，包括細胞的物質構成、新陳代謝過程中的能量轉化、遺傳信息的載體DNA等。我們將理解生命體是如何從環境中獲取物質和能量，並將其轉化為維持自身生存和繁衍的動力。結語《物質與能量（全彩）》旨在以一種全麵、深入且引人入勝的方式，揭示物質與能量這兩個宇宙最基本的構成要素。通過豐富的全彩插圖、清晰的圖錶和生動的實例，本書將抽象的科學概念具體化，讓讀者能夠更直觀地理解微觀世界的奇妙和宏觀宇宙的壯麗。無論是對物理學、化學、天文學，還是生命科學感興趣的讀者，都能從中獲得寶貴的知識和深刻的啓示。本書不僅是對科學知識的梳理，更是一次對宇宙本質的深刻思考，它將激發讀者對未知世界的好奇心，培養科學探究的精神，從而更好地理解我們所處的這個精彩絕倫的宇宙。

用戶評價

評分☆☆☆☆☆

閱讀體驗方麵，這本書的敘事節奏把握得比較平穩，沒有太多跌宕起伏的講述，像是在進行一場綫性的、有條不紊的知識漫步。作者的語氣非常溫和，像一位經驗豐富的導遊，耐心地指引我們走過一個個科學領域的風景點。但在某些關鍵的轉摺點上，比如從宏觀世界過渡到微觀粒子世界時，這種平穩就成瞭略顯不足的地方。我期待在這裏能感受到更強烈的認知衝擊，那種“原來世界是這樣運作的”的震撼感。書中關於能量守恒的章節，用瞭很多生活中的例子來佐證，比如汽車的刹車過程、食物的消化吸收等，這些例子確實讓抽象的概念變得具體可感，對於培養科學直覺很有幫助。但對於我個人來說，我更希望看到那些挑戰直覺的、非日常的例子，那些能真正拓展思維邊界的論述。如果能在敘述的張弛之間，加入更多發人深省的思辨環節，這本書的價值會更上一層樓。

評分☆☆☆☆☆

從一個對科學史略有涉獵的角度來看待這本書，我發現它在曆史脈絡的梳理上做得相當到位。每一項重要的理論或者發現，作者都會追溯到最初提齣者和關鍵的實驗步驟，這使得我們不僅知道“是什麼”，還能大緻瞭解“是如何發現的”。這種對曆史背景的尊重，讓知識的傳遞顯得更為立體和有人情味。不過，在涉及不同學派之間的學術爭論時，書中似乎采取瞭一種相對中立甚至有些迴避的態度。例如，關於光的本質是粒子還是波的爭論，雖然提到瞭經典物理學的睏境，但在描述量子力學如何徹底解決這一矛盾時，筆墨略顯單薄，缺乏對那段思想鬥爭的細緻描摹。我更希望看到科學傢們在麵對未知時那種掙紮、試錯和最終突破的戲劇性過程，而不是僅僅呈現一個被整理好的、乾淨利落的結論。這本書的優點在於知識的完整性，但缺點可能在於缺少瞭那麼一點點“火藥味”和思想的鋒芒。

評分☆☆☆☆☆

這本書的實用性是我比較看重的一點。我原本期望它能在“物質”和“能量”這兩個宏大主題下，給齣一些貼近現代生活、能指導我們理解日常現象的深入分析。比如，在解釋材料科學中的新閤金特性，或者生物體內復雜的能量轉換機製時，我希望看到更細緻的分子層麵的解讀。但讀下來，感覺這部分內容處理得有些“高屋建瓴”。雖然提到瞭很多名詞和概念，但真正能讓人在腦海中構建齣清晰的三維模型或者動力學過程的細節描寫相對較少。全彩的圖片雖然美觀，但如果能用更多的剖麵圖、流程圖或數據可視化圖錶來代替一些純粹的描述性文字，效果可能會更好。總而言之，這本書像是一份精美的、內容全麵的科學“導覽手冊”，它帶你遊覽瞭科學的宏偉景觀，但對於那些渴望親手觸摸、解構復雜機製的讀者來說，可能還需要再找幾本更側重於深度技術細節的參考書來補充。

評分☆☆☆☆☆

我拿到這本書時，最大的感受是它的裝幀質量相當不錯，紙張光滑，印刷色彩飽和度很高，全彩印刷確實讓視覺體驗提升瞭一個檔次。我本來是衝著“New Scientific Knowledge”這個副標題來的，心裏盤算著能瞭解到最近幾年內物理學或化學領域有哪些顛覆性的進展。然而，讀瞭幾章後，我感覺內容的更新速度似乎跟不上這個副標題的承諾。書裏講到的很多基礎概念，比如牛頓定律、熱力學三大定律，雖然闡述得很到位，但這些知識點早已是教科書裏的經典內容瞭。我更關注的是那些尚未被完全解答的難題，比如暗物質的本質、統一場論的進展，或者高能物理實驗的新發現。書中對這些前沿領域的提及大多是一筆帶過，缺乏深入的分析和不同的學術觀點碰撞。這讓我有些遺憾，感覺這本書更像是一本紮實的基礎知識復習手冊，而非引領思潮的“新知”指南。或許，它更側重於用漂亮的形式把舊知識包裝起來，提供一個舒適的閱讀體驗。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計倒是挺吸引人的，色彩鮮艷，標題字樣也很有衝擊力，讓人立刻聯想到那些充滿活力的科學現象。初翻閱時，我期待著能看到一些關於宇宙起源、粒子物理學前沿突破或者新型能源開發的深度解析。然而，翻完第一章後，我發現它更像是一本麵嚮大眾的科普讀物，注重概念的普及而非硬核理論的探討。文字風格相對輕鬆，配圖不少，但很多插圖更偏嚮示意性質，而非嚴謹的實驗數據圖錶。比如，在解釋量子糾纏那一節，作者用瞭大量的比喻來描述這個復雜現象，這對於初學者來說或許是友好的，但對於有一定基礎的讀者而言，就會覺得有些過於簡化，少瞭那麼點“智力挑戰”的快感。這本書的排版很清晰，閱讀起來不費力，但內容上的深度挖掘似乎有所保留。我希望看到更多關於“為什麼是這樣”的深層邏輯鏈條，而不是僅僅停留在“是什麼”的描述上。總的來說，它適閤那些對科學世界充滿好奇，但又不想被復雜的數學公式嚇跑的入門者。

評分☆☆☆☆☆

啦啦啦啦啦啦啦啦啦啦啦啦

評分☆☆☆☆☆

人類對物質和物質有怎樣的行為孜孜不倦的探索，以及對物質本質永無止境的研究，這再一次證明，人類是加工自然物質的專傢。

評分☆☆☆☆☆

媽媽從小就教育我，人長得醜一定要多讀書！

評分☆☆☆☆☆

人類文明的形成和變遷，以及對社會産生的影響，說得比較真切；

評分☆☆☆☆☆

書的質量非常好，孩子很喜歡，看的很認真。

評分☆☆☆☆☆

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