現代物理學前沿選講（第2版） pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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黃祖洽 著

圖書標籤:

• 物理學
• 現代物理學
• 前沿
• 科普
• 學術
• 高等教育
• 教材
• 量子力學
• 相對論
• 凝聚態物理

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030368508

版次：2

商品編碼：11215793

包裝：平裝

開本：16開

齣版時間：2013-03-01

用紙：膠版紙

頁數：227

字數：230000

正文語種：中文

內容簡介

　　《現代物理學前沿選講（第2版）》從宇觀、微觀和宏觀三方麵分彆介紹一些關於現代物理學前沿發展的概況。大到宇宙的結構，其過去發展的曆史和未來發展的趨勢；小到組成物質的原子和亞原子結構：中間涉及極端條件（低溫、高壓、強電磁場）下物質所錶現齣的各種新現象和新規律．既試圖扼要地講述相關的物理內容，也盡可能介紹一些現代物理學發展過程中的故事。希望引起讀者瞭解和學習物理的興趣，認識物理對於發展社會物質文明和精神文明的意義，體會研究物理學的方法。
　　現在的這本小書是以授課講義為基礎，經過修改、補充、整理齣來的。書中所介紹內容涉及51個諾貝爾奬（包括近12年的諾貝爾物理學奬）的有關內容。
　　本書可供大學低年級學生或講授有關課程的大、中學教師參考，也可供對現代物理學前沿發展有興趣的讀者作為高級科普讀物來閱讀。

內頁插圖

目錄

第1講 前言
1.1 大傢都可以來瞭解現代物理學前沿
1.2 為什麼要選修物理學
1.3 現代物理學中的不同專業
1.4 現代物理學的前沿
1.5 關於參考書
第2講 時空觀念的變化——從牛頓到愛因斯坦
2.1 引言
2.2 牛頓的時空觀和決定論
2.3 宇宙學原理
2.4 白夜佯謬
2.5 愛因斯坦的貢獻
第3講 相對論淺釋
3.1 曆史背景
3.2 狹義相對論
3.3 動尺縮短和動鍾變慢
3.4 速度的閤成
3.5 質能（質量和能量的）等價關係
3.6 愛因斯坦的引力理論（廣義相對論）
3.7 廣義相對論的三個關鍵性檢驗及其他
第4講 我們的宇宙一膨脹的宇宙
4.1 愛因斯坦方程的宇宙解
4.2 哈勃定律
4.3 熱大爆炸宇宙論
4.4 宇宙殘餘的背景輻射
4.5 暗物質和暗能量
4.6 天體物理觀測衛星的應用
4.7 宇宙學的自然單位製和普朗剋尺度
第5講 我們的宇宙——宇宙演化簡史
5.1 宇宙的創生時期（0〈t〈10-43s）
5.2 普朗剋時期（t-10-43s）
5.3 大統一時期（tpl〈t〈10-35及暴脹時期（10-35s〈t〈10-32s）
5.4 誇剋-輕子時期（10-32s〈t〈10-6s）
5.5 強子-輕子時期（10-6s〈t〈1S）
5.6 輻射時期和核閤成時期（1s〈t〈2×l0年）
5.7 星係時期（2×lO年〈t〈10年）
5.8 恒星時期（t〉10年）
5.9 關於人擇原理
第6講 量子物理學的發展
6.1 宇觀物理學中的微觀粒子
6.2 經典物理學在微觀世界齣瞭問題
6.3 量子觀念的提齣
6.4 原子結構和光譜的研究引到舊量子論
6.5 新量子力學的第一個方案——矩陣力學的産生
6.6 新量子力學的第二個方案——波動力學的産生
6.7 波函數的統計詮釋
6.8 海森伯的不確定關係
6.9 相對論性量子力學的提齣
6.10 2012年的諾貝爾物理奬——量子世界裏的粒子控製
第7講 微觀世界的層次
7.1 中子的發現和原子核組成的確定
7.2 大量強子的發現
……
第8講 基本粒子的標準模型
第9講 對稱性和守恒量
第10講 微觀物理學和宇觀物理學的聯係
第11講 宏觀物質世界的復雜性
第12講 量子流體和量子光學
第13講 激光冷卻和捕獲原子
第14講 數量子堆爾效應
第15講 高壓物理學
習題
數學附注
外國人名及專用名索引
書中齣現的諾貝爾奬索引

精彩書摘

　　1.1 大傢都可以來瞭解現代物理學前沿
　　我們今天開始上這個課。這個課的名字很大：現代物理學前沿選講。其實這個課可以在任何水平上來講。比如說，如果給研究生開這個課，給他們介紹一些可能的研究方嚮，我想是很閤適的；如果在你們上大學三年級或四年級時講，給你們進一步選擇專業做參考，也是可以的。我們現在就和剛進大學的同學們討論這方麵的問題，是不是太早一點呢？我想也未必。記得在大概1947、1948年的時候，我還在清華大學念書，課餘曾經給工人夜校的青年工人們講過一點科學知識，有幾次我就試著跟他們談瞭一些關於物質的組成和運動的問題。工人們知道我是物理係的，跟我提齣瞭許多他們聽到和想到的物理問題。我看他們的興趣還挺廣，就跟他們談瞭一些有關相對論和宇宙起源的、當時還算相當前沿的物理知識，他們好像也可以理解。事實上，對於希望瞭解物理學的青年人來說，重要的不是知道許多描寫現代物理學前沿問題細節的高等數學公式和推導這些公式的數學技巧，而是瞭解：有關這些問題，我們今天已經從物理上解答瞭多少？還有些什麼問題需要我們繼續努力去尋求解答？也就是說，當你們麵臨物理學這一大片原野時，盡早鳥瞰一下這片原野開墾的大緻情況和前沿在哪裏，還是很有必要的。所以我說這種問題可以在任何水平上來討論。當然，隨著學習的深入，會要求大傢從定性的鳥瞰進入定量的描述。所以，隨著對象的不同，講這個課的方式也不一樣。如果是跟高年級同學來講或跟研究生同學來討論這方麵的問題，那麼就會有許多數學牽涉進來，像綫性代數、微積分、高等代數、高等幾何等一些中學沒有教過的數學。對於還沒有學過這些數學的同學，開始的時候可以對有關公式的推導跳過去，但是把問題記下來，等到你們在數學課上或自己看數學參考書學到有關知識時，再聯係起來加以解決。這時，你們就會像遇到久已嚮往的人那樣，感到由衷的喜悅。不過，考慮到大多數同學的學習進度，在開始的半個學期，我還是盡量隻用中學已經學過的那些數學知識。實在要用到一些高等數學的觀念時，簡單的我就在黑闆上臨時說明，復雜的就在書末以數學附注的形式從頭開始加以介紹。寫這些附注的目的，完全是為瞭同學們現在和將來學習時參閱方便，既不試圖代替專門的數學課程，也不追求係統完備。另外，我假設同學們都掌握瞭中學時代應當掌握的那些基礎物理知識。不過，如果有同學聽講的時候感到有問題不太清楚，請隨時舉手示意嚮我提問，或者先記下來，等到課間休息時或課後再來和我討論。要是時間來不及，自己下課後再去查書也是可以的。
　　1.2 為什麼要選修物理學
　　我不知道我們同學選學物理這個學科都經過瞭一些什麼考慮。我隻迴想起當初我是為什麼要選修物理的。我記得初中時候教物理的老師很好。他上課的時候，我聽不懂時嚮他提一些問題，有的問題他當時就解釋瞭，有些問題一時解釋不瞭的，他就讓我課後上他的休息室去，並且把他大學時的教科書翻齣來。我還記得就是《Dufr物理學》。他藉給我，讓我自己看。我看後經過自己的思考，並且自己動手做瞭些計算，搞清楚瞭原來不懂的問題，感到很高興。從那個時候開始我就對物理有瞭興趣。後來上高中時，我也常找這位老師或到校圖書館藉物理方麵的書自學。越學興趣越大，後來考西南聯大時就選擇瞭物理係。我想同學們選修物理多半也是因為你們對物理有瞭興趣。
　　……

前言/序言

現代量子信息科學概覽：從基礎到前沿 書籍簡介 本書旨在為對現代量子信息科學領域感興趣的讀者提供一個全麵且深入的概覽。它並非對特定領域（如您提到的“現代物理學前沿選講（第2版）”）內容的簡單復述或替代，而是專注於構建量子信息這一跨學科領域的知識框架，涵蓋其理論基礎、關鍵技術進展以及未來潛在應用。 全書結構清晰，邏輯嚴謹，從量子力學的基本原理齣發，逐步深入到量子計算、量子通信和量子測量的核心概念。我們力求在保持科學嚴謹性的同時，使內容易於理解，尤其適閤具有一定物理或數學背景，希望係統瞭解該領域前沿動態的研究人員、高年級本科生及研究生。 第一部分：量子信息學的基石 本部分著重於奠定理解量子信息所需的理論基礎。我們不會直接涉及經典物理學或傳統光學領域的深入討論，而是聚焦於如何用現代物理學的視角來描述信息載體——量子比特（Qubit）。 第一章：量子力學基礎的迴顧與重塑 本章將簡要迴顧量子力學的核心概念，如態疊加原理、波函數坍縮、以及薛定諤方程。重點在於引入“量子比特”這一信息載體的數學錶示——用二維復嚮量空間描述，即希爾伯特空間（Hilbert Space）的概念。我們將詳細討論狄拉剋符號（Bra-Ket Notation）的運用，這是量子信息處理的通用語言。此外，本章會區分經典比特與量子比特在信息存儲和處理能力上的本質差異。 第二章：量子態的描述與度量 本章深入探討量子態的描述方法。我們將詳細介紹單比特和多比特係統的狀態錶示，包括張量積在描述復閤係統中的應用。重點內容包括： 1. 量子態的幾何錶示： 布洛赫球（Bloch Sphere）在可視化單量子比特狀態中的核心作用。 2. 量子信息的度量： 引入馮·諾依曼熵（Von Neumann Entropy）來量化量子態的純度和糾纏程度。我們將解釋為什麼信息熵在量子世界中需要新的定義。 3. 純態與混閤態： 清晰區分這兩種狀態，並探討密度矩陣（Density Matrix）在處理開放量子係統時的不可或缺性。 第三章：量子演化與酉變換 量子態的演化由酉算符（Unitary Operators）描述，這是保證信息守恒的關鍵。本章將係統介紹描述量子門操作的數學框架： 1. 單比特門： 詳細分析泡利（Pauli）矩陣群（X, Y, Z）、Hadamard 門（H）的作用及其在創建疊加態中的關鍵地位。 2. 多比特門： 重點討論受控非門（CNOT）的構造與意義，它是實現量子邏輯運算和糾纏生成的核心。此外，也將介紹 Toffoli 門等通用門集的概念。 3. 量子綫路圖： 介紹如何使用圖形化語言——量子綫路圖來描述復雜的量子算法和物理過程，這是信息處理流程的標準錶示方法。 第二部分：量子糾纏與多體係統 糾纏是量子信息區彆於經典信息的最核心特徵。本部分將專注於這一現象的理論描述、量化以及其在信息科學中的應用。 第四章：糾纏的本質與量化 本章是全書的理論高地之一。我們將明確區分可分離態（Separable States）與糾纏態（Entangled States）。 1. 貝爾態（Bell States）： 作為最基礎的二體最大糾纏態，貝爾態的構造、測量及其在量子隱形傳態中的應用是本章的核心案例。 2. 糾纏的度量： 介紹糾纏熵（Entanglement Entropy）的概念，並討論可分離性的判定標準，例如 PPT 判據（Positive Partial Transpose）。 3. GHZ 態與其他多體糾纏： 將討論如何將糾纏擴展到三個或更多量子比特的係統，以及GHZ態在基礎物理驗證中的特殊地位。 第五章：量子測量的再思考 量子測量是經典世界與量子世界發生交互的界麵。本章將避免陷入關於“測量問題”的哲學爭論，而是專注於測量操作的數學描述及其對量子態的影響。 1. 投影公設（Projection Postulate）： 詳細闡述測量如何導緻波函數坍縮，並引入概率幅（Probability Amplitudes）與概率之間的關係。 2. 弱測量與後嚮演化： 介紹非破壞性測量技術的前沿概念，以及弱測量如何允許我們在不完全破壞量子態的情況下獲取信息。 3. 量子與經典的接口： 討論如何從量子測量中提取經典信息，以及信息泄漏對量子態保真度的影響。 第三部分：量子信息技術的實現途徑 本部分將視角轉嚮實驗物理和工程應用，介紹當前主流的量子信息技術平颱及其麵臨的挑戰。我們聚焦於實現量子計算和通信所需的物理載體。 第六章：主流量子計算平颱綜述 本章係統性地比較目前最有希望實現通用量子計算的幾種物理係統，強調它們各自的優勢（如相乾時間長、操作精度高）和劣勢（如可擴展性差、連接性受限）。 1. 超導電路量子比特： 基於約瑟夫森結的量子比特，重點討論其架構、微波控製機製以及榖歌、IBM等機構的研究進展。 2. 離子阱技術： 依賴於囚禁在電磁場中的單個離子，重點討論其極高的門操作保真度和全局連接性。 3. 中性原子與光子係統： 簡要介紹基於裏德堡原子（Rydberg Atoms）的陣列，以及光量子計算（如綫性光學量子計算 LOQC）的獨特優勢和挑戰。 第七章：量子糾錯與容錯計算 由於環境噪聲對量子態的破壞（退相乾），容錯計算是實現大規模量子計算機的必經之路。本章專注於信息保護的理論和實踐。 1. 退相乾機製： 詳細分析環境噪聲（如弛豫和去相位）對量子比特的影響，並引入退相乾時間 $T_1$ 和 $T_2$ 的概念。 2. 量子糾錯碼（QECC）： 介紹Shor碼、Steane碼等經典量子糾錯方案，核心在於如何用冗餘的物理量子比特編碼一個邏輯量子比特。 3. 容錯門操作： 探討如何設計能在糾錯碼保護下運行的邏輯量子門，這是通往容錯量子計算的關鍵一步。 第八章：量子通信與網絡 量子糾纏不僅是計算資源，也是通信的基石。本章探討如何利用量子力學原理實現超越經典限製的通信安全。 1. 量子密鑰分發（QKD）： 詳細介紹 BB84 協議的工作原理，強調其基於物理定律的絕對安全性保證，並區分其與後量子密碼學的區彆。 2. 量子隱形傳態（Quantum Teleportation）： 從貝爾態和CNOT門齣發，詳細解析信息的無剋隆傳輸過程，這在分布式量子計算中具有重要意義。 3. 量子中繼器與網絡： 展望未來量子互聯網的構想，討論建立長距離量子鏈路所必需的糾纏交換（Entanglement Swapping）技術。 結語：展望量子信息科學的未來 本章對全書內容進行總結，並展望該領域未來十年的研究熱點，包括變分量子算法（VQE）、量子模擬的最新進展，以及跨學科研究（如量子生物學）的潛力。本書力求提供一個堅實的知識儲備，使讀者能夠緊跟該領域飛速發展的步伐。

評分☆☆☆☆☆

這本書的排版和設計讓我眼前一亮。不像我之前看過的很多物理學書籍，要麼就是密密麻麻的文字，要麼就是隻有冷冰冰的圖錶，這本書在視覺呈現上做得非常用心。我尤其喜歡它在關鍵概念旁邊設置的“思考題”或者“拓展閱讀”的提示，這讓我感覺作者不僅僅是單方麵地輸齣知識，還在鼓勵讀者主動參與到學習過程中。還有，書中大量的插圖和示意圖，畫得既美觀又準確，很多復雜的物理過程，通過這些圖就能立刻豁然開朗。比如，講到相對論的彎麯時空，書中就用瞭非常形象的比喻和幾何圖示，這比純粹的數學方程要直觀得多。雖然我承認，這本書的某些章節確實需要一些基礎的物理知識纔能完全理解，但總的來說，它在努力降低閱讀門檻，讓更多非專業人士也能接觸到現代物理學的魅力。我個人認為，對於想要培養孩子對物理學興趣的傢長來說，這本書也是一個不錯的選擇。

評分☆☆☆☆☆

我最近在學習一些與粒子物理相關的內容，所以特意找瞭這本《現代物理學前沿選講》。這本書涵蓋的範圍相當廣泛，從量子場論的基本概念，到弦理論和圈量子引力的一些最新進展，都有所涉獵。我印象最深刻的是作者在講解一些非常前沿但尚未被完全證實或證僞的理論時，所采取的那種審慎的態度。他沒有把這些理論當作既定事實來宣傳，而是詳細地介紹瞭它們齣現的背景、解決的問題，以及麵臨的挑戰，並引用瞭大量最新的研究文獻。這讓我覺得這本書非常嚴謹，不是那種為瞭吸引眼球而過度簡化的科普讀物。當然，有些部分的數學推導還是比較復雜的，我需要反復閱讀和參考其他的資料纔能理解。但整體而言，它為我提供瞭一個很好的概覽，讓我對當前粒子物理和宇宙學的一些熱點問題有瞭更清晰的認識。我特彆期待後麵關於暗物質和暗能量的章節，希望能從中獲得一些新的見解。

評分☆☆☆☆☆

拿到這本書，我最先注意到的是它獨特的敘事風格。作者似乎非常擅長用故事和類比來闡釋復雜的物理概念。比如，在講到量子糾纏的時候，他用瞭一個非常生動的“分身術”的比喻，讓我一下子就抓住瞭核心思想，而不是被那些看似玄乎其玄的量子態描述搞暈。我還喜歡他穿插在理論講解中的一些“物理學傢軼事”，這些小故事不僅增加瞭閱讀的趣味性，也讓我對那些偉大的思想傢有瞭更深的理解。當然，我也知道，這種風格可能在某些嚴謹的物理學傢看來會稍顯不夠“科學”，但對我這種隻想領略現代物理學魅力的普通讀者來說，卻是恰到好處。我比較好奇的是，這本書在解釋一些更具爭議性的理論，比如量子計算的潛在應用或者多重宇宙的猜想時，會有怎樣的論述。我希望它能提供一些基於現有證據的分析，而不是純粹的科幻想象。總的來說，這本書給我一種“溫故而知新”的感覺，它幫助我重新審視瞭一些我以為已經理解的概念。

評分☆☆☆☆☆

讀完這本書，我隻能說，它給瞭我一個完全齣乎意料的體驗。我本來以為會是一本硬核的理論科普，沒想到作者在裏麵融入瞭大量的曆史背景和思想演變過程。比如，在講到量子力學的發展時，作者不僅僅是介紹瞭哥本哈根詮釋或者多世界詮釋，而是花瞭很長的篇幅去梳理那些偉大的物理學傢們是如何一步步從經典物理的睏境中走齣來，如何爭論、如何修正，最終纔形成我們今天看到的量子理論框架。這種“人”的故事，讓那些抽象的概念變得鮮活起來。我還特彆喜歡作者在處理一些爭議性理論時的態度，他沒有簡單地站隊，而是盡可能地呈現不同學派的觀點和論據，讓讀者自己去思考。當然，這本書的學術深度也是毋庸置疑的，很多地方的推導還是相當精密的，這對於我這種想更進一步瞭解物理學的人來說，是非常寶貴的。我個人覺得，如果對物理學史或者科學哲學感興趣的讀者，這本書絕對會帶來很多啓發，它不隻是在講“是什麼”，更在講“為什麼會是這樣”。

評分☆☆☆☆☆

這本書我還在猶豫要不要入手，主要是看中瞭“前沿選講”這幾個字，感覺應該會有一些我之前沒接觸過的內容。我最近對一些比較抽象的物理概念很感興趣，比如量子糾纏、黑洞信息悖論之類的，希望能在這本書裏找到一些深入淺齣的講解。當然，我也知道這類書籍有時候會寫得非常晦澀，比如我之前讀過一本講引力波的，雖然講的內容很有意思，但很多公式和推導我實在跟不上，最後隻能囫圇吞棗地看個大概。所以，我特彆希望這本書在講解前沿理論的時候，能多一些類比和直觀的解釋，即使犧牲一點點嚴謹性，能讓我這個非專業人士也能體會到其中的美妙之處。我比較反感那種上來就扔一大堆數學公式，然後讓你自己去領會的講法。另外，我也想知道這本書的案例分析部分怎麼樣，有沒有一些實際的實驗或者觀測數據來佐證理論，這樣會更有說服力，也更容易理解。總之，我希望這本書能像一位經驗豐富的嚮導，帶領我穿越物理學迷人的未知領域，而不是把我扔進一個充滿公式的迷宮。

評分☆☆☆☆☆

一口氣買瞭這個係列的三本，慢慢看

評分☆☆☆☆☆

像盜版的！！！！！！！！！！

評分☆☆☆☆☆

雖說不是物理專業的，但是能收藏一套還是可以的。

評分☆☆☆☆☆

不愧是二十世紀的物理，裏麵學到瞭很多知識，深入淺齣，極大的吸引瞭我的眼球，深受啓發

評分☆☆☆☆☆

書很滿意 寫的翔實 推薦購買 20世紀物理學發展的脈絡很齊 還有曆史介紹和發展的故事

評分☆☆☆☆☆

翻譯不易讀，過於直譯瞭。

評分☆☆☆☆☆

好書推薦。一套都買齊啦！不過這是最後一款，書後的索引頁占瞭好多，實際內容沒有看上去的多。

評分☆☆☆☆☆

書很滿意 寫的翔實 推薦購買 20世紀物理學發展的脈絡很齊

評分☆☆☆☆☆

很好的一本書，物理學愛好者必備??