粒子與宇宙

前言

1945年，兩枚核彈終結(jié)了第二次世界大戰(zhàn)，這是對(duì)物理學(xué)威力的一次展示，讓人惶恐而又令人信服。由世界上最杰出的一些科學(xué)頭腦醞釀出的這次核爆炸摧毀了廣島和長(zhǎng)崎這兩座日本城市，迫使日本不得不無(wú)條件投降。應(yīng)該說(shuō)，物理學(xué)和物理學(xué)家的身影貫穿于第二次世界大戰(zhàn)的始終，而原子彈只是最生動(dòng)的一個(gè)例子。從那些用于炸壩的在水中跳躍前進(jìn)的炸彈到那些感應(yīng)到船體出現(xiàn)便發(fā)生爆炸的水下魚(yú)雷，第二次世界大戰(zhàn)實(shí)際上也是一場(chǎng)科學(xué)的較量。第二次世界大戰(zhàn)讓所有人，包括那些多疑的軍事領(lǐng)導(dǎo)人相信，物理學(xué)是一門(mén)很重要的科學(xué)。然而，物理學(xué)的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)延伸到了戰(zhàn)場(chǎng)之外，物理學(xué)原理幾乎關(guān)系到世界的每個(gè)部分，觸碰了人們生活的方方面面。颶風(fēng)、閃電、汽車引擎、眼鏡、摩天大廈、足球，甚至包括我們?cè)趺醋?、怎么跑，所有這一切都要服從科學(xué)規(guī)律的安排。在諸如核武器這樣的話題或者有關(guān)宇宙起源的最新理論面前，物理學(xué)和我們?nèi)粘Ｉ畹年P(guān)系往往顯得黯然失色?！拔覀兪澜缰械奈锢怼边@套叢書(shū)的目標(biāo)就是去探究物理學(xué)應(yīng)用的各個(gè)方面，描述物理學(xué)如何影響科技、影響社會(huì)，如何幫助人們理解宇宙及其各個(gè)相互聯(lián)系的組成部分的性質(zhì)和行為。叢書(shū)覆蓋了物理學(xué)的主要分支，包括如下主題：力學(xué)與動(dòng)力學(xué)電學(xué)與磁學(xué)時(shí)間與熱動(dòng)力學(xué)光與光學(xué)原子與材料粒子與宇宙“我們世界中的物理”叢書(shū)的每一冊(cè)均闡釋了有關(guān)某個(gè)主題的基本概念，然后討論了這些概念的多種應(yīng)用。雖然物理學(xué)是數(shù)學(xué)類學(xué)科，但這套叢書(shū)主要聚焦于思想的表達(dá)，而數(shù)學(xué)知識(shí)并不是重點(diǎn)，書(shū)中只涉及一些簡(jiǎn)單的等式。讀者并不需要具備專門(mén)的數(shù)學(xué)知識(shí)，當(dāng)然，對(duì)于初等代數(shù)的理解在有些時(shí)候還是很有幫助的。實(shí)際上，每一冊(cè)可以討論的話題的數(shù)量幾乎是無(wú)限的，但我們只能選取其中的一部分。令人遺憾的是，不少有趣的東西就這樣不得不被省略掉。然而，叢書(shū)的每一冊(cè)都涉獵了非常廣泛的材料。我曾經(jīng)參加過(guò)一個(gè)討論會(huì)，會(huì)上一位年輕學(xué)生問(wèn)教授們，是否需要備有最新版本的物理教科書(shū)。有一位教授回答說(shuō)，不，因?yàn)槲锢韺W(xué)的原理“多年來(lái)一直沒(méi)有改變”。這個(gè)說(shuō)法大體上是對(duì)的，但這只是對(duì)物理學(xué)的效力的一個(gè)證明。物理學(xué)的另一個(gè)支撐來(lái)源于建立在這些原理之上的令人吃驚的諸多應(yīng)用，這些應(yīng)用仍在不斷擴(kuò)展和變化，其速度之快非同尋常。蒸汽機(jī)已經(jīng)讓位給了用在跑車和戰(zhàn)斗機(jī)上的強(qiáng)大內(nèi)燃機(jī)，而電話線也正在被光導(dǎo)纖維、衛(wèi)星通訊和手機(jī)等取代。這套叢書(shū)的目標(biāo)就是鼓勵(lì)讀者去發(fā)現(xiàn)物理學(xué)在各個(gè)方面、各個(gè)領(lǐng)域所起的作用，現(xiàn)在的、過(guò)去的以及不遠(yuǎn)的將來(lái)的……

內(nèi)容概要

世界上最小的粒子是什么？浩瀚的宇宙又蘊(yùn)藏著什么樣的奧秘？翻開(kāi)《粒子與宇宙》這本書(shū)，你就開(kāi)始了一段穿越時(shí)空的旅行。你可以到粒子動(dòng)物園去看看夸克是什么樣子，也可以乘上宇宙飛船到蒼茫的太空中去捕捉來(lái)自天外的信號(hào)，你還可以扇動(dòng)著想象的翅膀回到時(shí)間的起點(diǎn)去一睹大爆炸的悲壯，或者飛向未來(lái)去看看數(shù)十億年之后的宇宙將會(huì)怎樣。一個(gè)小小的原子何以能毀滅地球？光是波還是粒子？所有的物質(zhì)都是由什么構(gòu)成的？我們能回到過(guò)去嗎？宇宙從哪里來(lái)又將到哪里去？所有這些已知的、未知的世界之謎都等待著你去探索?！读Ｗ优c宇宙》一書(shū)分5章介紹了核物理、量子理論、粒子物理、相對(duì)論和宇宙學(xué)的有關(guān)知識(shí)，深入淺出地為我們?cè)佻F(xiàn)了知識(shí)發(fā)現(xiàn)的過(guò)程，并介紹了這些知識(shí)的當(dāng)前或者潛在應(yīng)用。這本書(shū)集科學(xué)性與趣味性于一身，從微觀到宏觀，從過(guò)去到未來(lái)，既傳遞信息，又啟發(fā)思考。經(jīng)典物理學(xué)讓位于現(xiàn)代物理學(xué)是科學(xué)發(fā)展的必然結(jié)果，然而，關(guān)于世界的奧秘，我們要去探索的還有很多很多……

作者簡(jiǎn)介

凱爾·柯克蘭德博士(Kyle Kirkland)，1998年在賓夕法尼亞大學(xué)獲得神經(jīng)科學(xué)的博士學(xué)位，主要研究方向是視覺(jué)系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。他的跨學(xué)科背景和興趣促使他發(fā)表了關(guān)于科學(xué)的歷史以及科學(xué)在當(dāng)前和未來(lái)對(duì)社會(huì)的影響等多篇文章。凱爾·柯克蘭德同時(shí)也是Fscts on File出版公司出

書(shū)籍目錄

前言鳴謝簡(jiǎn)介1  核物理：輻射、武器和反應(yīng)堆  原子核  輻射  原子彈  E=mc2  核能  核醫(yī)療學(xué)  核動(dòng)力宇宙飛船  聚變：未來(lái)的核能2  量子力學(xué)  微小粒子的力與運(yùn)動(dòng)  波粒二象性  電子顯微鏡  知識(shí)的限度  量子計(jì)算機(jī)  傳送“我”：量子隱形傳送3  粒子物理學(xué)  粒子加速器  回旋加速器——R約去R  所有物質(zhì)是由什么構(gòu)成的  反物質(zhì)  物質(zhì)一反物質(zhì)湮滅  用反物質(zhì)給人體照相  用反物質(zhì)推進(jìn)宇宙飛船  標(biāo)準(zhǔn)模型：基本粒子及其相互作用4  相對(duì)論  阿爾伯特·愛(ài)因斯坦的假設(shè)  邁克爾遜一莫雷實(shí)驗(yàn)  時(shí)間膨脹和長(zhǎng)度收縮  狹義相對(duì)論的方程式  雙生子悖論  引力和廣義相對(duì)論  黑洞5  宇宙學(xué)  宇宙大爆炸  超新星、脈沖星和類星體  萬(wàn)物的理論  宇宙的命運(yùn)結(jié)語(yǔ)元素周期表化學(xué)元素表譯者感言

章節(jié)摘錄

1　核物理：輻謝、武器和反應(yīng)堆早在20世紀(jì)初，年輕的化學(xué)家喬治·赫維西(George de Hevesy，1885—1966)在吃由女房東準(zhǔn)備的食物時(shí)，懷疑食物是上一頓吃剩下的，他決定檢驗(yàn)一下自己的懷疑。有一天，他在吃完飯后往殘留在盤(pán)子上的食物中注人了很少量的沒(méi)有危害的化學(xué)物質(zhì)。這種物質(zhì)具有微弱的放射性：它的原子向外輻射能夠由敏感儀器檢測(cè)到的射線。后來(lái)，赫維西的女房東給他端上了一份具有放射性的食物——里面有他上一頓留在盤(pán)子里的食物。赫維西是廣泛應(yīng)用放射示蹤技術(shù)的先驅(qū)，他和其他一些科學(xué)家引領(lǐng)了現(xiàn)代核物理應(yīng)用的道路。原子核的物理學(xué)導(dǎo)致了大量震驚世界的科學(xué)發(fā)展：古老物質(zhì)的放射性年代鑒定、產(chǎn)生巨大電能的核能反應(yīng)堆、最具毀滅性的核彈。本章描述了這些重要的發(fā)明，并闡述了核物理的基本原理。原子核對(duì)20世紀(jì)物理學(xué)的形成有著重要貢獻(xiàn)，它由被叫做質(zhì)子和中子的微小粒子組成。原子核非常之小，1000億個(gè)原子核堆在一起才有一根頭發(fā)那么粗。原子核1896年，法國(guó)物理學(xué)家安東尼一亨利·貝克勒爾(Antoine—Henri Becquerel，1852——1908)在瀝青油礦中發(fā)現(xiàn)了放射線，不知不覺(jué)地開(kāi)啟了核物理的時(shí)代。瀝青油礦是一種包含鈾元素的礦物質(zhì)，鈾的含量越高，放射線就越多，所以鈾是一種重要的元素。波蘭物理學(xué)家瑪麗·居里(Marie Curie，1867—1934)創(chuàng)造出輻射(radioactivity)這個(gè)術(shù)語(yǔ)用來(lái)描述這些射線的發(fā)射。

編輯推薦

《粒子與宇宙》評(píng)述了艾薩克·牛頓爵士以及與他同時(shí)代的物理學(xué)家的定律和理論如何通過(guò)研究和實(shí)驗(yàn)而演化成了“現(xiàn)代”物理學(xué)?！读Ｗ优c宇宙》論及的那些觀察、理論及其檢驗(yàn)極大地推動(dòng)了人類先前未曾涉足的宇宙新領(lǐng)域的科學(xué)知識(shí)發(fā)展?！读Ｗ优c宇宙》包括40多幅黑白照片和插圖，附錄化學(xué)元素周期表和化學(xué)元素表。

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