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出版者:高等教育

作者:教育部高等教育司组 编

出品人:

页数:384

译者:

出版时间:2003-8

价格:16.80元

装帧:

isbn号码:9787040119565

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现代物理学导论：探索宇宙的奥秘 著者： 约翰·哈灵顿 (John Harrington) 出版社： 普林斯顿大学出版社 装帧： 精装 页码： 780页 --- 内容提要 《现代物理学导论》是一部系统、深入且富有启发性的著作，旨在为具备扎实微积分和基础物理学背景的读者，全面勾勒出现代物理学的宏伟蓝图。本书并非对经典物理学的简单回顾，而是着重于二十世纪以来，人类认知边界被彻底拓展的那些革命性理论——量子力学、狭义与广义相对论、粒子物理学以及宇宙学。 本书的核心目标是，在不牺牲严谨性的前提下，以清晰的逻辑和丰富的实例，引导读者理解这些理论背后的基本原理、数学框架及其对我们世界观的深刻影响。 卷一：时空结构的重塑——相对论的视野 本卷聚焦于爱因斯坦的相对论，这是理解宇宙宏大尺度现象的基石。 第一部分：狭义相对论的基石 本部分首先回顾了十九世纪末经典物理学在电磁学与力学交汇处遇到的矛盾，特别是对以太的探索失败。随后，本书详细阐述了狭义相对论的两大基本假设：光速不变原理和相对性原理。 时空变换与相对性： 我们将深入探讨洛伦兹变换的数学推导及其物理意义，这包括了时间膨胀、长度收缩等反直觉的效应。重点分析了“同时性”在不同惯性系下的相对性，并以著名的“双生子佯谬”为例，剖析狭义相对论在处理加速运动时的精妙之处。 四维时空与四矢： 本书引入闵可夫斯基时空的概念，将时间和空间统一于一个四维流形中。通过对四维动量、四维力以及四维能量-动量张量的详细讲解，读者将理解能量与质量（$E=mc^2$）的等价性并非仅仅是一个公式，而是时空结构内在属性的体现。 第二部分：广义相对论的几何学 广义相对论是本书最具挑战性也最令人着迷的部分之一。它将引力从一种“力”的概念提升为时空自身的几何属性。 等效原理与引力场： 本部分从思想实验出发，逐步推导出等效原理的普适性，即引力效应与加速运动的等效。随后，本书介绍了黎曼几何的基本概念，包括协变导数、黎曼张量以及度规张量。这些数学工具是描述弯曲时空的语言。 爱因斯坦场方程的解析： 我们将详细剖析爱因斯坦场方程（Einstein Field Equations, EFE）——引力的动力学方程。本书不会停留在方程本身，而是通过分析其近似解，如牛顿引力场的弱场近似，来展示其与经典理论的联系。 经典检验与现代证据： 详细讨论了水星近日点的进动、光线在太阳附近的偏折（爱丁顿实验）以及引力红移等经典观测证据。更进一步，本书用大量篇幅介绍了现代观测，包括引力透镜效应、脉冲星双星系统的能量损失，以及对黑洞的直接观测证据（如事件视界望远镜的成果）。 卷二：微观世界的革命——量子力学的精髓 本卷转向微观尺度，揭示了物质和能量在最基本层面上的奇异行为。 第一部分：早期量子概念的建立 本部分追溯了量子理论诞生的历史背景，从经典物理学无法解释的黑体辐射和光电效应开始。 普朗克假设与光子概念： 详细分析了普朗克对能量量子化的革命性假设，以及爱因斯坦如何运用光量子（光子）解释光电效应，奠定了波粒二象性的初步框架。 原子结构与玻尔模型： 探讨了卢瑟福散射实验的局限性，以及玻尔模型如何通过引入能级概念成功解释了氢原子光谱。虽然玻尔模型已被更完善的理论取代，但它在引入“量子化”概念上的历史地位不容忽视。 第二部分：波动力学与矩阵力学 本书全面介绍了量子力学的两大并行发展路线，并最终汇合成统一的框架。 德布罗意波与不确定性原理： 详细阐述了物质波的概念，并推导了德布罗意波长。随后，深入探讨了海森堡矩阵力学的核心思想，并对不确定性原理（$Delta x Delta p geq hbar/2$）的物理和哲学意义进行深入探讨。 薛定谔方程的构建： 本书将薛定谔方程视为量子力学的核心动力学方程，并详细分析了其时间依赖与时间无关的形式。通过对“无限深势阱”、“有限深势阱”以及“谐振子”等标准一维问题的求解，读者将掌握波函数、概率幅以及能级离散化的基本计算方法。 全同粒子与泡利不相容原理： 在讨论多粒子系统时，本书重点强调了费米子和玻色子的区别，以及泡利不相容原理在解释元素周期表和物质稳定性中的决定性作用。 第三部分：量子力学的核心诠释 本卷的高潮在于对量子力学基础概念的深入剖析。 算符、本征值与测量问题： 阐释了物理量如何对应于特定的算符，测量过程如何导致波函数“坍缩”，以及本征值与本征态的意义。 量子力学的现代诠释： 系统对比了哥本哈根诠释、多世界诠释以及隐变量理论（如德布罗意-玻姆理论）的差异，旨在激发读者对物理实在本质的思考。 卷三：粒子与场的交汇——量子场论的初探 本卷将相对论（特别是狭义相对论）与量子力学相结合，介绍量子场论（QFT）的基本思想，这是粒子物理学的基础。 狭义相对论与量子场： 探讨了如何将洛伦兹协变性要求引入量子理论，引出了狄拉克方程，并自然地预言了反物质的存在。 量子电动力学（QED）的图像： 简要介绍QED的原理，将其描述为电磁场与电子场的量子化。通过费曼图的形式，直观地展示了粒子相互作用的计算方式，并解释了诸如电子反常磁矩等精确预测的来源。 标准模型的展望： 在本书的最后，对强相互作用（QCD）和弱相互作用进行了概述，介绍了夸克和轻子，以及规范玻色子（如光子、W/Z玻色子和胶子）的概念，为读者进入更前沿的研究领域搭建了坚实的桥梁。 教学特色与读者对象 本书的特点在于其深度与广度的完美平衡。作者采用了“先现象，后数学，再诠释”的教学策略，确保读者在接触复杂的数学工具之前，能充分理解其背后的物理动机。 数学严谨性： 全书充分利用线性代数、微分方程和张量分析，但每引入新的数学工具，都会附带详细的物理背景解释。 丰富的插图与例题： 书中包含大量精心绘制的概念图和详细的计算例题（附有完整解答），以帮助读者巩固对抽象概念的理解。 哲学反思： 在关键的章节末尾，设置了“物理学家的思考”专栏，引导读者探讨量子纠缠、时空本质等深刻的哲学问题。 读者对象： 本书适合作为物理学、工程学、应用数学及理论计算机科学专业高年级本科生和研究生的教材或参考书。对于渴望超越经典物理框架、深入理解现代科学基石的自学者而言，本书也是极具价值的资源。阅读本书要求读者已经掌握微积分（包括多元微积分）和基础的线性代数知识。

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我必须提到这本书在结构组织上的严密性，它给人的感觉就像是建造一座精心规划的宏伟建筑，每一块砖石、每一个承重柱都放置在最恰当的位置。章节之间的逻辑过渡极其顺畅，几乎没有出现“跳跃感”。例如，从导数的概念过渡到微分的几何意义，再到定积分的建立，整个过程如行云流水般自然。作者非常注重概念的统一性和术语的精确性，很少出现模棱两可的描述，这在数学学习中是极为宝贵的品质。阅读过程中，我很少需要频繁地翻回前页去查找某个定义，因为作者总能在需要的时候，用最精炼的语言进行必要的复习和强调。这种高度的自洽性和内部的逻辑连贯性，使得学习过程非常高效，极大地减少了因结构松散而产生的认知负担，让人能够心无旁骛地专注于数学思想本身。

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说实话，我很少遇到一本数学书能把“应用”和“理论”结合得如此和谐的。很多理论书读起来像是空中楼阁，而很多应用书又过于侧重技巧而缺乏根基。这本书巧妙地找到了那个平衡点。它不仅清晰地展示了微积分的核心思想，还花了大篇幅去探讨这些思想是如何驱动现代物理学、工程学乃至经济模型构建的。我尤其对其中关于“极限”概念的探讨印象深刻，作者没有简单地给出ε-δ语言，而是用动态的、变化的视角去描绘“无限接近”的内涵，这对于深化我对数学本质的理解帮助极大。书中穿插的那些历史小花絮也十分有趣，它们让我们看到，即便是那些看似永恒不变的数学真理，也是人类智慧在漫长岁月中不断探索、修正的结果。这种将知识与历史、与现实世界紧密相连的处理方式，极大地激发了我学习的内在动力。

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天哪，这本书的封面设计简直让人眼前一亮！那种深沉的蓝色调配上烫金的字体，散发出一种古典而又不失现代的韵味，拿在手里就感觉沉甸甸的，仿佛里面蕴藏着无尽的知识宝藏。我一直对那些能将复杂理论阐述得清晰透彻的书籍情有独钟，而这本书的排版和字体选择，无疑是朝着这个方向努力的。内页的纸张质量也相当不错，触感温润，即使用荧光笔划重点时也不会有墨水洇开的困扰，这对于需要反复研读的教材来说，绝对是一个加分项。装帧牢固得令人放心，即使经常翻阅和携带，也不用担心书脊会过早松散。我尤其欣赏作者在章节开篇时所设置的那些引人深思的小引言，它们如同一个个微小的钩子，瞬间就能将读者的注意力牢牢锁住，让人迫不及待地想知道接下来的内容将如何展开。整体而言，从视觉到触觉，这本书都传递出一种专业、严谨的学术气息，让人在翻开它之前就已经心生敬意。

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这本书的文字叙述风格，怎么说呢，就像一位经验丰富的老教授在娓娓道来，充满了洞察力和一种令人信服的权威感。他从不满足于仅仅罗列公式和定理，而是深入挖掘每一个概念背后的逻辑起源和实际意义。我特别喜欢他处理那些看似枯燥的证明题时所采用的独特视角，他总是能找到一个绝妙的类比或者一个生活中的小例子来解释那些抽象的数学结构。读起来一点也不觉得枯燥乏味，反而像是在进行一场深入的思维漫步。对于初学者来说，那些冗长、缺乏铺垫的教材常常让人望而却步，但这本书显然在这方面做了大量的功课。每一个新的定义和定理的引入都经过了精心的设计，循序渐进，层层递进，确保读者能够稳扎稳打地建立起知识体系，而不是被突如其来的难度吓倒。这种教学上的细致入微，实在是教科书级别的典范。

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这本书的习题设计简直是“良心制作”的典范，而不是那种为了凑数而堆砌的题目。它们被清晰地分成了基础巩固、深入理解和挑战思维三个层次，梯度设置得非常科学合理。基础题部分，其数量和重复度恰到好处，足以帮助我把刚学到的概念和运算规则牢牢刻在肌肉记忆里。而更让我兴奋的是那些“挑战思维”的题目，它们往往需要综合运用好几个章节的知识点，设计精巧，解题过程充满乐趣，解开之后那种成就感是无与伦比的。更重要的是，书后提供的部分习题详尽解答和思路解析，不是那种冷冰冰的最终答案，而是引导性的提示，它教会你如何去思考、如何去构建解题路径，而不是简单地告知“结果是什么”。这对我独立解决问题的能力培养至关重要。

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