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[美] 布魯斯 A.舒姆Bruce A. Schu 著

圖書標籤:

• 粒子物理學
• 物理學
• 科學普及
• 物質結構
• 量子力學
• 宇宙學
• 高能物理
• 科普讀物
• 現代物理
• 科學前沿

店鋪： 英典圖書專營店

齣版社： 清華大學齣版社

ISBN：9787302417330

商品編碼：29235607412

包裝：平裝

齣版時間：2016-08-01

基本信息

書名：物質深處：粒子物理學的攝人之美

：55.00元

作者： 布魯斯 A.舒姆(Bruce A. Schumm) 潘

齣版社：清華大學齣版社

齣版日期：2016-08-01

ISBN：9787302417330

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝

開本：16開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

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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，*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。

內容提要

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本書不是粒子物理學史，不是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。

目錄

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1導言
2真正的主宰
自然力
電磁力
引力
強核力
弱核力
關於四種力的後幾句話
3的覺醒
現代物理學革命
愛因斯坦的相對論
量子化： 下一次飛躍
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
相位1： 李群和相位
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
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

作者介紹

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本書作者是美國加州大學Santa Cruz分校物理學教授，粒子物理學傢。

文摘

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序言

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物質深處：粒子物理學的攝人之美 探索宇宙最微小的基石，揭示隱藏在日常萬物之下的秩序與和諧。 我們每天觸摸的世界，從一杯水的清涼，到星辰璀璨的夜空，似乎都遵循著一套我們已然熟悉的規律。然而，在這觸手可及的錶象之下，隱藏著一個更加奇妙、更加深刻的世界。那是一個由粒子構成的領域，一個充滿著驚人對稱性、優雅法則和尚未解開之謎的宇宙。 《物質深處：粒子物理學的攝人之美》將帶您踏上一段令人心潮澎湃的探索之旅，深入到我們所知宇宙最根本的構成要素——基本粒子——的領域。本書並非枯燥的教科書，而是一次充滿想象力與洞見的科普盛宴，旨在嚮您展現粒子物理學這個迷人學科的精髓，以及它如何以一種令人驚嘆的方式，解釋瞭我們為何以及如何存在。 從宏觀到微觀，一場概念的飛躍 當我們仰望星空，思考宇宙的起源和演化時，我們似乎在處理著宏大的尺度。然而，粒子物理學將我們的目光引嚮瞭截然相反的方嚮：無限的微小。想象一下，將一塊石頭不斷地分割，分割，再分割，直至我們到達構成這塊石頭最基本的、不可再分的單元。這些便是粒子，是物質世界的“積木”。 本書將從我們最熟悉的物質形態齣發，層層剝離，引導讀者理解這些“積木”是如何被組織起來的。您將瞭解到，我們日常所見的固體、液體、氣體，其本質都是由原子構成的，而原子又由原子核和電子組成。但這僅僅是冰山一角。原子核同樣並非堅不可摧，它是由更小的粒子——質子和中子——構成的。而質子和中子，又由更加基礎的粒子——誇剋——組成。 這種層層遞進的解析，宛如一次精密的“解剖”，揭示瞭物質結構從宏觀到微觀的精妙層次。您將驚嘆於自然界在不同尺度上所展現齣的驚人統一性，以及粒子之間復雜而有序的相互作用。 標準模型：粒子物理學的璀璨成就 在粒子物理學的研究中，有一個核心的理論框架，它被譽為20世紀物理學最偉大的成就之一，那就是“標準模型”。《物質深處》將深入淺齣地介紹標準模型的構成，讓您理解這個模型是如何成功地描述瞭已知的所有基本粒子及其相互作用。 您將認識到，存在著兩大類基本粒子：費米子（構成物質的粒子）和玻色子（傳遞力的粒子）。 費米子 進一步分為誇剋和輕子。誇剋是構成質子和中子的基本單元，它們有著“上”、“下”、“粲”、“奇”、“頂”、“底”六種“味”。而輕子傢族則包括瞭電子、μ子、τ子以及它們各自的中微子。這些微小的粒子，雖然看不見摸不著，卻是構成我們身體、周圍世界，乃至整個宇宙的基石。您將瞭解到，為什麼電子如此重要，為何質子和中子能穩定存在，以及中微子這個“幽靈粒子”是如何在宇宙中穿梭的。 玻色子 則是傳遞基本力的使者。本書將詳細介紹四種基本力： 電磁力：由光子傳遞，它負責瞭我們所見的光，以及我們日常生活中幾乎所有的化學和電學現象。沒有電磁力，原子將無法結閤，分子將無法形成，也就沒有我們所知的世界。 強相互作用力：由膠子傳遞，它將誇剋牢牢地束縛在一起，形成質子和中子，並維係著原子核的穩定。沒有強相互作用力，原子核將分崩離析。 弱相互作用力：由W和Z玻色子傳遞，它負責瞭放射性衰變等過程，是恒星燃燒和一些元素形成的關鍵。 引力：雖然引力在宏觀世界錶現得如此強大，但在粒子物理學的層麵，其傳遞粒子——引力子——的存在尚未被實驗直接證實，其在標準模型中的地位依然是一個未解之謎。 通過對標準模型的詳細解讀，您將理解為什麼存在如此多種類的粒子，它們之間是如何相互作用，以及這些相互作用如何決定瞭物質的性質和宇宙的運行規律。您將感受到一種深刻的秩序，一種隱藏在看似混亂的粒子世界背後的優雅數學結構。 粒子的“身份”與“行為”：量子力學的奇妙世界 粒子物理學之所以如此引人入勝，很大程度上源於它與量子力學緊密相連。量子力學是描述微觀粒子行為的語言，它顛覆瞭我們對經典物理學的直觀理解。 《物質深處》將帶領您領略量子力學的幾個核心概念，理解它們如何塑造瞭粒子的世界： 波粒二象性：每一個粒子，如電子或光子，都同時錶現齣波和粒子的雙重性質。它們可以像一個個獨立的點粒子一樣相互碰撞，也可以像擴散的波一樣錶現齣乾涉和衍射的現象。這種奇特的二象性，是理解粒子行為的關鍵。 疊加態與測量：在被觀測之前，一個粒子可以處於多種可能狀態的“疊加態”。例如，一個電子可以同時處於多種能量狀態或位置狀態。然而，一旦進行測量，這種疊加態就會“坍縮”到一個確定的狀態。這種“測量問題”，是量子力學中最令人著迷也最富爭議的方麵之一。 量子糾纏：兩個或多個粒子可以處於一種奇特的“糾纏”狀態，無論它們相距多遠，一個粒子的狀態變化會瞬間影響到其他糾纏的粒子。這種“幽靈般的超距作用”，愛因斯坦曾對此深感睏惑，卻已在實驗中被反復證實，並成為未來量子計算和量子通信的關鍵技術。 不確定性原理：海森堡不確定性原理指齣，我們無法同時精確地知道一個粒子的某些成對的物理量，例如位置和動量。知道得越精確，另一個就越不確定。這並非測量儀器的問題，而是自然界固有的限製。 通過這些量子力學的概念，您將逐漸擺脫宏觀世界的直覺束縛，進入一個充滿概率、疊加和奇異關聯的微觀宇宙。您將理解，粒子物理學的研究不僅僅是關於“是什麼”，更是關於“為什麼”它們會以這種方式存在和行為。 加速器與探測器：人類探索的利器 要直接觀測和研究這些微小的粒子，需要強大的工具。《物質深處》也將介紹粒子物理學研究中至關重要的實驗設備——粒子加速器和探測器。 您將瞭解到，大型強子對撞機（LHC）等粒子加速器是如何通過強大的電磁場，將帶電粒子加速到接近光速，然後讓它們在特定點發生碰撞。這些碰撞的瞬間，會産生大量的新的粒子，其中有些是極其稀有且不穩定的。 而粒子探測器，則像是高速攝像機和精密測量儀的組閤，它們能夠捕捉到粒子碰撞後産生的各種粒子軌跡、能量和動量信息。通過對這些信息的分析，科學傢們得以重構碰撞的場景，識彆齣産生的粒子，並驗證理論的預言。 您將看到，人類智慧是如何通過建造這些龐大而精密的科學儀器，不斷地拓展我們認識宇宙的邊界，一次次地在碰撞中發現新的粒子，揭開更深層的奧秘。 超越標準模型的疆域：未解之謎與前沿探索 盡管標準模型取得瞭輝煌的成功，它並非終極理論。在《物質深處》的最後部分，您將瞭解到粒子物理學領域仍然存在的許多令人興奮的未解之謎，以及科學傢們正在探索的前沿方嚮。 暗物質與暗能量：我們所見的普通物質隻占宇宙總質量能量的約5%。宇宙的大部分由不可見的“暗物質”和“暗能量”構成。它們是什麼？它們遵循什麼樣的物理規律？這將是本書為您揭示的又一重宇宙的神秘麵紗。 中微子質量之謎：標準模型最初認為中微子是沒有質量的，但實驗錶明它們具有微小的質量。這提示著標準模型需要修正，並可能存在著比標準模型更深層次的理論。 希格斯玻色子之外：希格斯玻色子的發現，解釋瞭粒子為何獲得質量，是標準模型的重要一環。但科學傢們仍在尋找其他可能影響粒子質量的機製，以及是否存在其他“希格斯粒子”。 量子引力：如何將描述微觀世界的量子力學與描述宏觀引力的廣義相對論統一起來，是物理學麵臨的最大挑戰之一。超弦理論、圈量子引力等前沿理論，正試圖在這方麵取得突破。 宇宙的未來與起源：粒子物理學的研究，與宇宙學緊密相連。對基本粒子的理解，有助於我們更深刻地理解宇宙的起源、演化以及最終的命運。 《物質深處》將以一種引人入勝的方式，將這些前沿的科學問題呈現給您。您將感受到，粒子物理學並非是靜態的知識，而是一個充滿活力、不斷進步的科學領域。每一次實驗的成功，每一次理論的突破，都讓我們離理解宇宙的終極真相更近一步。 一本關於好奇心的書 《物質深處：粒子物理學的攝人之美》是一本獻給所有對宇宙充滿好奇的人的書。無論您是否擁有深厚的物理學背景，本書都將用清晰的語言、生動的類比和引人入勝的故事，帶您領略粒子物理學的魅力。 您將在這個過程中，不僅僅瞭解粒子、力、量子力學等概念，更會感受到一種深刻的哲學思考。我們會思考，為何宇宙的規律如此精妙？我們作為宇宙的一部分，在其中扮演著怎樣的角色？我們對世界的認識，又能達到怎樣的深度？ 這是一次關於我們自身存在根源的探索，一次對宇宙最根本秩序的追尋。跟隨《物質深處》的腳步，您將發現，隱藏在日常萬物之下的，是一片無限廣闊、充滿攝人之美的新天地。

評分☆☆☆☆☆

我最近讀完瞭一本名為《物質深處：粒子物理學的攝人之美》的書，這絕對是一次令人驚嘆的智識之旅。作者以一種令人難以置信的清晰度和熱情，帶領讀者深入到構成我們宇宙最基本單位的領域。我一直對科學充滿好奇，但粒子物理學這個領域，在我看來，似乎總是有著一層難以逾越的神秘麵紗。然而，這本書徹底改變瞭我的看法。從誇剋到輕子，從希格斯玻色子到引力子，每一個概念都被描繪得生動形象，仿佛我正親身參與到那些宏大的實驗之中。作者沒有迴避復雜的數學和理論，但卻巧妙地運用瞭類比和故事，讓即使是對物理學瞭解不多的讀者也能跟上步伐。我特彆喜歡其中關於宇宙大爆炸早期粒子行為的描述，那種瞬間的能量爆發和物質的誕生，用文字的力量還原齣瞭宇宙誕生的壯麗圖景。讀這本書的過程，與其說是閱讀，不如說是一場沉浸式的體驗，讓我對世界的認知發生瞭一次深刻的重塑。它不僅滿足瞭我對知識的渴望，更點燃瞭我對科學探索的無限熱情。這本書不僅僅是一本科普讀物，它更像是一把鑰匙，打開瞭理解宇宙奧秘的大門。

評分☆☆☆☆☆

這本書的魅力，在於它不僅僅是羅列科學事實，更在於它講述瞭科學發現背後的故事和精神。作者在敘述粒子物理學的宏大理論時，穿插瞭大量關於科學傢們探索過程的逸事，那些充滿智慧、堅持甚至有時是笨拙的實驗，讓冰冷的科學概念變得鮮活而富有溫度。我被那些為瞭一丁點理論突破而嘔心瀝血的科學傢們深深打動。他們麵對失敗時的堅韌，以及在一次次實驗中捕捉到微弱信號時的狂喜，都讓我感受到科學研究的艱辛與偉大。書中的一些關於理論推導和實驗驗證的細節，雖然我無法完全理解其中的數學推演，但作者用生動的語言解釋瞭這些理論的邏輯和意義，讓我得以窺見科學傢們是如何一步步從猜想走嚮證實。尤其是在描述大型強子對撞機的工作原理時，作者將一個龐大而復雜的機器，拆解成一係列精妙的邏輯，讓我這個門外漢也能大緻明白其運作的原理。這本書讓我明白，科學的進步並非一蹴而就，而是無數個體的智慧和汗水的結晶。

評分☆☆☆☆☆

讀這本書的體驗，就像是在進行一次心靈的洗禮。作者以一種非常個人化的視角，分享瞭他對粒子物理學的理解和感悟。書中不僅僅是關於公式和理論，更是關於那種探索未知時所産生的敬畏和驚奇。他用文字構建瞭一個宏大而又細膩的宇宙圖景，讓我看到瞭隱藏在錶麵之下的深刻規律。我尤其喜歡他對於“對稱性”在粒子物理學中重要性的闡述，那是一種超越物質形態的普適性原則，讓我感受到瞭宇宙內在的秩序和優雅。書中的一些章節，充滿瞭哲學的思辨，引導讀者去思考物質的本質、空間的維度，以及時間的方嚮。它不僅僅是一本科普書，更是一本關於認識世界、認識自身的哲學啓示錄。它讓我明白，科學的邊界在哪裏，以及人類探索的腳步永不停歇。這本書讓我對宇宙的構成和運行有瞭全新的理解，也讓我對人類認識世界的可能性充滿瞭信心。

評分☆☆☆☆☆

我一直認為，物理學是描述世界最根本的語言，但接觸到的很多物理學書籍，要麼過於艱深，要麼過於淺薄，難以找到一個恰到好處的平衡點。《物質深處：粒子物理學的攝人之美》則精準地找到瞭這個平衡。作者展現瞭一種獨特的敘事風格，他能將最抽象的粒子概念，用最平實易懂的比喻來闡釋。例如，將不同粒子的相互作用比作一場精彩的舞蹈，將粒子的自鏇描述為一種內在的“鏇轉”屬性，這些形象的描繪，極大地降低瞭閱讀門檻。更難得的是，在保持通俗易懂的同時，這本書並沒有犧牲科學的嚴謹性。作者在解釋每一個概念時，都會引用相關的實驗證據和理論依據，讓讀者在理解其意義的同時，也能感受到其科學上的可靠性。我特彆欣賞書中關於“標準模型”的講解，作者循序漸進地介紹瞭模型中的各個組成部分，以及它們之間的相互關係，仿佛在搭建一座精巧的科學殿堂。讀完這本書，我對宇宙的構成有瞭更深的敬畏，也對人類探索未知的勇氣和智慧有瞭更深的理解。

評分☆☆☆☆☆

這本書給我帶來的震撼，遠遠超齣瞭我對一本科普讀物的預期。它不僅僅是在介紹粒子物理學的知識，更是在傳遞一種看待世界的方式，一種對未知充滿好奇和探索的精神。作者用充滿詩意的語言，描繪瞭那些微觀世界的奇妙景象，讓我仿佛置身於一個充滿能量和粒子律動的宇宙之中。書中對“量子糾纏”的描述，就如同神來之筆，用一種超凡的想象力，揭示瞭微觀粒子之間那跨越時空的神秘聯係，讓我對“實在”的概念産生瞭全新的思考。我被書中那種對科學的熱愛和對真理的追求所感染，感覺自己也仿佛獲得瞭一種更廣闊的視野，能夠從更宏觀和更微觀的維度去審視這個世界。它讓我明白，我們所看到和感受到的日常世界，都源於那些肉眼無法企及的微小粒子，它們以一種我們難以想象的方式相互作用，構成瞭我們所存在的一切。這本書不僅僅是知識的傳遞，更是精神的啓迪。