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出版者:高等教育出版社

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页数:0

译者:

出版时间:2003-03-01

价格:14

装帧:简裝本

isbn号码:9787040051728

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深入探究宏观世界的秩序与微观粒子的不确定性：一本关于经典力学与热力学原理的专著 书籍名称： 经典力学与热力学：从牛顿定律到熵增原理的系统构建 作者群： 物理学与数学交叉学科资深学者 出版社： 启明科学出版社 页数： 约780页（正文及附录） 定价： 人民币 188.00 元 --- 导言：探索实在的基石 本书旨在为有志于深入理解自然界宏观尺度运动规律与能量转换本质的读者提供一套严谨、连贯且富有洞察力的理论框架。我们聚焦于物理学的两大核心支柱——经典力学与热力学，它们共同构成了我们描述日常经验世界运动状态、能量守恒以及过程方向的基础。 在伽利略奠定实验科学的基石之后，牛顿以前所未有的数学精度统一了天体运行与地面物体的运动。然而，这种确定性的描述体系在面对大量粒子系统和能量转化问题时，显现出其局限性。热力学，作为一门研究能量、功、热量以及系统宏观性质之间关系的学科，应运而生，并引入了“熵”这一革命性的概念，揭示了时间之箭和不可逆过程的本质。 本书并非对现有知识的简单罗列，而是力求展现这两大理论体系是如何在数学结构上相互支撑，并在概念上共同指向对物理实在更深层次的理解。我们将从最基础的运动学公设出发，逐步构建起一个无懈可击的力学体系，并随后将这一体系拓展到统计物理学的视角，最终回溯到热力学第二定律的哲学与工程意义。 第一部分：经典力学——运动的精确几何与动力学 本部分完全致力于经典力学（牛顿力学与分析力学）的系统阐述，强调从基本公设到复杂系统解法的完整推导过程。 第一章：运动学的几何基础与惯性系 本章首先定义了空间与时间的基本概念，并引入了惯性参考系的严格定义。讨论了运动的描述，包括位移、速度、加速度的矢量性质，以及如何利用微分几何的概念来处理曲线运动。着重探讨了伽利略变换在低速情况下的适用性及其内在的绝对性假设。 第二章：牛顿定律的严谨表述与应用 详细阐述了牛顿三大定律，特别是第二定律 $mathbf{F} = mmathbf{a}$ 作为微分方程的本质。通过大量实例，包括直线运动、抛体运动和圆周运动，展示了如何将物理问题转化为求解常微分方程。本章也引入了约束力的概念，区分了光滑约束与非光滑约束。 第三章：功、能与守恒定律 能量概念的引入是物理学中的里程碑。本章深入分析了功的矢量定义，势能的概念，以及动能定理。随后，我们严格推导了机械能守恒定律，并将其推广到更一般的保守力和非保守力体系中，引入了耗散函数。动量、角动量的守恒定律也将以矢量形式进行清晰的几何解释。 第四章：刚体动力学 将质点系统扩展到具有空间结构的物体。本章的核心是转动惯量张量（用矩阵形式表示）、转动定理 $mathbf{M} = frac{dmathbf{L}}{dt}$，以及角动量守恒在三维空间中的应用。对欧拉角和欧拉方程的详细分析，为理解陀螺仪等复杂运动奠定了基础。 第五章：从拉格朗日到哈密顿——分析力学的构建 本部分是全书方法论上的一个重大飞跃。我们从达朗贝尔原理出发，构建了拉格朗日力学。详细讲解了广义坐标、广义位移、拉格朗日方程 $frac{d}{dt}left(frac{partial L}{partial dot{q}_i} ight) - frac{partial L}{partial q_i} = 0$ 的推导及其优越性。随后，通过勒让德变换，系统地引入了哈密顿力学，导出了哈密顿正则方程，并讨论了泊松括号在生成时间演化中的核心作用。这为后续过渡到量子力学提供了必要的数学语言。 第二部分：热力学与统计物理——宏观规律与微观诠释 本部分将视角从确定性的轨迹转向了不可逆过程和统计涨落，探索能量的尺度转换和系统自发演化的方向。 第六章：热力学基本定律的公理化基础 本章严格定义了热力学系统、平衡态、宏观量（如温度、压力、体积）。详细阐述了热力学第零定律（温度的传递性）和第一定律（能量守恒的宏观表达）。本章的重点在于对热功的精确定义，以及内能作为状态函数的性质。 第七章：熵的引入与热力学第二定律 热力学第二定律是本部分的灵魂。我们从卡诺循环和克劳修斯不等式出发，导出了熵 $S$ 的定义及其热力学微观表达式。深入分析了“孤立系统熵增原理”的普适性，并探讨了熵在计算系统做功潜能和过程方向上的决定性作用。对比了宏观热力学与微观统计力学对第二定律的不同阐释。 第八章：热力学过程与相变 本章应用前述定律分析了各种典型的热力学过程：等温、绝热、等压、等容过程。重点分析了理想气体的状态方程，并深入讨论了相变现象，包括一级相变（如汽化、熔化）和二级相变，引入了克劳修斯-克拉佩龙方程。 第九章：热力学势的应用 介绍了亥姆霍兹自由能 $F$、吉布斯自由能 $G$、焓 $H$ 和吉布斯函数等热力学势，并阐述了它们在恒温恒容、恒温恒压等不同约束条件下判断系统平衡和自发过程的判据。这部分强调了利用偏微分关系（如麦克斯韦关系式）来关联看似不相关的宏观量。 第十章：从微观到宏观：统计力学的桥梁（选读/深化） 作为对热力学理论的物理基础补充，本章简要介绍了统计力学的基本思想。探讨了巨正则系综、正则系综和微正则系综。重点阐述了玻尔兹曼熵公式 $S = k ln W$ 如何将微观状态数 $W$ 与宏观熵 $S$ 建立起直接的联系，从而在微观的概率涨落中解释宏观热力学第二定律的必然性。 结语：统一的视角 本书的结构体现了物理学由简到繁、由确定到概率的演进路径。经典力学提供了精确的预测能力，是工程技术的基础；而热力学则揭示了自然界过程的内在倾向性，是理解宇宙演化和信息处理的关键。通过对这两大领域的系统梳理，读者将不仅掌握解决具体问题的工具，更能形成对自然界运行机制的深刻洞察力。本书适合物理学、工程科学、化学、应用数学等专业的高年级本科生及研究生作为教材或参考书使用。

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这本书的叙事逻辑和知识铺陈的节奏感把握得极其精准，读起来感觉就像是跟着一位经验丰富的老教授在循序渐进地探索未知领域。它并非简单地将晦涩的理论堆砌起来，而是巧妙地设置了知识间的“桥梁”。例如，在引入高维随机变量的概念时，作者并没有直接抛出复杂的矩阵运算，而是先用二维或三维空间的几何直觉来引导，让读者在脑海中建立起直观的图像，然后再逐步抽象化。这种“由浅入深，由具体到抽象”的教学思路，极大地降低了初学者的入门难度。即便是像特征值分解这样常常让人望而生畏的知识点，书中也通过巧妙的实例和类比，将其拆解得如同剥洋葱一般，层层递进，直到核心思想完全暴露。这种流畅感让人在阅读时，很少会产生“这里跳跃太大，我跟不上了”的挫败感，反而充满了“原来如此”的豁然开朗，这才是真正优秀的教材所应具备的特质。

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这本书最大的亮点之一，在于其丰富的、与现代应用紧密结合的习题设计。我翻阅了很多习题集，很多要么是陈旧的计算题，要么是脱离实际的纯理论思考。但这里的习题明显是经过精心挑选和设计的。它不仅仅是检验你是否掌握了某个公式的代入，更多的是考察你是否能够将所学的概率模型应用到实际场景中去分析和解决问题。比如，关于大数定律和中心极限定理的应用题，不再是孤立地让你计算均值和方差，而是设置了模拟金融市场波动、网络数据包延迟分析等贴近现实的场景，迫使读者去思考“这个模型是否适用？”以及“如何调整参数？”这种设计极大地提升了学习的趣味性和实践价值，让人感觉自己掌握的知识是“活的”，而非束之高阁的数学模型。

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在语言风格上，作者采取了一种非常独特且富有启发性的口吻。它既有学术著作应有的精确和客观，又穿插着一种鼓励探索、略带幽默感的“智者对话”的氛围。比如，在介绍贝叶斯推断的更新过程时，作者并没有用枯燥的语言去解释先验概率和后验概率的关系，而是用了一个生动的比喻，将信息的获取过程描述成一个不断“修正世界观”的动态过程。这种人文化的处理方式，有效缓解了数理统计学科带来的潜在枯燥感。它不是高高在上的说教，而更像是一位耐心的导师，在你卡壳时给予恰到好处的提示，在你迷茫时提供一个清晰的参照点。这种阅读体验是极其舒适且富有成效的，让人愿意主动投入时间去深入钻研那些原本可能让人望而却步的复杂内容。

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我个人非常欣赏作者在理论推导过程中所展现出的那种近乎偏执的严谨性。很多教材在证明复杂定理时，往往会省略一些被认为是“显而易见”的中间步骤，这对于自学者来说简直是灾难。然而，这本书里几乎没有这种“默契式”的跳跃。每一个不等式变换、每一个极限的取用，都被清晰地标示了出来。特别是对于概率论中那些涉及到概率测度或条件期望的严格定义部分，作者不厌其烦地给出了详尽的解释，引用了相关的公理化基础，使得我们不仅知道“怎么算”，更深刻地理解了“为什么能这么算”。这种对基础的坚守，培养了读者一种扎实的数学素养，而不是仅仅停留在公式的机械记忆层面。读完一段证明，你会感到心中有底气，因为你知道这个结论并非空中楼阁，而是建立在坚实逻辑基石之上的。

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这本书的印刷质量简直是教科书级别的典范。纸张厚实，摸上去有一种踏实感，不像有些教材用纸薄得一折就容易出现折痕，感觉像是随时会散架似的。油墨的着色非常均匀，黑白分明，尤其是那些复杂的数学公式和图表，每一个符号的边缘都清晰锐利，即使用放大镜看也挑不出什么毛病。装帧设计上看得出是用心了，封面设计简洁大气，配色沉稳，不像那些花里胡哨的畅销书那样哗众取宠。书脊的粘合也做得非常牢固，即便是经常翻阅，合上后也能保持平整，这一点对于需要经常查阅公式和定理的理工科学生来说，简直是福音。我特别留意了目录页和索引页的排版，信息密度恰到好处，既没有显得太空洞，也不会让人感到拥挤，查找起来非常便捷，这体现了出版方对读者使用体验的尊重。唯一稍微有点遗憾的是，如果能在侧边增加一些方便做笔记的空白区域，那就更加完美了，不过考虑到内容密集度，这或许也是一种权衡吧。总而言之，从物理层面讲，这是一本可以伴随我度过好几年学习生涯的耐用品。

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