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[美] 布鲁斯 A.舒姆Bruce A. Schu 著

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出版社： 清华大学出版社

ISBN：9787302417330

商品编码：29235607412

包装：平装

出版时间：2016-08-01

基本信息

书名：物质深处：粒子物理学的摄人之美

：55.00元

作者： 布鲁斯 A.舒姆(Bruce A. Schumm) 潘

出版社：清华大学出版社

出版日期：2016-08-01

ISBN：9787302417330

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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阅读本书，你将踏上一次有关当代粒子物理学发展历程的科学探险之旅。旅程将从四种自然力和量子力学的基本概念出发，进入量子场论和基本粒子的世界；你将游览八正模式、李群表达、内部对称空间、规范理论和粒子物理学标准模型，*后观看云雾笼罩的“上帝的粒子”和“大一统理论”。这样一次旅行难免有点吃力，但一定收获颇丰，不虚此行。对于粒子物理学这样一门深奥的学科，写一本好的普及性著作是一项高难度挑战。这类著作事实上很少见，本书是一次难能可贵和成功的尝试。特别是，它几乎完全是概念性叙述，而没有用到方程式。

内容提要

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本书不是粒子物理学史，不是粒子物理学家的奇闻轶事，不是泛泛而论，而是从自然力—量子力学和狭义相对论—量子场论—八正法模式—李群表达—内不对称空间—规范理论—粒子物理学标准模型的一个比较完整、系统的概念性（几乎没有方程式）叙述，是关于粒子物理学普及性著作。

目录

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1导言
2真正的主宰
自然力
电磁力
引力
强核力
弱核力
关于四种力的后几句话
3的觉醒
现代物理学革命
爱因斯坦的相对论
量子化： 下一次飞跃
波与粒子
波粒二象性1： 光粒子
波粒二象性2： 物质波
海森堡不确定性原理
量子力学通用方程： 薛定谔方程
4相对论与量子理论的联姻
相对论量子场论
力场
场的量子化
粒子交换： 对于力性质的新看法
再谈四种力
费恩曼图
顶点和小相互作用
相对论量子力学，反物质和自旋
活的真空
惊人的性
5自然模式
基本组成单元
夸克： 八正法
轻子： （不那么）轻的粒子
十一月革命
为何我们需要顶夸克
力的粒子
总结： 基本组成单元
粒子动物园
6数学模式
李群
抽象练习： 数学群
时钟数学
进入连续统： 李群R(2)和U(1)
加上下一维度： 李群R(3)
次序有关： 李代数
李群SU(2)
结语
7内里世界
内部对称性
诺特定理
李群和诺特定理
旋转和角动量
一个惊人的佯谬： 自旋的故事
进入内里： 同位旋的故事
再谈八正法
两点思考
8纯粹思维的物理学
规范理论
再谈相位
全局不变性
全局不变性的问题
局域不变性
不要紧的要紧： 规范原理
再谈量子电动力学
相位1： 李群和相位
相位2： 李群和规范原理
真正规范： 弱相互作用理论
一个成功的实验： 弱中性流
对易问题
进一步的赞美： 规范理论与重正化
量子色动力学
结语
9现代范式
隐对称，标准模型和希格斯玻色子
规范理论和力的强度
有质量的场量子： 困难的一面
屏蔽和有效质量
解的部分： 希格斯场
解的第二部分： 隐对称
标准模型
反射的宇宙
自旋和宇称
宇称违反和电弱力
碰撞的精度
后的思考
10进入未知
前面是什么
我们还在寻找什么
卷后语
附录指数符号
注释

作者介绍

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本书作者是美国加州大学Santa Cruz分校物理学教授，粒子物理学家。

文摘

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序言

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物质深处：粒子物理学的摄人之美 探索宇宙最微小的基石，揭示隐藏在日常万物之下的秩序与和谐。 我们每天触摸的世界，从一杯水的清凉，到星辰璀璨的夜空，似乎都遵循着一套我们已然熟悉的规律。然而，在这触手可及的表象之下，隐藏着一个更加奇妙、更加深刻的世界。那是一个由粒子构成的领域，一个充满着惊人对称性、优雅法则和尚未解开之谜的宇宙。 《物质深处：粒子物理学的摄人之美》将带您踏上一段令人心潮澎湃的探索之旅，深入到我们所知宇宙最根本的构成要素——基本粒子——的领域。本书并非枯燥的教科书，而是一次充满想象力与洞见的科普盛宴，旨在向您展现粒子物理学这个迷人学科的精髓，以及它如何以一种令人惊叹的方式，解释了我们为何以及如何存在。 从宏观到微观，一场概念的飞跃 当我们仰望星空，思考宇宙的起源和演化时，我们似乎在处理着宏大的尺度。然而，粒子物理学将我们的目光引向了截然相反的方向：无限的微小。想象一下，将一块石头不断地分割，分割，再分割，直至我们到达构成这块石头最基本的、不可再分的单元。这些便是粒子，是物质世界的“积木”。 本书将从我们最熟悉的物质形态出发，层层剥离，引导读者理解这些“积木”是如何被组织起来的。您将了解到，我们日常所见的固体、液体、气体，其本质都是由原子构成的，而原子又由原子核和电子组成。但这仅仅是冰山一角。原子核同样并非坚不可摧，它是由更小的粒子——质子和中子——构成的。而质子和中子，又由更加基础的粒子——夸克——组成。 这种层层递进的解析，宛如一次精密的“解剖”，揭示了物质结构从宏观到微观的精妙层次。您将惊叹于自然界在不同尺度上所展现出的惊人统一性，以及粒子之间复杂而有序的相互作用。 标准模型：粒子物理学的璀璨成就 在粒子物理学的研究中，有一个核心的理论框架，它被誉为20世纪物理学最伟大的成就之一，那就是“标准模型”。《物质深处》将深入浅出地介绍标准模型的构成，让您理解这个模型是如何成功地描述了已知的所有基本粒子及其相互作用。 您将认识到，存在着两大类基本粒子：费米子（构成物质的粒子）和玻色子（传递力的粒子）。 费米子 进一步分为夸克和轻子。夸克是构成质子和中子的基本单元，它们有着“上”、“下”、“粲”、“奇”、“顶”、“底”六种“味”。而轻子家族则包括了电子、μ子、τ子以及它们各自的中微子。这些微小的粒子，虽然看不见摸不着，却是构成我们身体、周围世界，乃至整个宇宙的基石。您将了解到，为什么电子如此重要，为何质子和中子能稳定存在，以及中微子这个“幽灵粒子”是如何在宇宙中穿梭的。 玻色子 则是传递基本力的使者。本书将详细介绍四种基本力： 电磁力：由光子传递，它负责了我们所见的光，以及我们日常生活中几乎所有的化学和电学现象。没有电磁力，原子将无法结合，分子将无法形成，也就没有我们所知的世界。 强相互作用力：由胶子传递，它将夸克牢牢地束缚在一起，形成质子和中子，并维系着原子核的稳定。没有强相互作用力，原子核将分崩离析。 弱相互作用力：由W和Z玻色子传递，它负责了放射性衰变等过程，是恒星燃烧和一些元素形成的关键。 引力：虽然引力在宏观世界表现得如此强大，但在粒子物理学的层面，其传递粒子——引力子——的存在尚未被实验直接证实，其在标准模型中的地位依然是一个未解之谜。 通过对标准模型的详细解读，您将理解为什么存在如此多种类的粒子，它们之间是如何相互作用，以及这些相互作用如何决定了物质的性质和宇宙的运行规律。您将感受到一种深刻的秩序，一种隐藏在看似混乱的粒子世界背后的优雅数学结构。 粒子的“身份”与“行为”：量子力学的奇妙世界 粒子物理学之所以如此引人入胜，很大程度上源于它与量子力学紧密相连。量子力学是描述微观粒子行为的语言，它颠覆了我们对经典物理学的直观理解。 《物质深处》将带领您领略量子力学的几个核心概念，理解它们如何塑造了粒子的世界： 波粒二象性：每一个粒子，如电子或光子，都同时表现出波和粒子的双重性质。它们可以像一个个独立的点粒子一样相互碰撞，也可以像扩散的波一样表现出干涉和衍射的现象。这种奇特的二象性，是理解粒子行为的关键。 叠加态与测量：在被观测之前，一个粒子可以处于多种可能状态的“叠加态”。例如，一个电子可以同时处于多种能量状态或位置状态。然而，一旦进行测量，这种叠加态就会“坍缩”到一个确定的状态。这种“测量问题”，是量子力学中最令人着迷也最富争议的方面之一。 量子纠缠：两个或多个粒子可以处于一种奇特的“纠缠”状态，无论它们相距多远，一个粒子的状态变化会瞬间影响到其他纠缠的粒子。这种“幽灵般的超距作用”，爱因斯坦曾对此深感困惑，却已在实验中被反复证实，并成为未来量子计算和量子通信的关键技术。 不确定性原理：海森堡不确定性原理指出，我们无法同时精确地知道一个粒子的某些成对的物理量，例如位置和动量。知道得越精确，另一个就越不确定。这并非测量仪器的问题，而是自然界固有的限制。 通过这些量子力学的概念，您将逐渐摆脱宏观世界的直觉束缚，进入一个充满概率、叠加和奇异关联的微观宇宙。您将理解，粒子物理学的研究不仅仅是关于“是什么”，更是关于“为什么”它们会以这种方式存在和行为。 加速器与探测器：人类探索的利器 要直接观测和研究这些微小的粒子，需要强大的工具。《物质深处》也将介绍粒子物理学研究中至关重要的实验设备——粒子加速器和探测器。 您将了解到，大型强子对撞机（LHC）等粒子加速器是如何通过强大的电磁场，将带电粒子加速到接近光速，然后让它们在特定点发生碰撞。这些碰撞的瞬间，会产生大量的新的粒子，其中有些是极其稀有且不稳定的。 而粒子探测器，则像是高速摄像机和精密测量仪的组合，它们能够捕捉到粒子碰撞后产生的各种粒子轨迹、能量和动量信息。通过对这些信息的分析，科学家们得以重构碰撞的场景，识别出产生的粒子，并验证理论的预言。 您将看到，人类智慧是如何通过建造这些庞大而精密的科学仪器，不断地拓展我们认识宇宙的边界，一次次地在碰撞中发现新的粒子，揭开更深层的奥秘。 超越标准模型的疆域：未解之谜与前沿探索 尽管标准模型取得了辉煌的成功，它并非终极理论。在《物质深处》的最后部分，您将了解到粒子物理学领域仍然存在的许多令人兴奋的未解之谜，以及科学家们正在探索的前沿方向。 暗物质与暗能量：我们所见的普通物质只占宇宙总质量能量的约5%。宇宙的大部分由不可见的“暗物质”和“暗能量”构成。它们是什么？它们遵循什么样的物理规律？这将是本书为您揭示的又一重宇宙的神秘面纱。 中微子质量之谜：标准模型最初认为中微子是没有质量的，但实验表明它们具有微小的质量。这提示着标准模型需要修正，并可能存在着比标准模型更深层次的理论。 希格斯玻色子之外：希格斯玻色子的发现，解释了粒子为何获得质量，是标准模型的重要一环。但科学家们仍在寻找其他可能影响粒子质量的机制，以及是否存在其他“希格斯粒子”。 量子引力：如何将描述微观世界的量子力学与描述宏观引力的广义相对论统一起来，是物理学面临的最大挑战之一。超弦理论、圈量子引力等前沿理论，正试图在这方面取得突破。 宇宙的未来与起源：粒子物理学的研究，与宇宙学紧密相连。对基本粒子的理解，有助于我们更深刻地理解宇宙的起源、演化以及最终的命运。 《物质深处》将以一种引人入胜的方式，将这些前沿的科学问题呈现给您。您将感受到，粒子物理学并非是静态的知识，而是一个充满活力、不断进步的科学领域。每一次实验的成功，每一次理论的突破，都让我们离理解宇宙的终极真相更近一步。 一本关于好奇心的书 《物质深处：粒子物理学的摄人之美》是一本献给所有对宇宙充满好奇的人的书。无论您是否拥有深厚的物理学背景，本书都将用清晰的语言、生动的类比和引人入胜的故事，带您领略粒子物理学的魅力。 您将在这个过程中，不仅仅了解粒子、力、量子力学等概念，更会感受到一种深刻的哲学思考。我们会思考，为何宇宙的规律如此精妙？我们作为宇宙的一部分，在其中扮演着怎样的角色？我们对世界的认识，又能达到怎样的深度？ 这是一次关于我们自身存在根源的探索，一次对宇宙最根本秩序的追寻。跟随《物质深处》的脚步，您将发现，隐藏在日常万物之下的，是一片无限广阔、充满摄人之美的新天地。

评分☆☆☆☆☆

我最近读完了一本名为《物质深处：粒子物理学的摄人之美》的书，这绝对是一次令人惊叹的智识之旅。作者以一种令人难以置信的清晰度和热情，带领读者深入到构成我们宇宙最基本单位的领域。我一直对科学充满好奇，但粒子物理学这个领域，在我看来，似乎总是有着一层难以逾越的神秘面纱。然而，这本书彻底改变了我的看法。从夸克到轻子，从希格斯玻色子到引力子，每一个概念都被描绘得生动形象，仿佛我正亲身参与到那些宏大的实验之中。作者没有回避复杂的数学和理论，但却巧妙地运用了类比和故事，让即使是对物理学了解不多的读者也能跟上步伐。我特别喜欢其中关于宇宙大爆炸早期粒子行为的描述，那种瞬间的能量爆发和物质的诞生，用文字的力量还原出了宇宙诞生的壮丽图景。读这本书的过程，与其说是阅读，不如说是一场沉浸式的体验，让我对世界的认知发生了一次深刻的重塑。它不仅满足了我对知识的渴望，更点燃了我对科学探索的无限热情。这本书不仅仅是一本科普读物，它更像是一把钥匙，打开了理解宇宙奥秘的大门。

评分☆☆☆☆☆

我一直认为，物理学是描述世界最根本的语言，但接触到的很多物理学书籍，要么过于艰深，要么过于浅薄，难以找到一个恰到好处的平衡点。《物质深处：粒子物理学的摄人之美》则精准地找到了这个平衡。作者展现了一种独特的叙事风格，他能将最抽象的粒子概念，用最平实易懂的比喻来阐释。例如，将不同粒子的相互作用比作一场精彩的舞蹈，将粒子的自旋描述为一种内在的“旋转”属性，这些形象的描绘，极大地降低了阅读门槛。更难得的是，在保持通俗易懂的同时，这本书并没有牺牲科学的严谨性。作者在解释每一个概念时，都会引用相关的实验证据和理论依据，让读者在理解其意义的同时，也能感受到其科学上的可靠性。我特别欣赏书中关于“标准模型”的讲解，作者循序渐进地介绍了模型中的各个组成部分，以及它们之间的相互关系，仿佛在搭建一座精巧的科学殿堂。读完这本书，我对宇宙的构成有了更深的敬畏，也对人类探索未知的勇气和智慧有了更深的理解。

评分☆☆☆☆☆

读这本书的体验，就像是在进行一次心灵的洗礼。作者以一种非常个人化的视角，分享了他对粒子物理学的理解和感悟。书中不仅仅是关于公式和理论，更是关于那种探索未知时所产生的敬畏和惊奇。他用文字构建了一个宏大而又细腻的宇宙图景，让我看到了隐藏在表面之下的深刻规律。我尤其喜欢他对于“对称性”在粒子物理学中重要性的阐述，那是一种超越物质形态的普适性原则，让我感受到了宇宙内在的秩序和优雅。书中的一些章节，充满了哲学的思辨，引导读者去思考物质的本质、空间的维度，以及时间的方向。它不仅仅是一本科普书，更是一本关于认识世界、认识自身的哲学启示录。它让我明白，科学的边界在哪里，以及人类探索的脚步永不停歇。这本书让我对宇宙的构成和运行有了全新的理解，也让我对人类认识世界的可能性充满了信心。

评分☆☆☆☆☆

这本书的魅力，在于它不仅仅是罗列科学事实，更在于它讲述了科学发现背后的故事和精神。作者在叙述粒子物理学的宏大理论时，穿插了大量关于科学家们探索过程的逸事，那些充满智慧、坚持甚至有时是笨拙的实验，让冰冷的科学概念变得鲜活而富有温度。我被那些为了一丁点理论突破而呕心沥血的科学家们深深打动。他们面对失败时的坚韧，以及在一次次实验中捕捉到微弱信号时的狂喜，都让我感受到科学研究的艰辛与伟大。书中的一些关于理论推导和实验验证的细节，虽然我无法完全理解其中的数学推演，但作者用生动的语言解释了这些理论的逻辑和意义，让我得以窥见科学家们是如何一步步从猜想走向证实。尤其是在描述大型强子对撞机的工作原理时，作者将一个庞大而复杂的机器，拆解成一系列精妙的逻辑，让我这个门外汉也能大致明白其运作的原理。这本书让我明白，科学的进步并非一蹴而就，而是无数个体的智慧和汗水的结晶。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我带来的震撼，远远超出了我对一本科普读物的预期。它不仅仅是在介绍粒子物理学的知识，更是在传递一种看待世界的方式，一种对未知充满好奇和探索的精神。作者用充满诗意的语言，描绘了那些微观世界的奇妙景象，让我仿佛置身于一个充满能量和粒子律动的宇宙之中。书中对“量子纠缠”的描述，就如同神来之笔，用一种超凡的想象力，揭示了微观粒子之间那跨越时空的神秘联系，让我对“实在”的概念产生了全新的思考。我被书中那种对科学的热爱和对真理的追求所感染，感觉自己也仿佛获得了一种更广阔的视野，能够从更宏观和更微观的维度去审视这个世界。它让我明白，我们所看到和感受到的日常世界，都源于那些肉眼无法企及的微小粒子，它们以一种我们难以想象的方式相互作用，构成了我们所存在的一切。这本书不仅仅是知识的传递，更是精神的启迪。