數字文明:物理學和計算機 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

簡體網頁||繁體網頁

☆☆☆☆☆

郝柏林，張淑譽 著

圖書標籤:

• 數字文明
• 物理學
• 計算機科學
• 信息技術
• 科技史
• 復雜係統
• 計算物理
• 人工智能
• 科學哲學
• 交叉學科

店鋪： 智博天恒圖書專營店

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030477248

商品編碼：29489403936

包裝：平裝-膠訂

齣版時間：2017-05-01

圖書基本信息
圖書名稱	數字文明:物理學和計算機
作者	郝柏林,張淑譽
定價	38.00元
齣版社	科學齣版社
ISBN	9787030477248
齣版日期	2017-05-01
字數
頁碼
版次	1
裝幀	平裝-膠訂
開本	128開
商品重量	0.4Kg

內容簡介

本書從數字文明的高度迴顧瞭物理學與計算機相輔相成的曆史，討論瞭計算機和計算機中的物理，分析瞭計算機發展所麵臨的物理限製和物理學為未來計算技術所提供的的可能前景。本書內容豐富、取材多麵，可幫助理工科大學生、研究生以及物理和計算機專業的科學技術工作者開闊眼界、瞭解全局。

作者簡介

目錄

目錄 叢書修訂版前言 / i 叢書序 / iii 2017年修訂版說明 / v 2005年再版前言 / vii 初版前言 / xi 章從“結繩記事”到卡片計算機 / 1 人類有史以來進行過多少次算術運算？ / 2 曼哈頓計劃 / 3 卡片計算機 / 5 什麼因素限製瞭計算速度？ / 6 數的進製和存儲 / 9 大數和小數 / 12 第二章用真空管和延遲綫製造的電子計算機 / 15 “邏輯控製”：一問便知是天纔 / 15 “蛤蟆”繼電器和邏輯電路 / 18 真空管“開關” / 24 記憶屏幕和延遲綫存儲器 / 26 內部程序控製的馮？諾伊曼計算機 / 27 一張假想的“機器指令”錶 / 30 磁性存儲元件 / 36 我國的颱電子計算機 / 38 第三章“於無聲處聽驚雷”——半導體的崛起 / 40 沒有用武之地的半導體 / 41 電子能帶、p型和n型半導體 / 42 半導體器件的崛起 / 48 MOS和矽“平麵工藝” / 52 半導體邏輯電路 / 56 半導體存儲器 / 59 SSI、MSI、LSI、UISI、VLSI和GSI / 63 半導體異質結構 / 68 磁盤和光盤 / 71 第四章計算機世界 / 75 計算機和“算計”機 / 77 軟、硬、虛、實的關係 / 78 計算機語言 / 82 從POP到OOP / 87 操作係統 / 90 知識産權和軟件共享 / 94 巨機不巨、微機不微 / 97 從單機到網絡 / 104 並行計算的興起 / 109 從網絡到超級計算機 / 113 第五章物理學傢的好助手 / 122 實驗控製和數據采集 / 122 模擬信號和數字信號 / 123 中斷處理 / 124 並行接口和串行接口 / 125 USB通用串行總綫 / 127 PCI外部設備連接總綫 / 127 核電子學標準的興衰 / 129 高能物理實驗 / 132 從頭算起 / 134 計算機“代數” / 137 物理學中的人工智能 / 139 第六章計算機帶來的物理學 / 142 費米-巴斯塔-烏勒姆“實驗” / 142 “孤子”和“孤波” / 146 遍曆問題和“反KAM”定理 / 148 非綫性係統中的混沌現象 / 151 分子動力學和“長尾巴”行為 / 154 “誇剋禁閉”和“漸近自由” / 157 計算物理和實驗數學的誕生 / 160 生物信息學和計算生物學 / 162 第七章計算方法中的物理學 / 167 人工黏滯性 / 167 列昂多維奇邊界條件 / 168 采樣定理和測不準關係式 / 170 由演化過程計算定態分布 / 172 差分格式裏的物理 / 174 元胞自動機和格子流體力學 / 175 重要性抽樣法 / 178 遺傳算法 / 182 NP完備問題和“自鏇玻璃” / 183 可算性、有限性和遞歸 / 186 語言和計算機的復雜性 / 188 第八章計算機受到的物理限製 / 194 快能多快？ / 195 小能多小？ / 196 可以不消耗能量進行計算嗎？ / 198 發熱和冷卻 / 201 聯綫問題 / 203 有沒有量子限製？ / 205 第九章物理學和未來的計算機 / 208 量子阱、量子綫和量子點 / 209 光計算機 / 213 自鏇微電子學 / 217 超導計算機 / 219 分子電子學 / 222 DNA計算 / 224 量子信息和量子計算 / 227 第十章沒有結束的話 / 231 英漢對照兼索引 / 238 後記 / 242

編輯推薦

導語_點評_推薦詞

文摘

序言

《數字文明：物理學與計算的交織》 一、 引言：探尋文明的底層邏輯 在人類文明的長河中，物理學與計算無疑是推動其發展最為核心的兩大驅動力。物理學揭示瞭宇宙運行的根本規律，從微觀粒子的奇妙舞蹈到宏觀天體的壯麗圖景，一切皆在精確的數學語言下得以闡釋。而計算，作為一種信息處理與邏輯推演的強大工具，則將人類的智慧邊界不斷拓展，重塑著我們認識世界、改造世界的方式。 本書《數字文明：物理學與計算的交織》並非簡單羅列這兩大學科的知識點，而是深入挖掘它們之間深邃而迷人的內在聯係，以及這種聯係如何形塑瞭我們當下所處的“數字文明”。我們並非要探討具體的物理學公式或計算機編程技巧，更不是要講述某個特定時代的物理學發現或計算機發明史。本書的核心在於，通過一種宏觀而深刻的視角，去審視物理學如何為計算的誕生提供瞭理論基石，計算又如何反過來成為探索物理學奧秘的強大引擎。從牛頓力學到量子力學，從機械計算到人工智能，我們將看到一個由理性思維、精確測量與邏輯演算構建起來的全新世界。 本書的讀者無需擁有深厚的物理學或計算機科學背景。我們旨在以一種引人入勝、富有啓發性的方式，引導您理解科學與技術如何相互促進，共同編織齣我們今日所見的數字時代。我們將一同追溯那些看似遙遠卻又與我們息息相關的思想火花，感受科學精神的魅力，洞悉數字浪潮背後那股強大而持久的理性力量。 二、 物理學的啓示：理解世界的基石 物理學，作為研究物質、能量、空間和時間最基本規律的科學，其發展史本身就是一部人類理性不斷突破的史詩。從古希臘哲學傢對自然現象的樸素觀察，到伽利略、牛頓對運動和引力的精確描述，再到愛因斯坦的相對論和量子力學的誕生，每一次理論的飛躍都極大地拓展瞭我們對宇宙的認知。 在物理學發展的早期，其核心在於建立能夠精確描述和預測自然現象的數學模型。這種對精確性的不懈追求，以及對因果關係的深刻理解，為後來的計算科學奠定瞭思想基礎。牛頓的萬有引力定律不僅解釋瞭行星的運行軌跡，也展示瞭通過簡潔的數學公式來模擬復雜物理係統的可能性。這種“模型化”和“公式化”的思維方式，正是計算的靈魂所在。 隨著科學研究的深入，尤其是對微觀世界的探索，物理學麵臨著前所未有的挑戰，同時也催生瞭更為精密的測量手段和數據處理方法。例如，在天文學領域，望遠鏡捕捉到的海量星係數據，需要強大的計算能力纔能進行分析和分類。在粒子物理學中，對基本粒子碰撞産生的海量軌跡和能量信息進行解讀，更是離不開超級計算機的支持。物理學的實驗數據往往龐大而復雜，這直接催生瞭對高效數據處理和分析工具的需求。 更深層次上，物理學對“信息”的概念的理解，也為計算科學提供瞭重要的啓示。在量子力學中，粒子的狀態本身就包含瞭信息，而信息的測量與糾纏等概念，更是與信息論和計算理論産生瞭深刻的共鳴。例如，量子計算的誕生，很大程度上就是受到瞭量子力學原理的啓發，它探索利用量子疊加和量子糾纏等特性來實現經典計算機無法企及的計算能力。 物理學的研究對象，從宏觀到微觀，都展現齣一種內在的秩序和規律。這種秩序和規律，並非神秘莫測，而是可以通過邏輯推理和數學語言來揭示。物理學的發展，不斷證明瞭宇宙是可以被理解的，而理解宇宙的關鍵在於發現其背後運行的“算法”。這種“算法”的思維，正是連接物理學與計算的天然橋梁。 三、 計算的誕生與發展：賦能人類的智慧之翼 計算，從最樸素的計數工具到如今的超級計算機和人工智能，其發展曆程充滿瞭人類對效率和智能的不懈追求。早期的計算，例如算盤，本質上是對數字進行物理操作的工具。機械式計算器，如帕斯卡和萊布尼茨發明的機器，則開始利用齒輪和杠杆來實現自動化運算。 然而，真正意義上的計算革命，是隨著電子技術的發展而到來的。圖靈在20世紀30年代提齣的“圖靈機”理論，為計算機的抽象模型奠定瞭理論基礎，定義瞭“可計算性”的概念。這標誌著計算不再局限於具體的物理機器，而是一種可以被形式化和算法化的邏輯過程。 第二次世界大戰期間，為瞭解決復雜的彈道計算問題，第一批通用電子計算機應運而生，如ENIAC。這些龐然大物雖然笨重，但其強大的計算能力極大地改變瞭科學研究和工程設計的麵貌。晶體管的發明，以及集成電路的齣現，將計算機的體積不斷縮小，性能不斷提升，成本不斷降低，從而將計算機從實驗室和軍事部門帶入瞭韆傢萬戶。 計算機的發展，不僅是硬件的進步，更是軟件和算法的革新。操作係統、編程語言、數據庫等軟件技術的齣現，使得計算機的功能日益強大，應用領域不斷拓展。算法，作為解決特定問題的步驟和指令，成為計算的核心。從簡單的排序算法到復雜的機器學習算法，算法的效率和優化直接決定瞭計算的成敗。 計算的發展，極大地加速瞭物理學研究的進程。過去需要數年甚至數十年纔能完成的復雜模擬和數據分析，如今可以在短時間內完成。這使得科學傢能夠探索更深奧的物理問題，例如氣候變化模型、天體演化模擬、粒子碰撞軌跡預測等。超級計算機的應用，讓那些僅憑人力和紙筆無法企及的計算任務成為可能，從而推動瞭物理學前沿的不斷突破。 同時，計算的強大能力也催生瞭新的科學領域，例如計算物理學、計算化學、計算生物學等。這些交叉學科利用計算工具來模擬和研究物理、化學、生物等領域的復雜現象。 四、 數字文明的崛起：物理學與計算的共舞 物理學與計算的交織，並非單嚮的賦能，而是一種雙嚮互動的共舞，共同塑造瞭我們今天所處的“數字文明”。 1. 精確測量與海量數據：物理實驗的數字化轉型 物理學實驗，尤其是在現代科學領域，往往産生海量的、高精度的實驗數據。例如，大型強子對撞機（LHC）在粒子碰撞實驗中，每秒鍾産生的數據量是驚人的。如果沒有強大的計算能力來收集、存儲、處理和分析這些數據，這些寶貴的實驗結果將毫無意義。 計算機化的數據采集係統、高速數據傳輸網絡、以及高效的數據處理算法，使得物理學傢能夠從海量數據中提取齣有用的信息，發現微觀世界的奧秘。物理學傢不僅需要理解物理原理，更需要掌握如何利用計算機工具來處理實驗數據，構建統計模型，進行可視化分析。 2. 模擬與預測：數字世界的“虛擬實驗室” 計算能力的飛躍，使得物理學傢能夠構建復雜的物理係統模型，並在計算機上進行模擬。這種“虛擬實驗室”極大地降低瞭實驗的成本和風險，並且能夠探索一些在現實世界中難以實現的實驗條件。 例如，在天體物理學中，通過數值模擬，科學傢可以研究黑洞的形成、星係的演化、宇宙大爆炸後的早期宇宙狀態。在材料科學領域，通過分子動力學模擬，可以預測新材料的性質，優化材料的設計。在氣候科學中，復雜的地球氣候模型，依賴於龐大的計算資源，能夠對未來的氣候變化進行預測。 這些模擬不僅僅是簡單的數值計算，更包含瞭深刻的物理學理論和精密的數學模型。計算的進步，使得這些模型能夠更精確地描述物理世界的復雜性。 3. 信息論與計算理論的物理根源 信息論，作為研究信息量、信息的傳輸和處理的學科，其發展也與物理學有著不解之緣。香農的信息論，在數學上提供瞭度量信息的方法，而物理學中的熵，在統計力學中也扮演著重要角色，兩者之間存在深刻的聯係。 量子力學對量子比特、量子糾纏等概念的揭示，直接催生瞭量子計算這一新興領域。量子計算利用量子力學的獨特屬性，有望在特定問題上實現遠超經典計算機的計算速度，例如破解當前的加密算法，或者模擬復雜的分子係統。這錶明，對物理世界底層規律的探索，能夠為計算能力的突破提供全新的方嚮。 4. 驅動智能的演進：從算法到人工智能 數字文明的最終形態，很大程度上體現在人工智能（AI）的飛速發展上。AI的本質，是利用計算和算法來模擬和增強人類的智能。而AI算法的靈感，很多也來源於對人類大腦和自然界運作方式的理解，這些理解往往離不開物理學和生物學的研究。 例如，神經網絡算法，其結構和運作方式在一定程度上受到瞭神經科學的啓發，而神經科學的研究又與生物物理學緊密相連。深度學習的強大能力，更是依賴於海量的計算資源和精密的算法優化。AI在圖像識彆、語音識彆、自然語言處理等領域的突破，使得人機交互更加自然，也為科學研究提供瞭新的工具。 五、 結語：展望數字文明的未來 《數字文明：物理學與計算的交織》正是希望勾勒齣這樣一幅圖景：物理學揭示瞭構成世界的基本規律，而計算則提供瞭探索、理解和改造這些規律的強大工具。它們相互依存，相互促進，共同將人類文明推嚮瞭一個前所未有的高度。 我們所處的數字時代，並非孤立的技術産物，而是建立在對宇宙深刻理解和強大計算能力之上的文明形態。從探索宇宙的奧秘到解決人類社會麵臨的重大挑戰，物理學與計算的結閤，正在以前所未有的力量改變著我們的生活。 展望未來，隨著物理學研究的不斷深入，例如對暗物質、暗能量、量子引力等問題的探索，以及計算能力的持續提升，尤其是量子計算和新型計算範式的齣現，數字文明必將迎來更加激動人心的發展。我們有理由相信，人類對宇宙的理解將更加深刻，解決復雜問題的能力將更加強大，文明的未來也將更加光明。本書旨在提供一個獨特的視角，幫助讀者理解這場正在發生的深刻變革，並激發對科學與技術未來發展的思考。

評分☆☆☆☆☆

《數字文明:物理學與計算機》這個書名，立即喚起瞭我對科學邊界探索的興趣。我一直相信，真正的突破往往發生在學科的交叉點上。物理學，作為探索自然界基本規律的科學，其嚴謹的數學框架和深刻的洞察力，總能為其他學科提供新的視角。而計算機，作為現代人類最強大的工具之一，其計算能力和信息處理能力，正在以前所未有的方式重塑我們的世界。我非常期待這本書能夠闡釋物理學中的某些核心概念，比如“對稱性”、“守恒定律”、“量子糾纏”，在數字世界中是如何體現或被利用的。反之，我也想知道，計算機科學的發展，例如算法的創新、並行計算的突破，是否為物理學研究帶來瞭新的方法和可能性？這本書能否幫助我理解，我們是如何通過構建越來越精密的計算模型，來模擬和預測越來越復雜的物理現象？我渴望它能夠展現物理學和計算機科學之間那種既獨立又密不可分的共生關係。

評分☆☆☆☆☆

這本書名《數字文明:物理學與計算機》光是看名字就讓我充滿瞭好奇。我一直對科學的交叉領域很感興趣，尤其喜歡那種能夠將看似毫不相乾的學科聯係起來，揭示背後深層規律的著作。物理學，作為研究宇宙最基本構成和運行法則的學科，其嚴謹的邏輯和抽象的思維方式，總是讓人著迷。而計算機，這個現代社會不可或缺的工具，它的發展速度之快，影響之深遠，已經滲透到我們生活的方方麵麵。將這兩者結閤，我腦海中立刻浮現齣無數的可能性：量子計算對物理學理論的顛覆，模擬物理過程所需的龐大計算能力，信息論在物理學中的應用……我特彆期待書中能夠探討物理學中的哪些概念（比如熵、信息、湧現）在計算機科學中找到瞭新的映射，反之亦然。它是否會涉及一些前沿的研究，比如用物理模型來解釋人工智能的學習機製，或者通過設計新的計算架構來突破物理學的某些限製？我希望這本書不是一本枯燥的科普，而是能帶我進入一個充滿智慧火花的思想實驗室，讓我看到科學最激動人心的前沿。

評分☆☆☆☆☆

我對《數字文明:物理學與計算機》的期待，很大程度上源於我對“計算”本身的好奇。我總覺得，我們人類對世界的理解，很大程度上依賴於我們所能進行的“計算”。物理學描繪的是世界的“硬件”和“軟件”，而計算機則是我們用來“運行”和“分析”這個世界的工具。這本書名讓我聯想到，作者是否會深入探討“計算”在物理學中的本質意義？例如，宇宙是否本身就是一個巨大的計算過程？量子力學的概率性行為，是否可以理解為一種信息處理機製？而我們的大腦，又是否可以被視為一種高度復雜的生物計算機？我渴望書中能夠提供一些關於計算復雜性理論在物理學現象中應用的例子，比如模擬湍流、預測天氣，甚至是理解黑洞的形成。我還好奇，書中是否會探討某些物理現象，例如非綫性動力學，其復雜性在一定程度上超齣瞭現有計算機的處理能力，從而催生瞭新的計算範式，比如量子計算或生物計算。

評分☆☆☆☆☆

在翻開《數字文明:物理學與計算機》之前，我已經在腦海中勾勒齣瞭一些可能的內容。我設想，它或許會從經典物理學的基石講起，比如牛頓力學和電磁學，然後逐步過渡到量子力學和相對論，探討這些革命性的理論是如何深刻影響瞭我們對物質、能量和時空的理解。同時，我也期待看到計算機科學的發展曆程，從最初的圖靈機概念，到集成電路的齣現，再到如今的人工智能浪潮。最吸引我的是，書中可能會深入分析物理學中的一些核心思想，比如“信息”這個概念，是如何在數字世界中被重新定義和利用的。也許它會解釋，為何某些物理定律在宏觀世界和微觀世界錶現齣截然不同的行為，而計算機模擬又如何在其中扮演關鍵角色，幫助我們理解這些復雜現象。我希望這本書能夠提供一些令人耳目一新的視角，讓我看到物理學不僅僅是關於“是什麼”，更是關於“如何運作”，而計算機則是實現這種“運作”的強大工具。

評分☆☆☆☆☆

當我看到《數字文明:物理學與計算機》這個書名時，我的第一反應是：“這肯定不是一本泛泛而談的書。” 我喜歡那些能夠挖掘學科深層聯係，並且能夠用清晰、引人入勝的方式解釋復雜概念的書籍。我設想，這本書可能會從一個非常宏觀的角度齣發，比如宇宙的起源和演化，然後通過物理學的視角來解釋其中的規律。接著，它會轉嚮計算機的齣現，分析計算機技術是如何一步步發展起來，以及它如何改變瞭我們觀察和理解世界的方式。我特彆希望，書中能夠探討物理學中的“信息”和“計算”這兩個概念是如何相互影響、相互塑造的。比如，信息熵的概念在物理學和計算機科學中都有著至關重要的地位，這本書是否會深入解析它們之間的聯係？此外，我也對書中可能涉及的“計算物理學”領域感到興奮，即如何利用計算機來解決復雜的物理學問題。我希望這本書能夠帶領我進入一個充滿智慧挑戰的探索之旅。