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出版者:浙大

作者:

出品人:

页数:368

译者:

出版时间:2001-1

价格:35.00元

装帧:

isbn号码:9787308025843

丛书系列:

图书标签:

• 电磁学
• 应用电磁学
• 电磁场
• 麦克斯韦方程
• 电磁波
• 天线
• 微波技术
• 电磁兼容性
• 电路分析
• 工程电磁学

经典物理学前沿：从麦克斯韦方程组到量子场论的宏伟篇章 图书名称：《经典物理学前沿：从麦克斯韦方程组到量子场论的宏伟篇章》 图书简介： 本书旨在为读者构建一座坚实的桥梁，连接二十世纪初物理学的两大支柱——经典电磁学（以麦克斯韦方程组为核心）与新兴的量子力学，并进一步展望到二十世纪中叶量子场论的诞生历程。它并非一本传统的“应用电磁学”教科书，而是将电磁学视为理解物理世界统一性演变的关键视角，深入探讨其理论框架如何被突破，以及如何催生了现代物理学的诸多基石。 第一部分：经典电磁学的辉煌与局限 本卷从麦克斯韦方程组的数学形式和物理内涵出发，细致剖析了电场、磁场、位移电流以及电磁波传播的基本规律。我们着重探讨了电磁场在各种边界条件下的解，如导波管（Waveguides）中的模式分析、谐振腔（Resonators）的特性，以及电磁波在介质中传播时的散射和衍射现象。这些内容是理解现代通信、光学以及天线理论的基础，但本书将其置于一个更宏大的历史背景下考察。 我们将深入讨论“黑体辐射”这一关键难题。经典物理学在解释黑体辐射谱时遭遇了灾难性的失败，即著名的“紫外灾难”。这一失败不仅仅是公式上的瑕疵，更是对经典物理学基本假设——能量连续性——的致命一击。我们详细分析了瑞利-金斯定律的推导过程，并清晰地阐述了普朗克如何引入“量子化”假设，从而巧妙地解决了这一难题，标志着量子理论的真正开端。 此外，对“光电效应”和“康普顿散射”的深入解析，将展示经典电磁波理论在解释光与物质相互作用微观尺度效应时的无力。爱因斯坦如何成功地将光子概念应用于解释光电效应，以及康普顿如何利用粒子散射模型验证了光的粒子性，这些章节将强调经典电磁场描述的完备性在微观世界中的瓦解。 第二部分：狭义相对论的结构性重塑 电磁学的另一个核心挑战在于其与经典力学（伽利略变换）之间的不协调性。本部分将聚焦于狭义相对论的诞生，阐述洛伦兹变换如何自然地从麦克斯韦方程组的协变性要求中涌现出来。我们不仅会复习狭义相对论的基本原理——光速不变原理和相对性原理，更重要的是，将电磁场张量 $mathbf{F}^{mu u}$ 引入，展示电场 $mathbf{E}$ 和磁场 $mathbf{B}$ 如何在不同惯性系之间进行协调的变换。 理解电磁场张量是理解电磁学与相对论深度融合的关键。它表明电磁学天然地具有四维时空结构。通过相对论的视角，我们将重新审视电荷、电流的定义，以及磁场实际上是如何作为运动电荷所产生的电场在特定参考系下的“投影”。这部分内容为后续的量子理论奠定了四维时空观念的基础。 第三部分：从薛定谔方程到相对论性量子力学 当经典电磁学面临微观难题时，量子力学的巨轮已经启动。本书将回顾玻尔的旧量子论，并迅速过渡到薛定谔方程和海森堡矩阵力学。我们将重点分析薛定谔方程在描述电磁场中运动的带电粒子（如原子内部电子）时的应用，特别是处理了经典电磁学中的“束缚态”问题。 然而，薛定谔方程本身是“非相对论性”的，它假设时间导数和空间导数具有相同的地位，这与狭义相对论的结构相悖。因此，本书将详尽介绍保罗·狄拉克如何通过引入自旋和对电子的相对论性描述，导出了著名的“狄拉克方程”。 狄拉克方程的伟大之处在于，它不仅完美地解释了电子的内在角动量（自旋），更重要的是，它自然而然地预言了反物质（正电子）的存在。我们详细分析了狄拉克方程如何通过对能量负定性的重新诠释，揭示了物质-反物质对产生和湮灭的深层物理机制，这正是经典电磁学概念无法触及的领域。 第四部分：量子场论的黎明——量子电动力学（QED） 本书的高潮部分在于对量子电动力学（QED）的理论构建历程的梳理。QED是第一个成功的、自洽的量子场论，它将量子力学、狭义相对论以及电磁场进行了最终的融合。 我们将探讨费曼、施温格和汤川秀树等先驱如何将经典场（电磁场）“量子化”，将其视为一组振子的集合，从而得到光子——电磁相互作用的载体。本书将概述早期QED理论中遇到的“无穷大”问题，以及正是通过“重整化”（Renormalization）这一革命性的技术，物理学家们才得以消除这些无穷大，并得到了历史上最精确的物理学预测之一——电子的反常磁矩。 通过对费曼图的介绍，读者将直观地理解光子如何作为媒介传递动量和能量，实现两个带电粒子之间的相互作用。这标志着我们从宏观上研究电磁波的“应用电磁学”视角，彻底转向了微观上研究电磁相互作用的“基本力”的视角。 结论与展望 《经典物理学前沿》的最终目的，是让读者认识到，看似成熟和完备的经典电磁学，并非物理世界的终极描述。它的局限性不仅指引了相对论的诞生，更直接催化了整个量子物理学大厦的建立。本书通过对这些理论转折点的细致考察，为理解当代理论物理，特别是粒子物理和凝聚态物理中场的量子化概念，打下坚实而深刻的理论基础。它提供了一个历史和理论并重的视角，展示了物理学是如何在解决具体实验矛盾的过程中，不断自我修正和升华的伟大历程。

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**评价三：对叙事风格和清晰度的独特体验** 阅读体验是评价一本书的另一重要维度，而《应用电磁学》在这方面展现出了极高的水准。它的行文风格非常清晰、流畅，如同一个经验极其丰富的导师在耳边娓娓道来，而不是一位不苟言笑的教授在台上宣讲。特别是对于那些需要大量矢量微积分和复数运算的概念，作者总能找到最直观、最符合物理直觉的表达方式。例如，在解释坡印亭矢量（Poynting Vector）的物理意义时，书中不仅有严格的数学定义，还配有生动的能量流动的示意图，让你能“看”到电磁能量是如何在空间中穿梭的。这种叙事上的细腻处理，极大地降低了初学者的学习门槛。我过去对某些电磁现象感到困惑，是因为它们在教科书中被简化得过于抽象，而这本书则通过增加背景描述和实际案例的铺垫，让这些复杂的概念变得触手可及。它的逻辑链条非常完整，几乎没有跳跃感，读者可以非常自然地从一个知识点过渡到下一个，构建起一个坚实的电磁学知识体系。

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**评价二：侧重实践与解决问题的能力提升** 坦率地说，市面上很多声称“应用”的电磁学书籍，最后还是把篇幅放在了那些脱离实际的理想化模型上。然而，这本书彻底颠覆了我的这种认知。它最让我称道的地方，是它对“噪声”和“干扰”这种现实世界中无处不在的因素的关注。作者没有回避电磁兼容性（EMC）这个复杂但至关重要的领域。书中关于屏蔽效应和接地设计的部分，简直可以作为一份高质量的工程规范手册来参考。我印象特别深刻的是关于电磁辐射（EMI）分析的章节，它不仅讲解了辐射源的形成机制，更重要的是，它给出了具体的评估指标和降低辐射的工程措施，比如PCB布局中的去耦电容选择和走线策略。我将书中的一些设计准则应用到我们最新的高频电路板设计中，结果PCB的电磁辐射指标比以往版本有了显著改善，成功通过了严格的测试。这本书的价值不在于让我背诵多少公式，而在于它实实在在地教会了我如何用电磁学的知识去“解决问题”，而不是仅仅“描述问题”。

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**评价五：对结构组织和学习路径的精心设计** 这本书的章节组织结构堪称典范，体现了极强的教学设计理念。它没有采取传统物理教材那种“先电场后磁场再到电磁波”的线性结构，而是更偏向于“应用驱动”的模块化布局。比如，它很早就引入了“场的概念”和“时变电磁场”的基础，然后才回过头来细致阐述静力学和稳恒态的细节，这种倒置的顺序反而强化了读者对“场”作为统一实体的认知。此外，书中每章末尾的“深入思考题”设置得极富启发性，它们往往不直接要求计算某个数值，而是引导你去分析某个特定工程场景下的物理限制或潜在优化方向。这些思考题的难度梯度设置得非常合理，既能巩固基础知识，又能激发更高层次的批判性思维。总而言之，这本书的结构设计并非随意堆砌内容，而是一条精心规划的知识攀登路径，确保读者在学习过程中能够步步为营，最终建立起对电磁现象的全面而深刻的理解。

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**评价四：对先进技术领域覆盖的深度挖掘** 这本书的选材非常与时俱进，它没有沉溺于经典的静电和稳恒磁场问题，而是将相当大的篇幅投入到了现代微波和射频工程的核心概念中。其中关于介质中的电磁场传播，尤其是对非均匀和各向异性介质的处理，展现了作者深厚的学术功底和对当前研究热点的把握。我尤其欣赏它对“光学与电磁学的联系”这一部分的介绍，它不仅限于简单的折射和反射定律，而是深入到了表面等离子激元（Surface Plasmon Polaritons）的概念，这对于研究纳米光子学和超材料的同仁来说，是极其宝贵的前沿知识点。书中对这些尖端现象的描述，保持了高水平的数学精度，同时又不失对底层物理机制的深刻剖析。它不是简单地罗列最新的研究成果，而是将这些新现象置于成熟的麦克斯韦理论框架下进行解释，使得读者能够理解创新的源头和理论基础。这本书无疑是连接经典电磁理论与未来技术应用的一座坚实桥梁。

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**评价一：对深度和广度的赞叹** 这本书的编排实在是妙不可言，它绝不是那种教科书式的、冷冰冰的理论堆砌。我作为一个初涉电磁场理论的工程背景人士，最怕的就是那些晦涩难懂的数学推导，但《应用电磁学》恰到好处地平衡了理论的严谨性和实际应用的可操作性。它没有止步于麦克斯韦方程组的表面介绍，而是深入挖掘了这些方程在不同边界条件下的具体表现。比如，书中对波导管中模式的讲解，简直是一场视觉和逻辑的盛宴。作者没有直接扔出复杂的积分方程，而是通过层层递进的物理图像，让我们理解了TE、TM模式的本质区别，以及它们如何在高频通信中发挥作用。读完关于传输线理论的那几章，我仿佛找到了解决实际阻抗匹配难题的钥匙，那种豁然开朗的感觉，是其他同类书籍难以给予的。特别是它对有限元法（FEM）在电磁问题求解中的介绍，从基础的变分原理开始，逐步过渡到实际的商业软件应用思路，让人感觉理论不再是空中楼阁，而是可以亲手操作的工具。这种对理论深度和工程广度的完美融合，让这本书成为了我案头必备的工具书，每次遇到棘手的电磁问题，翻开它总能找到新的思路和更精妙的解释角度。

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