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页数:152

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出版时间:2005-9

价格:13.00元

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isbn号码:9787109098176

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• 化学
• 普通化学
• 大学教材
• 理学
• 基础化学
• 化学原理
• 高等教育
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• 无机化学
• 有机化学

宏观世界之外的微观交响：现代物理学导论 一本探索物质与能量最基本构件，揭示宇宙运行终极规律的著作。 第一部分：古典物理学的辉煌与局限 第一章：力学的基石——牛顿体系的再审视 本章深入探讨了经典力学的核心原理，从伽利略的实验精神出发，构建起牛顿三大定律与万有引力定律的宏伟框架。我们将细致分析动量、角动量、能量守恒在宏观尺度下的强大解释力。然而，本书的重点在于超越。我们将剖析该体系在处理高速运动（接近光速）和微观粒子（原子尺度）时的明显失效之处，为引入现代物理学的思想铺设必要的历史与逻辑基础。我们不仅复习了能量、功、功率的概念，更引入了更抽象的拉格朗日量和哈密顿量形式，展示经典理论在数学结构上的优雅性，同时也揭示其内在的局限性——依赖于绝对时空观。 第二章：电磁场的交响——麦克斯韦方程组的统一 本章聚焦于电磁学的殿堂，详细阐述了法拉第电磁感应定律、安培环路定律（及其修正）、高斯定律在电场和磁场中的应用。麦克斯韦方程组的整合是物理学史上的里程碑，它预言了电磁波的存在，并计算出其传播速度，惊人地与光速吻合。我们将通过具体的亥姆霍兹方程求解，展示电磁波如何携带能量和动量穿梭于真空之中。本章的收尾部分将是分析经典电磁学无法解释的现象，例如黑体辐射的“紫外灾难”和光电效应的频率依赖性，这些“不和谐音”直接叩响了量子力学的大门。 第三章：热力学的温度——从蒸汽机到统计力学的桥梁 热力学第一、第二、第三定律构成了我们理解能量转换效率和过程方向的基础。本章细致考察了熵的概念——衡量系统无序程度的量——并探讨了热力学第二定律在不可逆过程中的普适性。随后，我们将引入统计力学的视角，解释宏观热力学量（如温度、压力）如何从大量微观粒子（原子、分子）的随机运动中“涌现”出来。我们将研究玻尔兹曼分布和麦克斯韦速率分布，展示了概率论在描述复杂物理系统中的核心地位。 --- 第二部分：量子革命——微观世界的颠覆性视图 第四章：光子的诞生与物质波的假设 本章开始现代物理学的核心叙事。从普朗克的量子化假设（能量量子 $E=h u$）及其在黑体辐射问题上的成功应用切入，深入分析爱因斯坦对光电效应的解释，确立了光的粒子性——光子。随后，我们将探讨德布罗意物质波的革命性概念：既然光具有粒子性，那么物质（如电子）是否也具有波动性？通过电子衍射实验的分析，我们将证明波粒二象性是自然界的基本属性，而非偶然现象。 第五章：不确定性的牢笼——薛定谔方程与波函数 本章构建了非相对论量子力学的数学骨架。我们将详细推导和阐释时间依赖与时间无关的薛定谔方程，将其视为描述微观粒子行为的“第二定律”。波函数 $Psi$ 的物理意义——概率幅——及其归一化的重要性是本章的重点。我们将通过对无限深势阱、有限深势阱和势垒穿透（隧道效应）的解析求解，展示量子力学如何解释原子中电子的定态能量和经典物理学无法解释的现象（如α衰变）。 第六章：原子结构与角动量 原子模型的发展史是量子力学应用的典范。本章将从玻尔模型回顾其成功（解释了氢原子光谱的精细结构），并指出其局限性（无法处理多电子原子）。随后，我们将进入三维空间中的量子力学，引入角动量算符、自旋的概念，以及泡利不相容原理。这些原理是理解元素周期表、化学键形成以及材料磁性的根本原因。我们将解释为什么电子不能“掉入”原子核，以及如何通过量子数描述电子的全部状态。 第七章：自旋与量子力学的表述 本章超越了波函数描述，转向更抽象的、基于线性代数和希尔伯特空间的量子力学表述。我们将引入算符、本征值、本征态的概念。重点讨论自旋角动量作为内禀量子数的物理意义，以及它如何区别于轨道角动量。我们将使用狄拉克符号（Bra-Ket Notation）来处理更复杂的系统，为理解量子纠缠和量子信息学打下坚实基础。 --- 第三部分：相对性与时空的结构 第八章：狭义相对论——时空的重塑 本章从爱因斯坦的两个基本公设出发：光速不变原理和相对性原理。我们将系统推导洛伦兹变换，展示它如何取代伽利略变换，并由此导出时间膨胀、长度收缩等反直觉的结果。能量与质量的等效性 $E=mc^2$ 不仅是核能的基础，更是对质量和能量的深刻重新定义。本章将分析粒子加速器中的高速粒子行为，展示相对论在现代实验物理学中的不可或缺性。 第九章：广义相对论的几何化——引力的本质 在引入了狭义相对论后，我们转而探讨引力问题。本章将阐述广义相对论的核心思想：引力不是一种力，而是时空几何的弯曲。等效原理的意义，测地线的概念，以及爱因斯坦场方程的定性描述将是本章的重点。我们将讨论广义相对论的经典验证，包括水星近日点的进动、光线在恒星附近的弯曲，并展望黑洞、引力波等前沿领域。 --- 第四部分：粒子物理学的边界与宇宙的起源 第十章：核物理基础与物质的稳定性 本章从原子核的结构入手，探讨强核力与弱核力的作用范围和性质。我们将分析核子的结合能曲线，解释核裂变和核聚变的基本过程，及其在能源和恒星演化中的角色。弱相互作用将通过 $eta$ 衰变和中微子的发现得以阐述，揭示了基本粒子间相互转化的机制。 第十一章：粒子世界的标准模型 本章是粒子物理学的综述。我们将介绍夸克模型，分类基本费米子（夸克和轻子）和玻色子（规范玻色子）。规范对称性和基本力的统一思想是理解标准模型的关键。我们将讨论光子、W/Z 玻色子、胶子以及希格斯机制如何赋予粒子质量。本章也将坦诚地指出标准模型的局限性，例如对引力的不兼容性，以及暗物质和暗能量的存在提出的挑战。 结语：未竟的探索 本书的终点，即是新一轮物理学革命的起点。现代物理学已经构建了一个描述宏观与微观世界的精妙理论体系，但仍有诸多未解之谜等待解答：量子引力、超对称性、真空能量的本质……这些挑战预示着人类对宇宙终极真理的追寻永无止境。

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