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图书基本信息

The Early Universe
作者： Edward Kolb;
ISBN13： 9780201626742
类型： 平装(简装书)
语种： 英语（English）
出版日期： 1994-02-21
出版社： CRC Press
页数： 592
重量（克）： 861
尺寸： 23.1648 x 16.0782 x 2.8194 cm

商品简介

The Early Universe has become the standard reference on forefront topics in cosmology, particularly to the early history of the Universe. Subjects covered include primordial nubleosynthesis, baryogenesis, phases transitions, inflation, dark matter, and galaxy formation, relics such as axions, neutrinos and monopoles, and speculations about the Universe at the Planck time. The book includes more than ninety figures as well as a five-page update discussing recent developments such as the COBE results.

宇宙的织锦：从古典力学到量子纠缠 本书探讨了人类理解宇宙起源与演化的宏大叙事，重点聚焦于经典物理学奠基阶段，以及二十世纪初量子革命对传统时空观的颠覆性影响。本书旨在为对基础物理学、宇宙学史以及科学哲学感兴趣的读者，提供一个深入且富有洞察力的导览。 第一部分：古典宇宙学的辉煌与局限 第一章：牛顿的宇宙：机械论的基石 本章追溯了艾萨克·牛顿爵士的革命性工作，如何构建了第一个统一的、数学化的宇宙模型。我们将详细分析《自然哲学的数学原理》中所阐述的万有引力定律，及其如何解释了行星的轨道运动，巩固了“日心说”的地位。重点探讨了牛顿的绝对时空观——时间和空间作为独立、不依赖于物质存在的背景，构成了宇宙运行的刚性框架。 我们深入剖析了拉普拉斯的决定论思想，即“拉普拉斯妖”的设想：如果已知宇宙中所有粒子的精确位置和动量，未来的一切都将是完全可预测的。这一观点在当时的科学界占据了主导地位，描绘了一幅精确、可计算的机械宇宙图景。本章还会讨论这种古典世界观在解释某些现象（如水星近日点的进动）时所暴露出的细微裂痕，这些裂痕最终预示着更深层次物理学的需求。 第二章：能量的肖像：热力学与不可逆性 古典物理学的另一支柱是热力学。本章探讨了能量守恒定律（热力学第一定律）的确立，以及熵（热力学第二定律）概念的引入。与牛顿力学中时间反演对称性的不同，熵的增加揭示了宇宙中不可逆转的过程——时间之箭。 我们将分析卡诺循环和克劳修斯的贡献，解释热能如何在不同系统间传递和转化。熵的概念，即系统混乱程度的度量，不仅是工程学的核心，更是哲学上探讨宇宙终极命运的关键。麦克斯韦的妖思想实验，试图挑战第二定律的绝对性，但最终被证明需要纳入信息论的视角，为后续的物理学发展埋下了伏笔。本章强调了热力学如何将“时间的方向性”引入到看似永恒的物理定律中。 第三章：电磁的交响：麦克斯韦的统一场论 本部分的核心在于詹姆斯·克拉克·麦克斯韦如何将电学、磁学和光学统一于四个优美的偏微分方程组之下。我们详细解析了麦克斯韦方程组的物理意义，特别是“位移电流”这一假设的革命性作用，它预示了电磁波的存在。 电磁波的传播速度被精确计算出来，并与光速不谋而合，这一发现深刻地暗示了光本身就是一种电磁现象。然而，麦克斯韦的理论建立在对“以太”的假定之上——一种假设充斥着整个空间的介质，用于承载电磁波的传播。本章将探讨以太理论在十九世纪末面临的理论困境，以及实验物理学家们试图捕捉这种“绝对运动”的尝试。 第二部分：对古典时空的挑战 第四章：以太的幻灭：迈克尔逊-莫雷实验的深远影响 本章聚焦于1887年阿尔伯特·迈克尔逊和爱德华·莫雷进行的里程碑式的干涉实验。实验的“零结果”——即无法探测到地球相对于假想以太的运动速度——是对牛顿绝对时空观和以太理论的决定性打击。 我们详细分析了实验的原理、设计和结果的解释。这个看似简单的实验，其负面结果却引发了物理学界长达二十年的深刻危机。理论家们被迫正视一个令人不安的可能性：也许光速才是绝对的，而时间与空间必须为之屈服。本章为狭义相对论的诞生铺平了道路，标志着人类对“同步性”和“同时性”理解的根本转变。 第五章：相对论的黎明：时空的新几何学 本章深入探讨了阿尔伯特·爱因斯坦在1905年提出的狭义相对论。我们将从两个基本公设出发——光速不变原理和相对性原理——推导出洛伦兹变换。这些变换彻底颠覆了伽利略变换，引入了时间膨胀（Time Dilation）和长度收缩（Length Contraction）等反直觉的效应。 重点讨论了质量与能量的等价性（$E=mc^2$）及其在核物理学中的预示作用。本章阐述了狭义相对论如何将空间和时间编织成一个统一的四维“闵可夫斯基时空”，其中事件的顺序和间隔不再是绝对的，而是依赖于观察者的参考系。我们还将简要回顾狭义相对论在解释高速运动粒子实验中的成功应用。 第六章：引力的重塑：广义相对论的几何化 如果说狭义相对论处理的是匀速运动，那么广义相对论（1915年）则处理了加速运动，尤其是引力。本章的核心是“等效原理”——局部地，引力效应与加速运动的效应无法区分。 我们将分析爱因斯坦如何发展出黎曼几何的数学工具，将引力描述为时空曲率的体现。物质和能量告诉时空如何弯曲，时空告诉物质如何运动。本章将详细解读爱因斯坦场方程的结构，尽管其解析解极其复杂，但我们聚焦于其主要的物理含义：引力不作为一种“力”，而是时空几何的内在属性。我们讨论了广义相对论在解释水星近日点异常、引力红移以及光线在强引力场中弯曲等现象上的卓越成功，这些都为古典万有引力理论画上了句号。 第三部分：微观世界的革命与不确定性 第七章：黑体的秘密：普朗克的量子假设 本章转入微观尺度，探讨了十九世纪末古典物理学在解释黑体辐射谱（能量密度随频率分布）时所遇到的“紫外灾难”。本章重点介绍马克斯·普朗克在1900年提出的突破性假设：能量的交换不是连续的，而是以最小的、离散的能量包（量子）进行的。 我们分析了普朗克关于能量量子化公式 $E=h u$ 的革命性意义，其中 $h$ 是普朗克常数。尽管普朗克本人最初倾向于认为这只是一个数学技巧，但这一假设不可避免地开启了量子力学的大门，宣告了能量连续谱的终结。 第八章：光子的诞生与波粒二象性 爱因斯坦在1905年利用普朗克的量子概念成功解释了光电效应，并明确提出了“光量子”（后称光子）的概念。本章详细分析了光电效应的实验现象，并阐明了为什么经典波动理论无法解释电子发射的阈值频率问题。 随后，本章将引入路易·德布罗意在1924年提出的物质波假说，即所有具有动量的粒子都具有波动性。我们探讨了电子衍射实验如何证实了德布罗意的预言，从而确立了波粒二象性——这是量子世界的核心特征。本章强调了这一二象性如何彻底打破了经典物理中对物质的清晰划分。 第九章：概率的统治：海森堡的不确定性原理 量子力学的核心基石之一是海森堡于1927年提出的不确定性原理。本章深入解析了 $Delta x Delta p geq hbar/2$ 这一不等式的物理含义。它并非指测量技术的缺陷，而是宇宙内在的、根本的限制：我们无法同时精确地知道一个粒子的位置和动量。 我们将探讨这一原理在解释原子稳定性中的关键作用，并讨论其对决定论思想的致命一击。量子力学引入了概率的概念来描述物理实在，这使得预测单个事件的发生变得不可能，只能预测大量重复实验的统计结果。我们还将简要提及薛定谔波动方程及其对粒子行为的概率诠释，标志着物理学从精确确定性迈向了内在的随机性。 本书总结：从确定性到概率，从以太到曲率 本书的最后一部分回顾了物理学在不到三十年间所经历的剧变。古典物理学（牛顿、麦克斯韦、热力学）构建了一个确定、连续、绝对的时空框架，而相对论和量子力学则在两个极端——宏观引力与微观粒子——彻底瓦解了这个框架。时空变得动态且相对，能量和物质的本质变得离散且具有内在的不确定性。这些革命性思想共同塑造了现代物理学的图景，为后续对宇宙最深层奥秘的探索奠定了坚实但充满挑战的基础。本书展示了科学探索的本质：旧有范式的崩溃往往是新理解诞生的前奏。