全新正版 图解宇宙与量子理论 [日]竹内薰 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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[日] 竹内薰 著

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店铺： 久点图书专营店

出版社： 人民邮电出版社

ISBN：9787115462107

商品编码：29521990944

包装：平装-胶订

出版时间：2017-11-01

基本信息

书名：全新正版 图解宇宙与量子理论

定价：39.80元

作者：竹内薰

出版社：人民邮电出版社

出版日期：2017-11-01

ISBN：9787115462107

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装-胶订

开本：大32开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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地心说、日心说、奇点、相对论、物质波、薛定谔方程……这些晦涩难懂的理论在讲什么？主序星、红、白矮星、超新星、中子星、星际气体……这些星体有什么区别？强子、粒子、反粒子、超子、夸克、原子……这些基本粒子与宇宙有什么关系？伽马射线、黑洞、暗物质……这些星际物质暗示了什么？这本书用图表和漫画的形式一一为我们解答以上问题。从粒子到星系，本书生动直观地讲解了深奥的宇宙学知识；从微观到宏观，本书形象有趣地阐述了晦涩的量子理论。丹麦哥本哈根大学玻尔研究所粒子宇宙学博士后研究员蒋S为本书进行专业审校。

内容提要

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本书是一本宇宙学科普读物，从原子等微观粒子，到主序星、红、白矮星等恒星，以及宇宙中的暗物质，作者一一进行了详尽地解读。本书将宏观的宇宙与微观的粒子相结合，用数学工具和想象力为读者描绘出婴儿宇宙、平行宇宙、创造粒子的“超弦”等奇异的概念。

目录

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前言 / 3

本书概要 / 8



章 探索宇宙

天文学与量子理论的结合 从微观看宏观 / 10

宇宙的规模 从宇宙到量子 / 12

古代的宇宙观 人类对宇宙的探知从未间断 / 14

地心说 到中世纪为止的宇宙观 / 16

日心说1 提出日心说的哥白尼 / 18

日心说2 打破宗教特权 / 20

宇宙的膨胀 宇宙在不断膨胀中 / 22

炽热的奇点 宇宙是从一个火球开始的 / 24

光的速度 宇宙为什么如此浩瀚 / 26

相对论 描述时空的相对论 / 28

爱因斯坦场方程式 爱因斯坦的宇宙论 / 30

专栏1 为什么夜晚是黑暗的 / 32



第2章 量子理论

原子论 人类想要了解万物的根源 / 34

量子理论的开端 发现非连续性现象 / 36

普朗克尺度 以普朗克的名字命名的基本单位 / 38

原子模型1 原子是西瓜还是土星 / 40

原子模型2 电子分散在轨道上 / 42

物质波 所有的物质都具有波动性 / 44

薛定谔方程式 用概率描述世界 / 46

不确定性原理 无法同时确定的位置与速度 / 48

量子理论的解释1 是神在掷骰子吗 / 50

光电效应 爱因斯坦所描述的光的粒子性 / 52

波动性与粒子性 展示电子波动性的实验 / 54

量子理论的解释2 玻姆的量子势能 / 56

隧穿效应 量子有概率可以穿过势垒 / 58

量子理论的解释3 玻姆对于隧穿效应的解释 / 60

自旋1 电子的自旋不是旋转的 / 62

自旋2 量子世界中的奇妙性质 / 64

泡利不相容原理 玻色子与费米子 / 66

超流体与超导体 奇妙的“超”现象 / 68

量子波动 能量可以在真空中波动 / 70

专栏2 身边的量子力学 / 72



第3章 恒星的进化

元素的起源 我们都是恒星的一部分 / 74

元素分析 了解构成恒星的元素 / 76

恒星的一生 质量决定了恒星生命的长短 / 78

主序星的核聚变反应 太阳内部产生的核聚变 / 80

红的核聚变反应 红是制造元素的工厂 / 82

白矮星 简并压支撑着的白矮星 / 84

超新星爆炸1 连接新一代的大爆炸 / 86

超新星爆炸2 通过超新星爆炸测量距离 / 88

中子星1 中子星是巨大的原子核 / 90

中子星2 构成中子星的奇妙粒子 / 92

黑洞1 连光线都能吸进去的时空旋涡 / 94

黑洞2 黑洞也会消失 / 96

星际气体 恒星的终结是新恒星的诞生 / 98

专栏3 夸克星的可能性 / 100



第4章 观测到的新的宇宙状态

电磁波 在宇宙中旅行的电磁波 / 102

发现黑洞 找到看不见的黑洞 / 104

银河系的构造 恒星汇集而成的银河系 / 106

宇宙射线的起源 超高能量宇宙射线之谜 / 108

伽马射线暴 来自银河系外的神秘射线 / 110

红移 通过光谱了解膨胀速度 / 112

宇宙背景辐射 证明宇宙大爆炸理论的噪音 / 114

WMAP 空间探测器发现的波动 / 116

暗物质1 银河旋转之谜 / 118

暗物质2 已判明的暗物质分布 / 120

暗能量 加快宇宙膨胀速度的神秘能量 / 122

宇宙的构成要素 宇宙的96%还不为人所知 / 124

宇宙大尺度结构 微观的波动形成宏观的构造 / 126

大型对撞机 重现早期宇宙的实验 / 128

专栏4 对撞机能制造出黑洞吗？ / 130



第5章 粒子标准模型

粒子标准模型 粒子的基础概念 / 132

强子 夸克构成的强子 / 134

相互作用力 宇宙中的4种相互作用力 / 136

反粒子 量子理论与相对论结合后的推论 / 138

强相互作用力 强相互作用力让太阳发光 / 140

超子 奇异的原子核 / 142

弱相互作用力 打破能量守恒定律？ / 144

未发现的粒子1 传递引力的引力子 / 146

未发现的粒子2 产生质量的希格斯粒子 / 148

CPT对称性 物理定律所带有的对称性 / 150

对称性破缺 对称性破缺会在宇宙中留下物质 / 152

专栏5 粒子探究之旅 / 154



第6章 宇宙的历史

宇宙的进化 从“无”开始的137亿年的宇宙史 / 156

宇宙图 根据宇宙史绘制的宇宙图 / 158

宇宙的加速膨胀 宇宙的膨胀正在加速 / 160

星系的布局 宇宙大尺度结构 / 162

星系的形成 星系是宇宙的基础单位 / 164

恒星的形成 宇宙中个点亮的恒星 / 166

宇宙放晴 38万年后，视线开朗的宇宙 / 168

元素的产生 存在于早期宇宙的氢和氦 / 170

强子的产生 用强大的力量将夸克封闭起来 / 172

反物质之谜 为什么只有物质被留了下来 / 174

宇宙大爆炸 高温、高密度的火球宇宙 / 176

专栏6 宇宙背景辐射的发现之路 / 178



第7章 量子宇宙学

奇点理论 时光倒流的话，宇宙会变成一个点吗 / 180

暴胀 真空能量引起的扩大 / 182

时间的概念 时间的概念随理论一同变化 / 184

霍金的宇宙论 从无边界开始 / 186

宇宙诞生以前 宇宙诞生前是什么样的 / 188

专栏7 薛定谔的猫 / 190



第8章 统一场论

理论物理与宇宙观测 发展理论物理的关键在于对宇宙的观测 / 192

标准模型的局限 中微子振荡动摇了标准模型 / 194

相互作用力的统一 物理学家们的梦想是相互作用力的统一 / 196

暗物质 暗物质是新粒子的备选吗 / 198

圈量子引力理论1 将相对论量子化的圈量子引力理论 / 200

圈量子引力理论2 圈量子引力理论与宇宙学 / 202

超弦理论1 超弦理论的成因 / 204

超弦理论2 弦能解释世上的一切 / 206

M理论 从超弦理论到M理论 / 208

五维时空 宇宙不是四维的吗 / 210

专栏8 诺贝尔物理学获奖者与量子理论 / 212



第9章 宇宙的今后

多重宇宙 宇宙只有一个吗 / 214

宇宙的未来1 宇宙在膨胀还是在收缩呢 / 216

宇宙的未来2 膨胀中的宇宙的未来 / 218



索引 / 220

作者介绍

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【日】竹内薰 主编 1960年生于东京。爱猫科学作家。在东京大学理学系毕业后，又拿到了麦吉尔大学（加拿大）的理科博士学位。除了撰写一些科技类图书，还担任电视台的评论员、广播电台的主持人，解说数学类节目，并为报刊杂志撰写小专栏，参加各种各样的科普活动。 他的著作有《猫耳少女的量子理论》、《主见过强的人和没有主见的人》、《成就卓著的科学家们》（以上为PHP研究所版权所有）、《驹大数学特别集中讲座》（与他人共同编著，扶桑社版权所有）、《狄奥尼修之耳》（德间文库版权所有）等。蒋S 专业审校 现为丹麦哥本哈根大学玻尔研究所博士后研究员。2015年获得美国加州大学戴维斯分校博士学位，曾获2013年全美 LHC-TI项目荣誉研究生奖学金，2014年度国家自费留学生奖学金以及加州大学毕业生杰出学术成就奖等多项大奖和荣誉 。研究领域为超标准模型的粒子物理以及粒子宇宙学，已在希格斯物理、超对称物理、暗物质、额外维时空以及有效场理论等方向开展研究。目前主要致力于研究与早期宇宙相关联的粒子宇宙学问题。至今在国际一级学术刊物上发表论文二十余篇（包括高影响因子的物理评论快报两篇），论文总引用数近千次，同时担任JHEP, Phys. Rev. D, Nucl. Phys. B, Mod. Phys. Lett. A等国际一级期刊论文审稿人。

文摘

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序言

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《宇宙的奥秘：从宏观到微观的探索》 引言 自古以来，人类便仰望星空，追问着我们从何而来，宇宙又将去往何方。从古老的星图到现代的太空望远镜，我们对宇宙的理解不断深化，但同时，也面临着更加深邃的谜题。本书旨在带领读者踏上一场跨越时空的宏伟旅程，探索宇宙最令人着迷的奥秘，从构成万物的基本粒子，到支撑宇宙运转的宏大规律。我们将一同潜入微观世界的奇诡，窥探量子力学的颠覆性思想，再将目光投向浩瀚的宇宙，审视星系的演化、黑洞的吞噬以及宇宙的起源和未来。这是一场关于科学、哲学与想象力的盛宴，一次对我们所处世界本质的深刻追问。 第一章：微观的基石——原子与粒子 在我们眼前所见的一切，无论是一粒尘埃，还是一颗恒星，都由更小的单位构成——原子。原子并非不可分割的实体，而是由原子核和围绕原子核运动的电子组成的。原子核又由质子和中其中，质子和中子进一步由更小的粒子——夸克组成。在这一章中，我们将深入剖析这些基本粒子的构成，了解它们的性质、相互作用以及在粒子物理学领域中扮演的角色。我们将介绍标准模型的概念，它是描述已知基本粒子及其相互作用的理论框架。通过对强力、弱力、电磁力以及引力的理解，我们将逐渐揭开物质世界最深层的运作机制。 原子模型的发展：从道尔顿的原子论到卢瑟福的原子核模型，再到玻尔的量子模型，科学家的探索是如何逐步揭示原子内部结构的？ 基本粒子家族：电子、夸克、中微子、光子……这些听起来神秘的粒子究竟是什么？它们有哪些独特的性质？ 粒子物理学的标准模型：它是如何统一描述各种基本粒子及其相互作用的？为什么它被誉为现代物理学的基石？ 粒子的相互作用：强力如何将夸克束缚在一起？弱力如何导致放射性衰变？电磁力又如何塑造我们周围的世界？ 未解之谜：暗物质、暗能量……标准模型之外，还有哪些尚未被发现的基本粒子和相互作用？ 第二章：量子世界的奇诡——概率、叠加与纠缠 当我们进入原子和亚原子粒子的微观尺度，经典物理学的直觉将失效。量子力学以其反直觉的特性，颠覆了我们对现实的认知。在这里，粒子不再是确定的点，而是具有波粒二象性的模糊存在。一个粒子可以同时处于多种状态的“叠加态”，直到被观测的那一刻，叠加态才会“坍缩”到一个确定的状态。更令人费解的是，“量子纠缠”现象，两个粒子即使相隔遥远，也能瞬间产生关联，一方的状态改变，另一方也会立即随之改变，仿佛它们之间存在着某种超距的联系。本章将带领读者领略量子的奇妙世界，理解这些看似离奇的现象背后所蕴含的深刻物理原理。 波粒二象性：光既是粒子又是波，电子也一样？这是如何被实验证实的？ 叠加态：一个粒子如何同时存在于多个地方？猫是死是活的“薛定谔的猫”悖论又意味着什么？ 量子测量与坍缩：观察行为如何影响微观粒子的状态？概率在量子世界中扮演着怎样的角色？ 量子纠缠：爱因斯坦称之为“幽灵般的超距作用”？它如何挑战我们的因果律观念？ 量子计算的曙光：叠加态和纠缠态如何为信息处理带来革命性的突破？ 第三章：时空的织锦——相对论的革命 进入二十世纪，阿尔伯特·爱因斯坦的两大相对论——狭义相对论和广义相对论——彻底改变了我们对空间、时间和引力的理解。狭义相对论揭示了时间和空间并非绝对独立，而是相互联系的统一体，即“时空”。运动的速度会影响时间的流逝和空间的尺度，光速是宇宙中的绝对极限。广义相对论则将引力描述为时空的弯曲，质量和能量扭曲了周围的时空，而物体则沿着弯曲的时空路径运动。这一理论不仅成功解释了水星近日点的进动等经典难题，还预言了引力波的存在，为我们理解宇宙的宏观结构提供了全新的视角。 狭义相对论的基石：光速不变原理和相对性原理如何推导出时间膨胀和长度收缩？ 质能等价：E=mc² 到底意味着什么？能量与质量之间隐藏着怎样的深刻联系？ 广义相对论的时空观：引力不再是“力”，而是时空的几何性质？物体的运动为何看起来像是在受力？ 时空弯曲的证据：光线在引力场中的偏折，引力透镜效应，引力波的探测……这些现象如何验证了广义相对论？ 黑洞的诞生与奥秘：时空被无限弯曲的奇点，视界内外发生着怎样的惊人事件？ 第四章：宇宙的宏伟画卷——星系、黑洞与暗物质 将目光从微观世界转向宏观宇宙，我们将看到一个由数千亿个星系组成的壮丽图景。星系并非静止不动，而是经过数十亿年的演化，不断碰撞、合并，孕育着新一代的恒星。恒星的生死则以壮丽的超新星爆发告终，将重元素播撒到宇宙空间，为新生命的诞生提供物质基础。而在星系中心，常常潜伏着吞噬一切的“黑洞”，它们以其强大的引力扭曲着时空，影响着周围星系的命运。然而，我们所见的物质只占宇宙总质量的极小一部分，大部分宇宙的构成是神秘的“暗物质”和“暗能量”，它们深刻影响着宇宙的演化和结构。 星系的形成与演化：从混沌到有序，星系是如何孕育而生的？不同类型的星系又有何特征？ 恒星的生命周期：从星云到白矮星、中子星或黑洞，恒星的诞生、成长与死亡是怎样的壮丽过程？ 黑洞的真相：视界是什么？落入黑洞的物质会发生什么？黑洞对星系演化有何影响？ 宇宙的大尺度结构：星系团、超星系团……宇宙是如何形成网状或泡沫状的结构的？ 暗物质与暗能量的谜团：它们是什么？为什么我们看不见它们？它们又为何主宰着宇宙的命运？ 第五章：宇宙的起源与归宿——大爆炸与膨胀 宇宙并非永恒不变，它有一个起点，并且还在不断膨胀。现代宇宙学的主流理论——大爆炸模型——描述了宇宙从一个极高密度、极高温度的初始状态开始，经历了快速膨胀、冷却，最终形成我们今天所见的宇宙。宇宙微波背景辐射的发现，为大爆炸模型提供了强有力的证据。宇宙的膨胀并非均匀，而是由暗能量驱动的加速膨胀，这意味着宇宙的未来可能走向“大撕裂”或“大冻结”等不同的结局。理解宇宙的起源和未来，不仅是对宇宙学知识的探索，更是对人类自身存在意义的哲学追问。 大爆炸理论的证据：宇宙微波背景辐射、哈勃定律、元素丰度……这些证据如何支持宇宙起源于一次大爆炸？ 宇宙膨胀的历程：从暴胀时期到现今的加速膨胀，宇宙经历了怎样的演变？ 宇宙的年龄与尺度：我们如何测量宇宙的年龄？宇宙究竟有多大？ 宇宙的未来猜想：宇宙会继续膨胀下去吗？“大冻结”、“大撕裂”还是其他的可能性？ 宇宙学与哲学：宇宙的起点和终点，是否也蕴含着对生命和存在本身的启示？ 结语 本书所描绘的宇宙图景，是从微观粒子到宏观星系的壮丽跨越，是从经典物理到量子力学、相对论的思维革命。每一次科学的突破，都伴随着人类对未知世界的更深层次的探索和对自身智慧的更高呼唤。宇宙的奥秘并非静止不变，而是随着我们每一次的求索而不断展开。愿本书能激发您对科学的无限好奇，引导您在探索宇宙的伟大征程中，找到属于自己的那片星辰大海。

评分☆☆☆☆☆

这本书的包装真的令人惊喜，拿到手的时候就觉得很有分量，那种沉甸甸的质感，加上封面上精美的宇宙星云图案，立刻就勾起了我强烈的阅读欲望。封面设计可以说是非常用心了，既有科学的严谨感，又充满艺术的美感，让人忍不住想要一探究竟。我一直对宇宙的浩瀚和那些我们肉眼看不见的微小粒子充满好奇，总觉得那里隐藏着无数的奥秘等待我们去发现。这本书的宣传语也让我印象深刻，号称“图解”，这对我这种视觉型学习者来说简直是福音。我脑海中已经开始想象那些精美的插图，它们如何将那些抽象的概念具象化，让那些复杂的理论变得易于理解。我尤其期待书中关于宇宙起源和演变的图解，想象一下，将那些几十亿年的时间尺度，用直观的图像展现出来，该是多么震撼的体验！同时，量子理论部分我也充满期待，我一直觉得量子世界是那么奇妙，它的不确定性，它的叠加态，都充满了哲学和科学上的挑战，能够通过图解来理解这些，绝对是一次非凡的经历。总而言之，从这本书的外观和初步印象来看，它绝对是一本值得期待的科普读物，有望成为我书架上的珍藏。

评分☆☆☆☆☆

读完这本书，感觉自己仿佛经历了一场思想的洗礼，那些关于宇宙的宏大叙事和量子世界的微观奇观，在作者的笔下如同电影般在我脑海中展开。我尤其着迷于书中对于宇宙膨胀理论的阐释，那些关于红移、暗能量的解释，配合着清晰的图表，让我对宇宙的过去、现在和未来有了更深刻的认识。特别是当读到关于宇宙大爆炸的理论时，那种从无到有的震撼感，以及之后无数星系的形成和演化，用简洁的语言和生动的插画勾勒出来，真的让人感叹生命的渺小和宇宙的伟大。而量子理论部分更是颠覆了我许多固有的认知。书中对于波粒二象性、量子纠缠等概念的讲解，虽然依旧具有一定的抽象性，但通过大量的类比和形象的比喻，我竟然真的“看”到了那些看不见的粒子是如何在概率的海洋中游弋，又是如何通过“观测”才决定了它们的存在形态。这种对于现实本质的探究，让我对“真实”的定义产生了全新的思考。我感觉这本书不仅仅是在传递知识，更是在激发思考，它像一扇门，推开后，你会发现一个更加广阔、更加深邃的世界。

评分☆☆☆☆☆

作为一名对科学充满热情但又缺乏专业背景的普通读者，我一直以来都渴望能找到一本能够真正“读懂”的宇宙学和量子力学书籍。市面上这类书籍不少，但很多都过于晦涩难懂，要么是艰涩的数学公式堆砌，要么是专业术语的密集轰炸，让我望而却步。然而，这本书完全打破了我的这种担忧。从第一页开始，我就被它流畅的叙事和极富感染力的语言所吸引。作者并没有回避科学的严谨性，但他在阐述复杂概念时，总能找到最贴切的比喻和最直观的讲解方式，仿佛在和一位老朋友聊天，将深奥的知识娓娓道来。那些精美的插图更是起到了画龙点睛的作用，它们不仅仅是简单的装饰，更是理解文本内容的关键辅助。我尤其喜欢书中对于爱因斯坦相对论的图解，那些关于时空弯曲、光速不变的画面，将抽象的概念变得触手可及。同时，量子理论部分也让我受益匪浅，书中对于薛定谔的猫、不确定性原理的解释，让我茅塞顿开，原来那些看似违反常理的现象背后，有着如此精妙的逻辑。这本书成功地将科学的魅力传递给了我，让我觉得学习科学不再是一件枯燥的事情，而是一次充满乐趣的探索。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我带来的最深刻的感受，是它在打破常规思维上的力量。我一直以为，宇宙是宏大而静态的，量子世界是微小而稳定的，但这本书却告诉我，事实远非如此。它用无可辩驳的理论和生动的图示，向我展现了一个动态变化、充满不确定性的宇宙。书中对于暗物质、暗能量的讨论，让我第一次意识到，我们所能观测到的宇宙，仅仅是冰山一角，还有着无数未知的事物在影响着宇宙的演变。这种开放性的视角，让我对宇宙的认知边界大大拓展。而量子理论的部分，更是将这种“不确定性”推向了极致。书中关于量子叠加和量子测量在不同解释下的争论，让我对“客观实在”产生了深刻的怀疑。我们所认为的“现实”，是否真的如我们所感受的那样独立于我们而存在？这种哲学层面的探讨，与科学的严谨性完美结合，让我思考良多。这本书不仅仅是关于宇宙和量子，它更是在探讨我们如何理解世界，如何认识我们自身在宇宙中的位置。我强烈推荐给所有对未知充满好奇，愿意挑战自己固有认知的朋友们。

评分☆☆☆☆☆

在阅读这本书的过程中，我最直观的体验就是它的“易读性”和“深刻性”的高度统一。很多科普书要么过于浅显，让人觉得学不到什么新东西；要么过于专业，让人难以理解。但这本书却恰到好处地找到了一个平衡点。作者在介绍宇宙的广阔时，并没有停留在简单的描述，而是深入浅出地讲解了宇宙的结构、形成和演化过程中涉及的关键理论，并用大量精美的插图来辅助说明。比如，书中关于星系形成的图解，将复杂的引力作用和物质聚集的过程清晰地呈现在读者面前，让我对宇宙的“生长”有了直观的认识。而在量子理论部分，作者更是将那些看似玄妙的现象，比如量子隧穿效应、量子计算的原理，都用通俗易懂的方式解释清楚。我尤其喜欢书中关于“观察者效应”的论述，它让我意识到，在微观世界里，我们自身的“介入”竟然可以改变事物本身的存在状态，这是一种多么奇特的哲学与科学的交织。这本书不仅仅是知识的传递，更是一次思维的启迪，它让我重新审视我们所处的这个世界，以及我们理解世界的方式。