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出版者:

作者:王银明

出品人:

页数:165

译者:

出版时间:2001-7

价格:11.90元

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isbn号码:9787040098211

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《微观世界的奥秘：量子力学导论》 内容简介 本书旨在为初学者和对现代物理学有浓厚兴趣的读者，构建一座坚实的量子力学入门桥梁。我们深知，量子世界充满了反直觉的现象和复杂的数学结构，因此，本书的编写理念是“由浅入深，重在理解，适度严谨”。我们不会将读者直接抛入复杂的薛定谔方程或矩阵力学中，而是从历史背景、哲学思辨和关键实验现象出发，逐步揭示这个微观世界的内在逻辑。 第一部分：古典物理的黄昏与新世纪的曙光 本部分首先回顾了十九世纪末经典物理学的辉煌成就及其在解释某些现象时遭遇的根本性困难。我们将详细探讨“黑体辐射问题”，这不是一个简单的技术难题，而是暴露了经典物理学在处理能量量子化问题上的系统性缺陷。麦克斯韦的电磁理论在描述腔体内辐射的能量密度时，预测了“紫外灾难”——一个在实验中从未发生的荒谬结果。我们随后将引入普朗克的革命性假设：能量是以不连续的“量子”形式发射和吸收的。通过对普朗克常数的引入，我们将清晰地展示能量与频率之间严格的比例关系 $E=h u$ 如何成功拟合实验曲线，尽管普朗克本人起初也对此持保留态度。 紧接着，我们将深入分析爱因斯坦对光电效应的成功解释。光电效应的实验结果——光电流的频率依赖性而非光照强度，以及存在一个明确的“截止频率”——直接确立了光的粒子性（光子）。我们详细剖析了爱因斯坦如何运用光量子概念，建立起光子的能量与频率、动量与能量之间的关系，从而完成了对光本性的再认识。随后，我们将简要回顾玻尔的原子模型。虽然玻尔模型在经典轨道理论框架下显得有些“修补匠”的意味，但它在解释氢原子光谱的离散谱线方面取得了巨大的成功，其提出的定态条件和频率条件，虽然是基于经验的假设，却预示了量子化在原子结构中的核心地位。 第二部分：波粒二象性的确立与基本概念的引入 古典物理学中，波和粒子是泾渭分明的概念，但量子世界打破了这一界限。本部分的核心在于阐释“波粒二象性”。我们将从德布罗意的物质波假说开始，探讨电子等基本粒子如何同时展现出波动性。通过对电子衍射实验（如戴维孙-革末实验）的深入分析，我们证明了物质波的普遍性，并推导出物质波长 $lambda = h/p$。 随后，我们将进入量子力学的核心——概率的概念。海森堡的不确定性原理将作为连接微观图像与宏观观测的桥梁。我们不再能同时精确测量粒子的位置和动量，这种内在的限制并非源于测量仪器的精度不足，而是自然的基本属性。我们将用简练的数学表述和直观的物理图像解释 $Delta x Delta p ge hbar/2$ 的物理含义，并探讨它对经典因果律的颠覆性影响。 本章的另一重要进展是波函数的引入。我们将把薛定谔方程的建立过程暂时放在一边，而是先关注波函数 $Psi$ 本身的物理意义。通过对波恩（Born）概率解释的阐述，读者将理解 $left|Psi(x, t) ight|^2$ 代表的是粒子出现在特定位置的概率密度。我们讨论了归一化和概率幅的概念，为后续的数学处理奠定基础。 第三部分：一维势场中的量子行为 为了将抽象的理论具体化，本部分将重点研究一维空间中几种典型的势场问题，这些模型构成了量子力学的“标准范例”。 1. 自由粒子： 描述一个不受任何外力束缚的粒子，其波函数是平面波，动量是确定的，但位置是完全不确定的。这再次强化了不确定性原理。 2. 无限深势阱（一维方箱）： 这是最基础也是最重要的模型之一。我们将详细求解定态薛定谔方程，展示能量的“量子化”如何自然地从边界条件中涌现出来。学生将清晰地看到，只有特定的能量值（本征值）才对应于稳定的驻波解（本征函数）。我们还将讨论零点能的概念，即即使在绝对零度下，系统也具有不为零的最低能量。 3. 有限深势阱与势垒问题： 真实世界中，势能不是无限高的。我们将分析当粒子面对一个有限高的势垒或势阱时会发生什么。重点在于“量子隧穿效应”。我们将解释为什么一个经典上无法越过的势垒，量子粒子却有非零的概率穿过它。隧穿效应的讨论，将结合实际应用，如扫描隧道显微镜（STM）的基本原理。 第四部分：角动量与氢原子结构 将量子力学的框架推广到三维空间，角动量和球坐标系下的薛定谔方程是关键。本部分将集中讨论角动量量子化及其在描述原子结构中的核心作用。 我们将从符号推导开始，展示角动量算符的对易关系，并引入角动量平方算符 $hat{L}^2$ 和 $L_z$ 算符的本征值问题。结果将清晰地表明，角动量在空间中是量子化的，只能取某些离散的值，并由量子数 $l$ 和 $m_l$ 决定。 最后，我们将把这些工具应用于氢原子的薛定谔方程求解。虽然完整的径向方程和角向方程的解法涉及球谐函数和拉盖尔多项式，本书将侧重于解释这些数学结果的物理意义：主量子数 $n$ 决定了能量层级（与玻尔模型相符），而 $l$ 和 $m_l$ 决定了电子在空间中的“形状”和空间取向（轨道角动量的量子化）。我们用量子力学的方式，而非半经验的方法，成功地解释了周期表中元素的结构基础。 结语 本书旨在让读者对量子力学的基本原理建立起直观的认识，理解它如何从经典物理的困境中诞生，以及它如何彻底重塑了我们对物质、能量和实在本质的理解。通过对关键实验和核心模型的详细剖析，我们希望读者能够跨越数学的初步障碍，把握量子力学的精髓所在。 --- （本书未包含对自旋概念的深入讨论，亦未涉及矩阵力学、费曼路径积分或相对论量子力学（如狄拉克方程）的内容，这些将留待后续进阶教材。）

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最让我感到困惑的是这本书的整体结构和逻辑编排。它似乎没有一个清晰的主线贯穿始终，章节之间的衔接显得非常生硬和突兀。我常常在读完一个主题后，发现下一个主题的引入是毫无预兆的，仿佛是把不同讲义随意地拼凑在了一起。这种不连贯性极大地破坏了知识的系统性建构过程。比如，在讨论完相对论的基本假设后，并没有立即深入探讨其直接的物理推论，而是突然插入了一段关于实验技术史的冗长描述，这段内容虽然有价值，但放在那个位置，却完全打断了我的思维流程，让我很难将理论与实验观测建立起紧密的联系。一本好的教材，应该像一座精心设计的建筑，每一步上升都导向更高的平台，让读者对全局有一个清晰的认识。而这本书，更像是随机散落在地上的石块，虽然它们都是构成建筑的材料，但没有一个令人信服的蓝图来指导我们如何将它们组合起来，构建出知识的殿堂。

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这本书，我实在不敢恭维，简直是浪费我的时间。从一开始翻开它，我就感觉到了扑面而来的晦涩和枯燥。作者似乎完全没有意识到，物理学本身虽然深奥，但如果能用生动有趣的方式阐释，即便是初学者也能从中找到乐趣。然而，这本书的处理方式完全相反，充斥着大量冷冰冰的公式和冗长晦涩的文字描述。每一次试图去理解一个概念，都像是在迷宫里打转，找不到清晰的指引。更别提那些插图，模糊不清，毫无帮助，更像是随手画上去的草图，而不是严谨的科学配图。我曾经在理解一个电磁感应的例子时，反复阅读了同一个段落三四遍，依然感到云里雾里，最后不得不去翻阅其他更优秀的教材来辅助理解。这绝对不是一本能激发学习兴趣的书，更像是一份给专业人士准备的、缺乏教学温度的参考手册。对于希望通过阅读来建立对物理学基本框架认知的读者来说，这本书无疑是一场灾难。它就像是把一堆干巴巴的砖头堆砌在一起，却忘了用砂浆——也就是清晰的逻辑和引导——将它们粘合起来。

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这本书的语言风格，简直是挑战读者的耐心极限。它充满了那些只有资深研究人员才会在内部交流中使用的、高度专业化但描述性极差的术语，而且往往在初次出现时，不给出任何生活化的类比或历史背景来辅助理解。作者似乎坚信，只要把术语堆砌起来，读者自然就能“领悟”。这种傲慢的态度，让我在阅读过程中充满了挫败感。我需要不断地暂停下来，查阅词典，甚至搜索外部资料来弄清楚某个看似简单的概念背后的真正含义。例如，在讲解热力学第二定律时，其表述方式绕了无数个弯子，远不如直接引用克劳修斯或开尔文的原始陈述来得清晰有力。总而言之，这本书的文字传递效率极低，每获取一个有效信息，都需要付出不成比例的认知努力。我感觉我不是在学习物理，而是在破解一份加密文件，这份“加密”并非源于物理本身的难度，而是源于作者选择的表达方式。

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这次的阅读体验，如同经历了一场漫长而疲惫的智力拉锯战。我原本对接下来的力学部分抱有期待，希望能够看到对牛顿定律更深入、更具启发性的探讨，哪怕只是引入一些现实生活中的趣味案例来佐证理论的普适性。然而，这本书几乎完全沉浸在纯粹的数学推导之中，每一个步骤都像是硬生生地被要求接受，而非自然而然地推理得出。文字的组织结构也极其跳跃，前一句话还在讨论宏观的运动学，下一秒就突然跳到了微观尺度的能量守恒，中间缺少了必要的过渡和铺垫。这使得读者在跟进思绪时，必须时刻保持高度的警惕和不必要的脑力消耗。更令人沮丧的是，这本书的排版设计也显得非常过时和不友好，大段的文字堆砌在一起，缺乏必要的留白和重点突出，使得眼睛很容易产生疲劳感。我甚至觉得，作者可能过于沉浸在自己的知识体系内部，完全脱离了普通学习者的视角，没有进行任何“用户体验”的考量。这是一本只为自己服务的书，而不是为我们这些渴望知识的读者服务的工具。

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说实话，我对这本书的“深度”感到十分怀疑。虽然它篇幅不小，似乎涵盖了不少内容，但很多章节的论述都停留在表面，缺乏对核心物理思想的穿透性挖掘。例如，在处理关于波动的章节时，它罗列了一堆公式和参数定义，却鲜有提及这些波动现象在自然界中是如何相互作用、相互影响的宏大图景。读完之后，我感觉自己掌握了一堆孤立的符号和规则，但构建不出一个连贯的、立体的物理世界模型。这就像是学习一门语言，只记住了单词的发音和拼写，却不知道如何组织句子进行有效的交流。真正优秀的教科书，应该能引导读者看到知识背后的美感和逻辑的必然性，让学习过程成为一种享受。但这本书，完全没有做到这一点。它更像是一本“应试”的工具书，仅仅是为了覆盖考试大纲上的所有知识点而存在，内容组织上显得非常机械化和僵硬，缺乏任何灵动之处。我期望的，是一场思维的冒险，结果却是一次乏味的清单核对。

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