生物物理學：能量、信息、生命 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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美納爾遜，黎明，戴陸如 著

圖書標籤:

• 生物物理學
• 物理學
• 生物學
• 能量學
• 信息論
• 生命科學
• 交叉學科
• 係統生物學
• 計算生物學
• 納米生物學

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出版社： 上海科学技术出版社

ISBN：9787532386222

商品编码：27261722439

包装：平装

出版时间：2006-12-01

基本信息

書名：生物物理學：能量、信息、生命

定價：97.00元

作者：(美)納爾遜 ,黎明,戴陸如

齣版社：上海科學技術齣版社

齣版日期：2006-12-01

ISBN：9787532386222

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝

開本：

商品重量：0.999kg

編輯推薦

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內容提要

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本書不僅以輕鬆有趣的方式扼要介紹瞭大量與主題密切相關的生物學、軟物質等學科的知識要點，而且作者不惜花費相當篇幅，用深入淺齣的語言，結閤實例生動地闡述瞭如何從具體的生物學現象齣發提齣恰當的物理問題，並進而選擇恰當的數學工具解決問題。對初涉研究的學生而言，這種貫徹全文的學“問”式教學理念無疑更具趣味性和啓發性，同時更能培養一種難能可貴的開放式求知態度和持久的學習熱情。
本書采用瞭多種版式體例，使不同知識點之間形成瞭多層次、多綫索的豐富聯係，顯得一目瞭然、主次分明。這種精心編排，不僅使本書既高屋建瓴又具體而微的風格更加鮮明，而且也更加實用。對意欲從事交叉學科研究的讀者而言，本書完全有資格作為的入門教材。即便不是專門從事生物物理學研究的讀者，由於本書的內容及行文兼具科普讀物的特點，相信也能從閱讀中獲得相當多的樂趣和領悟，並得到基本的物理學訓練（尤其是在熱力學和統計物理方麵）。這或許是本書深受不同領域眾多師生喜愛的原因。

目錄

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緻學生
緻指導教師
緻謝
第Ⅰ部分 謎、隱喻及模型
章 預備知識
1.1 熱
1.2 生命如何産生有序
1.3 題外活：廣告、哲學與語用學
1.4 如何在考試中錶現更好（以及如何發現新的物理定律）
1.5 物理和化學中的其他關鍵思想
小結
拓展
習題
第2章 細胞內部結構一覽
2.1 細胞生物學
2.2 分子類彆清單
2.3 跨越鴻溝：分子器件
小結
拓展
習題
第Ⅱ部分 擴散、耗散及驅動
第3章 分子的舞蹈
3.1 生活中的概率
3.2 理想氣體定律解密
3.3 題外話：遺傳現象的啓示
小結
拓展
習題
第4章 無規行走、摩擦與擴散
4.1 布朗運動
4.2 題外話：愛因斯坦所扮演的角色
4.3 其他類型無規行走
4.4 關於擴散的更多知識
4.5 函數、導數與“地毯下的蛇”
4.6 擴散概念用於考察生物學
小結
拓展
習題
第5章 慢航道中的生命：小雷諾數世界
第6章 熵、溫度與自由能
第7章 細胞內的熵力
第8章 化學力和自組裝
第Ⅲ部分 分子、機器、工作機製
第9章 大分子的協同變構
0章 酶與分子機器
1章 嵌膜機器
2章 神經衝動
後記
譯後記
附錄A 符號及單位
附錄B 數值
引用說明
參考文獻
索引

作者介紹

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文摘

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序言

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《量子糾纏與宇宙拓撲學：超越經典視界的探索》 導言： 在二十一世紀的科學前沿，我們正麵臨著一係列深刻的挑戰，這些挑戰不僅關乎我們對物質世界基本構成的理解，更觸及瞭空間、時間和信息在最微觀層麵上的本質屬性。本書《量子糾纏與宇宙拓撲學：超越經典視界的探索》旨在深入探討兩個看似遙遠卻在基礎物理學中緊密交織的前沿領域：量子信息理論的核心——量子糾纏，以及描述時空宏觀幾何結構的宇宙學——宇宙拓撲學。 本書並非對現有物理學教科書的簡單補充，而是一次跨越學科邊界的認知遠徵。我們力求在嚴格的數學框架內，揭示量子力學深層非定域性如何與宇宙尺度上的結構形成産生意想不到的聯係。本書麵嚮具備紮實高等數學基礎和初步量子力學知識的讀者，旨在引導他們超越麥剋斯韋方程組和愛因斯坦場方程的經典範式，進入一個充滿奇特現象和深刻哲學意涵的超驗領域。 第一部分：量子糾纏的非定域性與信息悖論 第一章：量子糾纏的精確數學描述 本章首先迴顧瞭希爾伯特空間、張量積空間以及可分離態與糾纏態的嚴格定義。我們將重點分析貝爾不等式及其在實驗中被不斷證實的物理意義。不同於僅關注其應用性的介紹，本章著重於如何利用密度矩陣和馮·諾依依曼熵來量化糾纏的程度，特彆是針對多體係統中的“純糾纏”與“混閤糾纏”的區分。我們還將探討馮·諾依依曼熵在描述係統信息丟失方麵的局限性，並引入糾纏熵的張量網絡錶示法，為後續的幾何化奠定基礎。 第二章：糾纏的動力學與退相乾機製 糾纏並非永恒不變。本章深入研究瞭開放量子係統理論，闡述瞭環境耦閤如何導緻糾纏的衰減，即退相乾現象。我們詳細分析瞭主要的退相乾模型，包括隨機波包演化模型和碰撞模型，並討論瞭如何通過特定的拉普拉斯算符或哈密頓量結構來模擬和抑製退相乾效應。關鍵部分將聚焦於“量子時間”的概念，探討在快速退相乾極限下，量子態的演化是否仍遵循薛定諤方程的普適性。 第三章：糾纏與時空幾何的初探 這是本書從微觀信息走嚮宏觀幾何的橋梁。我們引入瞭“ER=EPR”猜想，即愛因斯坦-羅森橋（蟲洞）等價於愛因斯坦-波多爾斯基-羅森（EPR）對。本章將詳細解析如何通過AdS/CFT對偶性框架，將邊界CFT中的糾纏結構映射到體AdS空間中的幾何麯率和測地綫距離。我們將運用張量網絡（如MERA）來模擬黑洞視界麵附近的量子信息流，並探討信息保真度與視界麵麵積之間的聯係，挑戰我們對“時空距離”的直觀理解。 第二部分：宇宙拓撲學的幾何基礎與現代觀測 第四章：黎曼幾何與廣義相對論的迴顧 為瞭理解宇宙的整體結構，我們必須重溫廣義相對論的幾何語言。本章並非泛泛而談，而是側重於適用於宇宙學模型的特定概念：弗裏德曼-勒梅特-羅伯遜-沃爾剋（FLRW）度規的推導與分析。我們著重探討瞭麯率張量、裏奇張量以及標量麯率的物理意義，並明確區分瞭空間麯率（由物質能量密度決定）與拓撲結構（決定空間是否可觀測的整體連接性）。 第五章：可觀測宇宙的拓撲結構 宇宙的拓撲結構決定瞭光綫如何穿越空間，並影響著我們在大尺度結構觀測中可能看到的重復圖像。本章係統梳理瞭拓撲空間的基本定義，如基本群、同調群和同倫群。我們詳細討論瞭若乾重要的宇宙拓撲模型，例如三維環麵（T³）、龐加萊十二麵體空間（Poincaré Dodecahedral Space）以及更復雜的縴維化空間。我們分析瞭如何通過尋找宇宙微波背景（CMB）中的“冷點”或重復的結構來檢驗這些拓撲假設，並評估現有觀測數據對這些模型的約束。 第六章：高維空間與弦理論的拓撲影響 在超越標準FLRW模型的探索中，我們轉嚮高維理論。本章探討瞭弦理論和M理論中緊緻化空間（如卡拉比-丘流形）對低能物理常數和拓撲結構的影響。我們將分析Calabi-Yau流形的霍奇數如何與粒子物理的性質相關聯，以及它們在描述宇宙演化中的潛在作用。此外，還將涉及拓撲弦理論的概念，探究在不同緊緻化方案下，拓撲不變量如何維持其在不同背景下的穩定性。 第三部分：量子信息、引力與時間的本質 第七章：量子引力的拓撲錶述嘗試 本部分試圖整閤前兩部分的主題。我們審視瞭圈量子引力（LQG）中“自鏇網絡”和“自鏇泡沫”的概念，這些結構自然地蘊含瞭離散化的時空拓撲。我們對比瞭LQG如何通過對幾何的量化來自然地處理宇宙大爆炸奇點，並探討瞭其在描述量子信息在彎麯時空中的傳播問題上的優勢。 第八章：黑洞熱力學與信息丟失的終極辯論 黑洞是引力與信息交匯的極端實驗室。本章深入分析瞭霍金輻射的半經典推導，並詳細闡述瞭信息悖論的最新進展。我們將討論防火牆悖論和軟毛理論，重點分析這些理論如何通過改變視界麵附近的量子態結構來維護信息守恒，以及這是否需要對量子糾纏的定義進行修正。我們還將探討信息在量子引力背景下“存儲”於哪種拓撲結構中。 第九章：時間的拓撲流與量子信息流的統一視角 本書的終極思考集中於時間本身。如果時空幾何是糾纏的産物，那麼時間的箭頭和方嚮性是否也源於信息的不可逆演化？本章將結閤“熱力學箭頭”與“量子退相乾”的時間對稱性破缺，探討“熱力學時間”的拓撲含義。我們推測，我們所感知的“時間流逝”可能僅僅是係統在特定拓撲空間中對最大化糾纏態的局部探索過程的宏觀體現。 結論： 《量子糾纏與宇宙拓撲學》的篇幅雖有限，但其野心在於勾勒齣一個統一的物理願景：即宇宙的幾何結構（拓撲）與物質信息（糾纏）並非相互獨立，而是同一枚硬幣的兩麵。本書的結論並非提供最終答案，而是提齣瞭一係列強有力的、需要通過未來實驗和理論突破來驗證的新問題，邀請讀者繼續深入探索這片超越經典物理視界的廣袤疆域。

评分☆☆☆☆☆

坦白說，這本書的閱讀體驗是極具挑戰性的，但這種挑戰感恰恰是其價值所在。它不像市麵上許多科普讀物那樣追求輕鬆愉悅的閱讀感受，而是毫不留情地展現瞭科學探索的艱辛和深度。書中對復雜係統動力學的描述，特彆是關於自組織現象的數學模型引入，對於非專業背景的讀者來說，可能需要花費大量時間去消化和理解背後的數學邏輯。然而，一旦你跨越瞭最初的認知障礙，你會發現作者提供的工具和視角是多麼強大。它不僅解釋瞭“是什麼”，更深入地挖掘瞭“為什麼是這樣”，將生命的隨機性與必然性統一在瞭物理規律之下。我閤上書本時，腦海中縈繞的不是簡單的知識點，而是一幅幅關於生命如何在能量梯度上“跳舞”的動態畫麵，那種深層次的認知衝擊，遠超其他任何我讀過的相關書籍。

评分☆☆☆☆☆

我必須承認，這本書的文字風格帶著一種令人信服的學究氣息，它不追求花哨的辭藻，而是用精確、剋製的語言構建起一個邏輯嚴密的論證體係。我最欣賞的一點是，作者始終保持著一種審慎的態度，不輕易下定論，而是展示瞭當前科學界在解釋生命復雜性時所麵臨的未解難題。例如，它在討論信息如何在生物體內高效儲存和復製時，沒有將問題簡單化，而是深入探討瞭基於量子糾纏或特定拓撲結構的可能性。這種對知識邊界的誠實描繪，反而增強瞭本書的說服力。它更像是一本高級研討會的講義，旨在激發讀者進行更深層次的思考和質疑，而不是提供現成的答案。對於希望理解生命科學前沿瓶頸的嚴肅學習者來說，這本書無疑提供瞭極佳的參照係。

评分☆☆☆☆☆

這本書簡直是一場思維的盛宴，它以一種前所未有的深度和廣度，將我們習以為常的生命現象置於物理學的宏大框架下進行審視。作者的敘述如同一位經驗豐富的嚮導，帶領我們穿梭於復雜的分子機器和宏觀的生態係統之間，每一步都充滿瞭洞察力。我尤其欣賞它在概念構建上的嚴謹性，它沒有滿足於簡單的比喻，而是深入挖掘瞭能量轉換效率、信息熵減等核心物理學原理如何在生物係統中得以體現。讀完後，我感覺自己對“活著”這件事的理解被徹底重塑瞭，那些曾經模糊不清的生物學概念，現在都清晰地映射在瞭能量流動的軌跡和信息傳遞的精確性上。它迫使我重新思考，究竟是什麼樣的物理約束和驅動力，纔使得地球上的生命如此復雜而又如此精妙地自我維持。這本書絕不是為初學者準備的快餐讀物，它需要專注和思考，但所帶來的知識的震撼感是無與倫比的。

评分☆☆☆☆☆

這是一本需要反復咀嚼纔能體會其精妙之處的著作，它的結構設計非常巧妙，仿佛在搭建一座宏偉的知識金字塔。從最基礎的量子效應在生物催化中的作用開始，逐步攀升到細胞信號網絡的拓撲結構分析，每一個章節的邏輯過渡都自然流暢，毫不突兀。我特彆喜歡其中對“耗散結構”的探討，它將熱力學第二定律的冰冷無情與生命的有序湧現進行瞭完美的辯證統一。作者似乎擁有將最晦澀的物理公式“翻譯”成直觀生物學圖像的魔力，使得原本高不可攀的理論變得觸手可及。對於那些對生命現象的根本驅動力感到好奇，並且不滿足於僅僅停留在錶層現象描述的讀者來說，這本書簡直是如獲至寶。它挑戰瞭我們對生命與無序之間界限的傳統認知，帶來瞭一股令人振奮的學術清流。

评分☆☆☆☆☆

閱讀這本書的過程，更像是一次對“生命”這一概念進行哲學性解構和重構的旅程。它擺脫瞭傳統的分類學或功能學的桎梏，將生命的本質剝離到最純粹的物理學元素——能量的流動與信息的編碼。書中的案例選擇極其高明，它們跨越瞭從噬菌體到大型哺乳動物的尺度，但核心的物理原理卻驚人地一緻。這種尺度不變性，讓我對生命形式的普遍性有瞭新的敬畏。作者的行文節奏穩健，不急不躁，總能在關鍵的轉摺點給齣具有高度概括性的論斷，讓人不得不停下來，審視自己已有的知識結構是否需要修正。這本書的偉大之處，在於它沒有試圖“神化”生命，而是將其置於自然界最根本的物理定律之下，揭示瞭生命秩序的誕生，其實是宇宙熵增過程中的一種局部、暫時的、但極其美麗的“反叛”。