研究生系列教材：物理学前沿问题 [Frontier Topics in Physics] pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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王顺金 著

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• 物理学
• 研究生教材
• 前沿问题
• 理论物理
• 凝聚态物理
• 粒子物理
• 量子信息
• 光学物理
• 材料物理
• 交叉学科

出版社： 四川大学出版社

ISBN：9787561430095

版次：1

商品编码：10568852

包装：平装

外文名称：Frontier Topics in Physics

开本：16开

出版时间：2005-01-01

用纸：胶版纸

页数：152

正文语种：中文

内容简介

《物理学前沿问题》简要介绍物理学各个主要分支的研究现状、前沿问题和发展趋势，包括物理学与高科技，凝聚态物理学与介观物理学，原子、分子物理学与光学，原子核物理学，基本粒子物理学与量子场论，广义相对论、天体物理学与宇宙学。对凝聚态物理学和原子、分子物理学与光学，强调了其新发现和新进展与21世纪高科技的密切关系；对原子核物理学、基本粒子物理学、广义相对论、天体物理学与宇宙论，则探讨了21世纪物理学基本理论可能面临的重大变革。此外，还简要地介绍了物理学与信息论和计算机科学，物理学与生物学的交叉，包括量子信息、量子通讯与量子计算，生物物理学。最后，介绍了物理学的研究方法，物理学、数学与哲学的相互关系，以及中国物理学的发展前景。《物理学前沿问题》对所讨论的问题提供了实用的数据与资料，其中包含了作者本人对物理学基本问题的观点和研究心得，以及对物理学发展前景的看法。
作者著述《物理学前沿问题》的目的是：1、开阔本科高年级学生和研究生的物理学视野，使他们对物理学的各个前沿问题有一些初步的了解，以便于今后选择适合的研究或作领域；2、给学生今后的学习与研究提供一个向导；3、激发学生对物理学，特别是对基础物理学和理论物理学的热情，鼓励他们从事物理学教学与研究工作，为发展中国和世界的物理学做出项献。
《物理学前沿问题》适合物理学各专业的研究生、本科高年级学生和研究人员阅读，也可供相邻学科的学生和研究人员参考。

作者简介

王顺金，男，四川大学教授，博士生导师，中国高能物理学会理事，《高能物理与核物理》、《原子核物理评论》编委。曾任美国加州大学伯克利分校顾问，橡树岭国家实验室、德国重离子研究所、马克斯一普朗克核物理研究所等机构客座教授。专著三部，论文200余篇（SCI100余篇）。创立了原子核多体关联动力学、物理系统的代数动力学和代数动力学算法。获全国科学大会重大成果奖两次、国家自然科学三等奖两次、国家教委普通高校优委教材一等奖一次，教育部科技进步一等奖一次，二等奖三次、国防科委战略武器与尖端科技成果奖一次。被评为“国家有突出贡献的中青年专家”，“四川省学术带头人”。

目录

第1章 物理学与高科技
1.1 21世纪的高科与知识经济
1.2 21世纪的高科技与物理学
1.3 21世纪物理学的前景与可能面临的变革
1.4 大学本科物理学和数学的知识结构

第2章 凝聚态物理学与介观物理学
2.1 凝聚态物理学的现状
2.2 新有序相
2.3 低维系统与小系统：介观物理、协和簇物理与纳米科技
2.4 等离子体物理学与核聚变
2.5 人造系统：超晶格、准晶格与人造原子
2.6 极端条件下的凝聚态物理学
2.7 复杂性与自组织

第3章 原子、分子物理学与光学
3.1 引言
3.2 原子结构与原子动力学
3.3 高精度测量与基本定律的检验
3.4 分子结构与分子动力学
3.5 介质环境中的原子和分子
3.6 原子的控制与操纵—分子剪切与原子组装
3.7 光学
附录

第4章 原子核物理学
4.1 引言
4.2 低能原子核物理学：结构与反应、裂变与衰变问题
4.3 放射性核与超重核
4.4 中高能原子核物理学
4.5 天体核物理学—宇宙元素的合成及其丰度

第5章 基本粒子物理学与量子场论
5.1 基本粒子物理学的现状与成就
5.2 基本粒子标准模型的基本问题
5.3 引力的统一与超弦
5.4 粒子物理学与核物理学的交叉
5.5 粒子物理学与天体物理学和宇宙学的关联

第6章 广义相对论、天体物理学与宇宙学
6.1 宇宙的层次结构
6.2 黑洞与类星体
6.3 广义相对论与（经典）宇宙学模型
6.4 大爆炸（量子）宇宙学
6.5 宇宙的加速膨胀与暗物质、暗能量
6.6 宇宙学问题与粒子物理学问题的关联

第7章 量子信息、量子通讯与量子计算
7.1 量子力学简介
……

第8章 生物物理学
第9章 21世纪的物理学
第10章 物理学前沿问题讨论
参考书目

前言/序言

现代物理学与跨学科探索的广阔图景：一部聚焦未来趋势与挑战的权威读本 导言：理解我们所处宇宙的深层脉络 在二十一世纪的科学前沿，物理学的边界正以前所未有的速度向更深层次的微观世界和更宏大的宇宙尺度延展。本著作旨在为高年级本科生、研究生以及致力于跨学科研究的科研人员提供一个全面、深刻且富有启发性的视角，用以审视当前物理学领域最活跃、最具颠覆性的研究方向和未解之谜。本书并非对传统基础物理知识的简单复述，而是专注于那些正在重新定义我们对物质、能量、时空乃至信息本质理解的“前沿问题”。 本书的结构设计旨在构建一个从基础理论到尖端实验、再到新兴技术应用的知识网络。我们相信，真正的物理学突破往往发生在传统学科的交叉点，因此，本书力求打破学科壁垒，展现物理学如何与其他核心科学领域——如计算机科学、材料学、生物学乃至哲学——深度融合，共同绘制未来科学蓝图。 --- 第一部分：量子世界的深层结构与信息之谜 本部分深入探索了量子力学在极限条件下的行为，并关注量子理论如何与信息科学的最新发展相结合，揭示了宇宙最基本层面的运作机制。 第一章：量子引力与时空的基础结构 当我们试图将广义相对论与量子力学统一起来时，我们面临的挑战不仅是数学上的不相容，更是对“实在”概念的根本性重塑。本章详细探讨了当前主流的量子引力候选理论： 弦理论/M理论的最新进展： 重点分析了对偶性（Duality）的最新应用，例如AdS/CFT对应原理如何作为一种非微扰工具来研究强耦合的场论系统。我们还将讨论对我们理解黑洞信息悖论、虫洞动力学以及宇宙学早期阶段的深远影响。 圈量子引力（LQG）的动力学演化： 阐述了LQG如何通过离散化时空结构（自旋网络与自旋泡沫）来规避早期奇点问题，并探讨了其在早期宇宙学（如“大反弹”模型）中的具体预测和观测挑战。 非交换几何与背景独立性： 探讨了超越经典几何框架，试图在基础层面描述时空结构的新数学工具及其在量子场论中的应用潜力。 第二章：量子信息、计算与纠错的极限 量子计算已不再是纯粹的理论构想，而是正在成为解决经典计算无法企及问题的关键技术。本章着重探讨了量子信息理论的物理学基础： 拓扑量子计算的物理实现： 深入分析了如何利用准粒子（如任意子）的非阿贝尔统计特性来构建对局域扰动具有内在鲁棒性的量子比特。这包括对马约拉纳费米子阵列的深入探讨。 量子纠错码的阈值与实际应用： 评估了表面码（Surface Codes）等主要纠错方案的物理资源需求、性能阈值，以及在有限噪声环境下的实际工程挑战。 量子引力的信息论视角： 探讨了黑洞热力学、ER=EPR猜想以及全息原理如何从信息角度为量子引力和量子纠缠之间的深刻联系提供了统一的理论框架。 --- 第二部分：物质世界的奇异相与极端物理 本部分将视角转向物质在极端条件下的行为，涵盖了凝聚态物理学中最具活力的新兴领域以及高能物理实验的最新发现。 第三章：拓扑物质态的能带工程与新奇电子行为 拓扑性质的发现彻底改变了我们对电子能带结构的理解，超越了传统的对称性分类。 高阶拓扑绝缘体与晶体学拓扑： 探讨了超越传统拓扑绝缘体的分类，引入了晶体对称性保护的拓扑指数，并研究了高阶拓扑材料中端点或边缘上的零维或一维激发态。 魔角石墨烯（Twisted Bilayer Graphene, TBG）的关联电子物理： 详细分析了在特定扭转角下，范德华异质结构中出现的超导、平带（Flat Bands）以及Mott绝缘体等强关联电子现象，以及其作为研究强关联物理的“可编程”平台。 非厄米物理与开放系统： 引入了非厄米哈密顿量，研究了当系统与环境存在非互易耦合时，能谱的拓扑性质（如平移边界条件下的非互易性）以及在光子学和声学系统中的应用。 第四章：高能物理的未来：超越标准模型（BSM）的探索 虽然标准模型取得了巨大成功，但暗物质、暗能量和中微子的质量等现象明确指出存在未知的物理学。 暗物质的直接与间接探测： 评估了LHC、地下探测器（如XENONnT/LZ）以及空间实验（如AMS-02）在寻找WIMPs、轴子等候选粒子方面的最新限制和新策略。重点讨论了“光子-暗光子”相互作用的探测前景。 中微子质量的起源与CP破坏： 综述了DBD（双贝塔衰变）实验在验证马约拉纳性（中微子是否是其自身的反粒子）方面的进展，以及对中微子三代振荡参数的精确测量如何影响CP破坏的理解。 强子物理的新发现： 讨论了LHCb和BESIII等实验中发现的“奇异夸克态”（如五夸克态、四夸克态），并探讨了它们对夸克模型和量子色动力学（QCD）的修正意义。 --- 第三部分：宇宙尺度的前沿：宇宙学与极端天体物理 本部分将研究范围拓展到宇宙的宏大尺度，关注于宇宙的起源、演化以及极端天体物理现象的观测与理论解释。 第五章：引力波天文学的深化与新源的捕获 引力波的发现开启了天体物理学的“新窗口”，当前的重点在于提高灵敏度和探测更广泛的频率范围。 中等质量黑洞（IMBH）与双中子星并合的后续： 分析了LIGO/Virgo/KAGRA合作组织如何通过提高对早期宇宙的探测能力，来约束黑洞形成模型和超新星爆发机制。重点关注GW170817之后对重元素（如金和铂）形成过程的理解。 空间引力波探测（LISA任务）： 详细介绍了LISA任务的科学目标，特别是其对超大质量黑洞合并、极端质量比旋进（EMRI）的探测潜力，以及这些观测如何揭示星系演化的关键过程。 脉冲星计时阵列（PTA）对低频引力波背景的探测： 探讨了如何利用毫秒脉冲星作为宇宙尺度的时钟，来寻找早期宇宙或超大质量黑洞合并产生的随机背景引力波信号。 第六章：早期宇宙的理论挑战与观测窗口 对宇宙大爆炸后瞬间的重构仍然是物理学最大的挑战之一。 宇宙暴胀的精确检验： 讨论了普朗克卫星数据对暴胀势能模型的限制，并重点分析了原初引力波张量模（Tensor Modes）的探测前景，这是检验暴胀物理的“圣杯”。 物质-反物质不对称性的机制： 从萨哈罗夫三条件出发，探讨了超越标准模型的潜在CP破坏机制，例如重中微子介导的重子发生（Leptogenesis）或电弱标度下的巴里子生成。 早期宇宙的非热过程： 考察了暗物质的冻结或相变过程，以及它们如何影响宇宙微波背景（CMB）的极化图样，提供对非标准宇宙演化路径的线索。 --- 结语：物理学的未来与伦理责任 本书最后展望了物理学在未来几十年可能实现的关键突破，并强调了基础科学研究与社会责任之间的关系。我们探讨了理论物理学家如何利用AI和高性能计算来处理复杂的多体模拟和数据分析，预示着实验数据与理论建模的深度融合将是下一代物理学家的核心技能。理解这些前沿问题，是为下一代科学革命做好准备的基石。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，我一直对宇宙的起源和演化充满着近乎哲学层面的好奇，而《物理学前沿问题》中关于宇宙学的部分，则将这种好奇心推向了物理学的最前沿。书中对早期宇宙膨胀模型、大尺度结构形成以及宇宙微波背景辐射的最新观测和解释，都给我留下了深刻的印象。作者在处理这些庞大而抽象的概念时，并没有让它们变得生硬难懂，而是通过精妙的图示和数据分析，将复杂的宇宙图景一层层地展现在我面前。我尤其关注书中关于量子涨落如何在大爆炸初期形成结构的讨论，这让我看到了微观量子世界的规律如何深刻地影响着宏观宇宙的形成。此外，书中还涉及了对一些新的观测技术的介绍，比如下一代引力波探测器和宇宙望远镜的设想，这让我看到了未来我们能够通过哪些手段去进一步揭示宇宙的奥秘。总而言之，这本书让我不仅对当前宇宙学研究有了更清晰的认识，更让我看到了人类在探索宇宙奥秘这条道路上永不止步的决心和智慧。

评分☆☆☆☆☆

我一直认为，一部好的教材，应该能够激发读者的好奇心，并引导他们独立思考。从这个角度来看，《物理学前沿问题》无疑是一部杰作。它并没有简单地将前沿问题呈现为一个已知的结论，而是展现了科学家们是如何一步步探索、如何克服困难、如何提出假设、又如何进行验证的过程。我特别喜欢书中那些关于“未解之谜”的讨论，作者并没有急于给出答案，而是引导读者去思考，去想象，去尝试构建自己的解释。这种引导性的叙述方式，让我感觉自己并非被动地接受知识，而是在积极地参与到科学的探索过程中。书中对于历史案例的引用，也起到了画龙点睛的作用，让我看到，那些曾经被认为是“前沿”的理论，如今已经成为我们理解世界的基石。这种历史的纵深感，让我更加珍惜当下的研究成果，也更加期待未来的突破。这本书，让我看到了科学精神最生动的体现，也让我对物理学这门学科，有了更深层次的热爱。

评分☆☆☆☆☆

这本《物理学前沿问题》的出现，对我的学术研究而言，无疑是一场及时雨。我目前的研究方向恰好涉及其中某个前沿领域，而书中对该领域最新进展的梳理，其深度和广度都令我惊喜。我尤其赞赏作者在整合不同研究团队观点方面的能力，很多时候，前沿研究的文献分散而零散，难以形成一个完整的图景，而这本书则将它们巧妙地串联起来，勾勒出了一个清晰的研究地图。书中对于某些尚无定论的争议性问题，并没有采取回避的态度，而是详细阐述了各方的观点，并对各自的优劣势进行了客观的分析，这对于我理解不同学术流派的争鸣非常有帮助。我在阅读过程中，发现书中一些关于理论预测与实验验证之间关系的讨论，让我受益匪浅。它提醒我，理论的创新固然重要，但最终的检验还是要回归到实验上来。这种实事求是的科学态度，贯穿了整本书，让我深感敬佩。尽管有些内容对我而言已经是熟悉的领域，但作者独特的视角和精辟的论述，依然为我提供了新的启发和思考。

评分☆☆☆☆☆

终于翻开这本《物理学前沿问题》，书名就带着一种探索未知的召唤感，让我在阅读之前就充满了期待。作为一名对物理学充满好奇的研究生，我一直渴望能够深入了解那些最前沿、最具挑战性的研究方向，而这本书恰好满足了我这个需求。我尤其关注的是书中那些关于量子引力理论和宇宙学最新进展的部分，一直觉得这两个领域是理解宇宙终极奥秘的关键。阅读过程中，我发现作者在梳理这些复杂概念时，并非一味堆砌公式和理论，而是试图通过清晰的逻辑和生动的类比，让初学者也能逐渐领悟其中的精髓。例如，在讲解弦理论时，书中提到了一种将高维空间“折叠”起来的直观模型，这让我之前晦涩难懂的想象立刻变得鲜活起来。更让我欣喜的是，书中还穿插了对一些 seminal 论文的解读，这不仅让我了解了这些理论的起源和发展脉络，也让我看到了那些奠基性工作是如何一步步将我们带到今天这个前沿的。虽然我还没有完全消化其中的每一个细节，但仅凭这开篇的几章，我就能感受到作者深厚的学术功底和高超的教学艺术，相信它定能成为我研究生学习生涯中宝贵的智力财富，引导我在这片广阔的物理学海洋中扬帆远航。

评分☆☆☆☆☆

老实说，在拿到《物理学前沿问题》之前，我对于“前沿问题”这个概念，更多的是一种模糊的印象，认为它们往往是普通人难以触及的象牙塔里的讨论。但这本书，彻底颠覆了我的认知。它以一种极其详实却又不失可读性的方式，将那些曾经遥不可及的物理学难题，一一展现在我面前。我印象最深刻的是关于暗物质和暗能量的章节，作者并没有简单地罗列现有模型，而是深入剖析了各种观测证据和理论推导的逻辑链条，让我清晰地看到了科学家们是如何一步步逼近真相的。书中对于不同实验设计的细致描述，以及对实验结果解读的审慎分析，让我深刻体会到科学研究的严谨性。我尤其喜欢作者在探讨新粒子探测技术时，那种对技术细节的深入挖掘，这让我明白，每一次理论的突破，都离不开背后精妙绝伦的工程技术支持。虽然有些章节的数学推导我还需要反复揣摩，但整体而言，本书提供的视角是极其独特的，它让我看到了物理学不仅仅是抽象的公式，更是人类探索未知、挑战极限的伟大征程。这本书，让我对未来科学的发展充满了敬畏和期待。