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宏觀科學叢書:我們的物質世界從何而來? (彩圖版) 版權信息
- ISBN：9787515359960
- 條形碼：9787515359960 ; 978-7-5153-5996-0
- 裝幀：一般純質紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
宏觀科學叢書:我們的物質世界從何而來? (彩圖版) 本書特色
好奇心和獨立思考的能力，是很多科學家得以成功的關鍵。無論我們是否立志要成為科學家，與自然世界共處，宇宙從哪里來？物質從哪里來？生命從哪里來？都是需要了解的問題。培養獨立思考的能力，不盲從權威或流行的理論，無論從事哪方面的研究，都盡量保持客觀;既要腳踏實地，讓證據說話，又要思想活躍，有充分的想象力。希望這本書可以帶給你這樣的勇氣和精神。 作者希望通過這本書告訴青少年什么? 本書希望達到兩個目的：**，是通過深入淺出的介紹，說明科學是有趣的，且并不難懂；第二，是希望通過對科學發展的生動描述，激發年輕人對科學的好奇心和獨立思考的能力。這些寶貴的品質，是很多科學家得以成功的關鍵。 ——張東才 宇宙從哪里來？物質從哪里來？生命從哪里來？我們從小就會問起這樣的問題。這里，我們不僅與大家分享，在現代科學中，這些問題可以回答到什么程度；更希望告訴大家，這些簡單問題背后的好奇心，推動著科學發展和技術進步。在我們繁忙的工作和學習之余，多問、多思考，不要丟掉這份好奇。 ——王一 希望透過對科學不停進展的理解，激發大家對科學研究的追求。 ——王國彝 科學的基本心態是“懷疑”，認知在驗證和創見的互動中演進。 ——陳炯林
宏觀科學叢書:我們的物質世界從何而來? (彩圖版) 內容簡介
人類很早就在追問：我們的物質世界是怎樣來的？它從何產生？如何運作？到了今天，科學家對這些問題已做過大量的研究，取得使人驚嘆的成果。本書的目的，就是用一種通俗易懂的語言來介紹這些研究。 與一般的科普書不同，本書采用了一種廣闊的視野、深入淺出地介紹科學家今天對于自然世界的認識。本書的介紹是多角度的：不但有宏觀的解讀，還有微觀的分析；我們不但回顧了科學發展的歷史，也介紹了今天*重要的前沿研究，包括大量獲得諾貝爾獎的工作。 本書另一個特色，就是采用一種開放的學術態度。本書不但會介紹今天的科學家對于自然已有的認識和其主流理論，還會介紹科學家目前還不能解決的問題。通過這樣的介紹，讀者不但會對自然世界有一個更準確的認識，他們還能知道現有的知識有何不足，下一代的科學家的機會在哪里？ 本書由四位教授合作寫成。作者都是國際水平的科學家，非常熟悉科學的前沿發展。他們把高深的科學理論用淺顯的語言來說明，希望幫助啟發讀者的獨立思考和好奇心；這些精神是許多科學家得以成功的關鍵。
宏觀科學叢書:我們的物質世界從何而來? (彩圖版) 目錄
**章
導言：人類是怎樣了解自然的？
回顧了人類在歷史上是如何嘗試去了解自然的, 科學是怎樣一步一步發展起來的。不但介紹了本書的內容，也介紹了本書的特色。
第二章
什么是宇宙？
宇宙是什么？宇宙從何而來？宇宙由什么構成？宇宙是恒久不變的嗎？這些都是許多人很想知道的問題。本章嘗試根據現代宇宙學*新的研究來提供一些回答。
第三章
物質是如何構成的？
我們知道物質由原子構成。但原子是那么小，我們如何知道它的結構？為了要了解原子的物理性質，科學家在20 世紀發展了一套新的理論，稱為“量子物理”。這套量子理論是怎么樣發展出來的呢？它是如何能解釋原子結構和性質的？
第四章
現代粒子物理學的標準模型
現在已知原子是由更基本的亞原子粒子構成的。不過，人們發現有些組成原子的粒子（質子和中子）也并非是*基本的，它們本身又是由一些更基本的粒子構成的。事實上，宇宙中有數以百計的不同性質的粒子。有些粒子相信是用來組成物質的，而有些粒子卻被認為是用來傳遞物質與物質之間的作用力的。目前的粒子物理學是如何解釋這些粒子的來源和性質的？
第五章
神奇的量子世界
美國有一位著名的物理學家理查德?費曼曾經說過一句很有名的話：“我敢保證沒有人真正了解量子力學！彼麨槭裁催@樣說？量子力學真的那么神奇嗎？在本章里，我們回顧為什么目前*牛的科學家對量子世界還有那樣大的困惑。
第六章
如何解釋物質的量子性質？
從物質波的觀點看自然世界本章探討如何嘗試突破在量子理論里的傳統思維。*新的研究顯示，如果把粒子視為真空的激發波，那么量子世界里面一些神奇的地方就可以得到合理的解釋。
第七章
從粒子世界到物質世界
—宇宙中的不同化學元素是如何產生的目前, 科學家認為宇宙起源于大爆炸。不過這個宇宙大爆炸理論只預言了*簡單的原子（氫和氦）的產生。然而在現實世界里的許多物體，包括我們自己的身體，都是由多種不同的元素組成的。這些比氫重得多的化學元素是如何產生的呢？
第八章
我們在宇宙中的家園——地球
太陽系中只有地球適宜人類居住，是什么條件使地球有別于系內的其他行星？認識地球是一項綜合應用與基礎研究的龐大工作，我們在此為大家提供一個扼要的介紹。
第九章
總結篇：我們今天對自然的認識到了什么樣的程度？還有哪些待解的難題？
對于從大到小不同尺度的自然世界，我們都已經有了不少的認識。但是對于極小尺度和極大尺度的世界，我們的認識卻依然非常不足。目前許多的理論還帶有不少推測的成分，其出發點往往是追求數學的美, 而非自然的真。在今天，科學家現在努力地去尋找驗證這些理論的實驗證據。在本章里，我們列出一些科學界現在十分關注的基本問題。
全書圖的出處
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宏觀科學叢書:我們的物質世界從何而來? (彩圖版) 節選
人類近代在科學上取得了突破性的發展 從16 世紀開始，歐洲迎來了科學上的快速發展，結束了之前1000 多年的黑暗時代。 這種變化，主要由五個原因造成。 （1）文藝復興。中世紀后期，意大利北部由于貿易的發展變得非常繁榮。當地的貴族和富有的商人有了充分的資源來支持藝術和文化的發展。人們對希臘古典的文明非常向往，造成了一種十分活躍的學術氣氛。 （2）伊斯蘭文明的影響。在中世紀，伊斯蘭文明融合了中亞和古希臘文明，使科學發展方面放出了異彩。這與在基督教控制下的歐洲形成一種強烈的對比，尤其是伊斯蘭學者在天文學、物理學和數學上的發展大大地影響了西歐的一些學者。這就為近代西歐在科學上的發展做了一些有利的奠基工作。 （3）宗教改革。中世紀末期，基督教教會一些腐敗的情形充分地暴露了出來。許多信徒對于當時的教會很不滿意，要進行宗教改革。16 世紀初，德國的馬丁?路德（Martin Luther）開始推行一種新教運動，這個運動在歐洲其他地方也得到熱烈的響應。經過一系列的戰爭和混亂，歐洲的基督教會分裂為“天主教”（或稱“舊教”）和“基督教”（或稱“新教”），這次宗教改革運動大大地削弱了羅馬教廷對歐洲人的思想控制。 （4）工商業的發展。從15 世紀開始，歐洲人積極地發展航海事業，*初是葡萄牙人繞過非洲南部的好望角，找到了通往亞洲的海路。后來西班牙人支持的哥倫布（Christopher Columbus）橫跨了大西洋，到達了美洲。海路運輸的發達促進了貿易的發展，而對殖民地的掠奪又大大地增加了歐洲人的財富。這些經濟活動使得歐洲的工商階層迅速地冒起，各種行會的成立也增加了這些工商業主的政治實力。此外，遠程的航；顒右布哟罅巳藗儗τ谔煳暮偷乩碇R的需求。同時，生產活動又刺激了對于機械的研究和制造。這些都為歐洲后來在科技上的發展提供了巨大的動力。 （5）理性主義受到重視。到了17 世紀、18 世紀，歐洲在思想上開始逐漸擺脫了教會和貴族的束縛。一些歐洲的學者積極地參與自然哲學的研究。人們開始對人理解大自然運行的規律有了更大的信心。這時候還發展了一些明確的科學方法。例如弗蘭西斯?培根（Francis Bacon）和笛卡兒（René Descartes）分別倡導用歸納法（induction）和演繹法（deduction）來研究自然世界。這種理性主義的精神，到了18 世紀啟蒙運動時得到更進一步的發展。 從16 世紀開始到19 世紀末，可以稱為人類對于自然了解飛躍發展的年代。天文學、力學、電磁學、光學和熱力學，在此期間都建立起了完整的體系。在這段時間內出現了好幾位劃時代的科學家，包括牛頓、法拉第和麥克斯韋等。他們為人類了解自然做出了非常卓越的貢獻。 牛頓創立了經典力學 這段時間的一項非常偉大的科學成就，就是由牛頓（IsaacNewton）創立的經典力學。這項工作，對于人類理解自然和利用自然，都有十分巨大的影響。在今天的科學界，許多人認為牛頓是有史以來*偉大的物理學家。牛頓出生在1642 年，他的家境并不富裕，父親很早就過世了。他是一位多才多藝的人，喜歡觀察和實驗。在他年輕的時候，他很喜歡做木工，曾經制作過很多個日晷。在十幾歲的時候，也曾在家鄉里干了幾年農活。他利用這段時間去觀測天上的星象。在他讀中學的時候曾寄宿在一家藥店里，他對一些制藥的過程做了很多觀察，因而也知道了一些關于化學實驗的知識。他的一位舅舅是位牧師，發現牛頓有數學上的興趣，后來就推薦他上劍橋大學的三一學院。牛頓在那里遇到一位非常好的老師—巴羅(Isaac Burrow)。巴羅教授不但是當時英國首屈一指的物理學家（他是**任的盧卡斯講座教授），思想也非常開明。他在大學里不但講授了自己的一些科學理論，同時還介紹其他人的不同看法。這對學生非常有啟發性。牛頓也因此得益不少。 牛頓的工作對于人類了解自然有著十分巨大的貢獻。他是**個系統地把自然界事物的運動規律找出來的人。他所發現的這些規律不但很成功地解釋了天體的運動，還大大地幫助了機器和建筑的設計。牛頓的這項工作既是通過自己的細心觀察，同時也受到前人在天文及物理研究上的啟發，特別是哥白尼的“日心說”和開普勒的三大定律，以及伽利略對于古代經典物理思想的突破。根據這些研究，牛頓創立了一套新的經典力學理論，就是牛頓的三大定律和萬有引力定律。同時，為了方便應用這些定律來計算運動的軌跡，牛頓發明了一種新的數學方法，即微積分。這就大大地促進了人們對于自然界運動的掌握能力。 牛頓對于科學的貢獻還不止于此，他對于光學也很有研究。他是**個指出白光其實是由多種顏色的光合成的。而且，他的研究也顯示光可以具有粒子的性質。牛頓在科學儀器的發展上也很有貢獻，他制造了**架反光式天文望遠鏡。據說，他這套望遠鏡到今天還被保存著。 人類開始掌握電磁學和光學的規律 近代另外一項非常偉大的科學成就，就是由麥克斯韋（JamesMaxwell）集大成的電磁學和光學理論。對于電和磁的現象，人類在很早的時候就已經發現了。例如古代的人已經知道琥珀在獸皮上摩擦會產生靜電。中國人很早就知道有些金屬帶有永磁性質，并且可以利用它來制造指南針。在幾百年前，許多歐洲人已經記錄了種種關于電的現象。但直至19 世紀初，人們對于電和磁的物理性質才開始有了深入的認識。18 世紀末，歐洲科學家發明了能夠儲存靜電的容器“萊頓瓶”（Leyden jar）。19 世紀初，意大利物理學家伏特（Alessandro Volta）又發明了電池。這些發明提供了方便的電源，使得一些早期的電學實驗能夠重復進行。法國的物理學家安培（André-Marie Ampère）發現通電的導線會產生磁場，并找出了電流與其產生的磁場之間的關系。他由此得出了“安培定律”。差不多在同一時期，英國的科學家法拉第（Michael Faraday）做了大量關于電和磁的關系的實驗。他發現當一個線圈內的磁場改變時，這個線圈會產生一種電位差，這個現象被稱為“電磁感應”。法拉第由此得出了“電磁感應定律”。同時，法拉第利用了這種電磁感應原理，發明了**個發電機。從此人們可以把機械能轉化為電能。這是一項革命性的成就。 到了19 世紀中葉，歐洲的科學家和工程師已經在大量地研究和應用電和磁的技術，包括架設聯通不同地方的電報通信系統。但是，當時人們對于電和磁的物理規律還是缺乏一套系統的理論。這項工作后來就由英國的科學家麥克斯韋出色地完成了。麥克斯韋利用微積分的數學理論，把之前從實驗中發現的有關電和磁的幾個定律聯系起來，這些定律包括庫侖定律、安培定律、法拉第電磁感應定律和高斯定律。 麥克斯韋當時用了20 個方程式和20 個變量來描述電磁學的全部規律。后來有了向量分析的數學技術，這些麥克斯韋方程就可以進一步簡化為4 個方程式。通過這些方程式，人們就可以解釋和計算幾乎所有電磁學上的問題。 不但如此，麥克斯韋通過他的方程式計算出電磁波的傳導公式。這個公式里面得出的波的速度為3×108 m/s，與已知的光速相等。由此，他認為光波就是一種電磁波。這樣光學與電磁學就可以得到理論上的統一。這個理論后來經過赫茲（Heinrich Hertz）的實驗驗證，很快就被物理學界廣泛地接受了。 因此，19 世紀在電磁學上是一個劃時代的發展階段。經過一系列的實驗與理論工作，人們開始知道自然界的電和磁是同一現象。電和磁是共生的。不但如此，從麥克斯韋的電磁理論里面可以知道，其實光也是一種電磁波。因此光學和電磁學其實是建立在同一個物理基礎上的。 熱力學也得到了發展 在近幾世紀還有一項有重大影響的科學成就，就是熱力學的發展。熱力學是研究熱現象中物態轉變和能量轉移的學科。不但與動力系統的設計和化學工程有直接的關系，對于自然的觀察也具有重大的指導作用。人類在很早的時候就認識到自然中有三種狀態的物體，即氣體（如空氣）、液體（如水）和固體（如石頭）。但是人們并不清楚，其實同一種物質在不同的溫度可以有三態。熱力學解釋了這些隨著溫度而改變的物態轉變，同時也解釋了在很多物理過程中，熱能和做功會如何改變一個系統內部的能量。 18 世紀到19 世紀，由于工業發展的需要，如何改善蒸汽機成了一項重要的研究課題。這就為熱力學的研究提供了強大的誘因。而就在那個時候，對于溫度和壓力的量度已經有很好的儀器。抽氣機的發明也使得人們可以在實驗室里面制造真空。這就為熱力學的實驗創造了良好的條件。17 世紀，波義耳（Robert Boyle）已經得出了波義耳定律。這個定律后來與其他的幾個定律合并，得出了理想氣體定律。它說明在一個封閉系統里面，氣體的體積、壓力和溫度之間的關系。18 世紀中葉，瓦特（James Watt）設計了效率不錯的蒸汽機。19 世紀50 年代，人們發現了熱力學的**定律和第二定律。1860 年，麥克斯韋提出了一個氣體的動力學理論，里面提到一種能量的分配函數。這項工作在1872 年由玻爾茲曼（LudwigBoltzmann）進一步發展。他們的工作就奠定了今天被稱為“麥克斯韋- 玻爾茲曼分布”的統計模型。這個模型很好地解釋了在自然界里面許多系統的能量分布。 19 世紀末，人們以為已經完全掌握了自然的規律 從上述的討論可知，近幾世紀對于自然的研究，不但大大地增進了人類對自然的了解，使得我們對動力學、電磁學和光學都得到了透徹的認識，還大大地提升了人類利用自然的能力？梢哉f，牛頓的經典力學和熱力學奠定了**次工業革命的理論基礎 。而19世紀對于電磁學的研究則奠定了第二次工業革命的理論基礎。 經過近幾世紀科技的飛躍發展，當時的許多學者認為他們對于自然的了解已經非常充分了。所以在19 世紀末，有很多學者認為人類對于所有的自然規則都已經掌握，以后的學者需要做的只是怎么樣運用這些規則去把自然界的事物做更詳盡的描述。有一個故事可以生動地說明這一點。據說在19 世紀的*后一天，歐洲許多著名的科學家聚在一起慶祝新世紀的到來。會上，英國著名物理學家開爾文（Lord Kelvin）發表了新年祝詞。他在回顧當代物理學所取得的偉大成就時說：“今天物理大廈已經落成，剩下來的大概就只是一些修飾的工作！薄
宏觀科學叢書:我們的物質世界從何而來? (彩圖版) 作者簡介
張東才 教授（Prof. Donald Choy CHANG） 臺灣大學物理學學士，美國萊斯大學（Rice University）物理學碩士及博士。曾任教于美國貝勒 (Baylor) 醫學院及萊斯大學。1991 年加入香港科技大學，歷任該校教授及講座教授。曾在北京大學（1981）與清華大學（1986）短期講學；并曾在加州大學圣地亞哥分校（1996）與錢永健教授合作研究，F任香港科技大學特聘教授。張教授的研究興趣很廣，包括生物物理和量子物理。現為香港科大宏觀科學計劃的負責人。 王一 教授（Prof. Yi WANG） 中國科技大學學士（2005）， 中科院理論物理研究所博士（2009）。王博士曾在加拿大麥吉爾大學（McGillUniversity）和東京大學從事博士后研究工作。 2013—2015年間，他是劍橋大學的史蒂芬·霍金高級學者（StephenHawking Advanced Fellow）。2015 年加入香港科技大學，現任該校物理系副教授。 他也是香港科技大學粒子理論與宇宙學小組的核心成員。 王國彝 教授（Prof. Michael Kwok-Yee WONG） 香港大學物理學學士， 美國加州大學洛杉磯分校（University of California, Los Angeles）物理學碩士和博士。他其后在倫敦帝國學院（Imperial College London）和牛津大學進行博士后研究。王教授于1992 年加入香港科技大學，現為香港科技大學物理系教授。王教授的研究興趣很廣，包括：復雜系統物理學，神經網絡，機器學習，控制論以及天體物理。 陳炯林 教授（Prof. Kwing-Lam CHAN） 美國加州大學伯克利分校學士（1970），普林斯頓大學物理博士（1974）。陳教授于1975—1980 年曾任加拿大卡加里大學（University of Calgary）及皇后大學研究員，1980—1994 年任職于美國宇航局，1994 年加入香港科技大學數學系。他是一位天體學專家，研究范圍包括天文物理，流體力學等。2007 年陳教授受邀成為中國嫦娥計劃的顧問科學家。陳教授現為澳門科技大學月球與行星科學國家重點實驗室教授。
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