从零开始读懂空间--聚文网

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内容简介

随着人类对自然的不断深入探索，空间观念也经历了“抽象→具象→再抽象→泛化”的过程。相对论帮助我们意识到，空间不仅是宇宙演化的舞台和背景，同时也是参与其中的角色之一。量子理论则将物理学从风平浪静的实数空间延伸到了波谲云诡的复数空间。那些神奇的量子效应，皆与复数空间的特殊结构有关。近现代物理学甚至将对称性视为一种空间维度，由此发展出的规范场论已成功统一了宇宙中除引力之外的其他相互作用，并构建了基本粒子标准模型。纤维丛理论、拓扑理论等更艰深的数学理论与物理学前沿领域广泛结合，遍地开花，物理学前所未有地呈现出“无处不几何”的局面。本书围绕空间观念的演化，带读者领略物理学的发展历程及前沿发现。本书非常适合广大物理学爱好者，尤其是对空间概念感兴趣的读者阅读。

作者简介

董唯元科普作家，毕业于北京大学物理系及首届元培实验班。 “返朴”“集智俱乐部”等专业学术媒体物理学相关内容长期邀约撰稿人。自幼热爱物理学，12岁时为了理解黑洞而自学了微积分，中学期间凭借物理竞赛和数学竞赛保送北京大学物理系。1997年毕业后获得麻省理工学院曲率动力航行课题组邀约，但因在国内获得商业投资，遂放弃赴美留在国内创业。从商期间一直关注物理学前沿进展，并热心于物理相关科普工作。曾多次举办科普讲座，向投资人和企业主管等非专业人士介绍物理学前沿进展。廖鑫渺民航空管指挥调度工程师，毕业于中国民用航空飞行学院。主要研究方向为现代几何学及前沿科学在飞行程序设计、航路航线规划、空域管理、通信导航等领域的应用。

第一部分初识几何空间第1章欧氏几何与非欧几何 1.1 几何学的圣经 1.2 难以证明的第五公设 1.3 弯曲空间中的几何 1.4 标量、矢量和张量第2章体会高维空间 2.1 正多面体 2.2 高维超立方体 2.3 超球体的“体积”和“表面积” 第3章拓扑几何 3.1 什么是拓扑 3.2 只有单面的纸 3.3 不变量和不动点第4章美妙的对称 4.1 真空中的球形奶牛 4.2 描述对称性的数学语言 4.3 纤维丛理论第二部分经典物理时空第5章闵可夫斯基时空 5.1 狭义相对论新解 5.2 时空间隔 5.3 光锥和时序第6章物质与时空 6.1 最小作用量原理 6.2 质量、能量和动量 6.3 时空中的电磁场第7章时空的弯曲 7.1 曲率和时空度规 7.2 广义相对论方程 7.3 方程的第一个解 7.4 黑洞第三部分量子与时空第8章量子力学与复数 8.1 量子态 8.2 量子非定域性 8.3 实在性之辨第9章量子场论 9.1 场的量子化 9.2 普朗克长度 9.3 真空中的能量 9.4 基本粒子标准模型第10章万物理论中的高维空间 10.1 大统一理论和弦理论 10.2 超对称带来超空间 10.3 弦理论与空间维度数量 10.4 卷曲的空间维度第四部分时空的本质和起源第11章维度只是幻象 11.1 对偶关系 11.2 无毛的黑洞却有熵 11.3 黑洞信息悖论 11.4 全息原理第12章信息、物质与时空 12.1 空间量子化 12.2 自旋网络 12.3 量子信息网络

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