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出版者:Cambridge Univ Pr

作者:Klein, Andi/ Godunov, Alexander

出品人:

页数:137

译者:

出版时间:2005-12

价格:769.00元

装帧:HRD

isbn号码:9780521828628

丛书系列:

图书标签:

• 计算物理
• 物理学
• 计算方法
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• 科学计算
• 模拟
• 数值分析
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• 大学教材
• 物理建模

现代物理学前沿：理论、实验与计算的交汇 本书深入探讨了当代物理学研究的多个核心领域，聚焦于理论模型的构建、精密的实验观测技术，以及日益重要的计算模拟方法。它旨在为物理学、工程学及相关交叉学科的学生和研究人员提供一个全面且深入的视角，理解现代物理学的脉络与挑战。 本书摒弃了传统教材中仅侧重某一特定子领域的局限性，而是构建了一个跨越宏观与微观、从基础原理到前沿应用的知识框架。全书结构清晰，逻辑严谨，通过大量的案例分析和前沿研究进展，展现了物理学作为一门基础科学如何驱动技术革新与社会进步。 第一部分：基础理论的深化与拓展 本部分着重于巩固读者对经典物理学核心概念的理解，并将其平稳过渡到现代物理学的基本框架。 第一章：经典力学的再审视——从拉格朗日到哈密顿体系 本章详细阐述了变分原理在力学中的核心地位。我们不仅复习了拉格朗日方程的推导和应用，更深入探讨了哈密顿力学的形式化结构。重点分析了正则变换、泊松括号的物理意义及其在保守系统守恒量确定中的关键作用。此外，本章还引入了分析力学在处理复杂约束系统（如刚体运动、陀螺仪进动）时的优势，并为后续量子力学的算符形式奠定基础。 第二章：电磁场理论的统一与应用 本章超越了麦克斯韦方程组的表层描述。我们深入研究了电磁场的相对论性表述，即洛伦兹张量。通过四维时空的视角，清晰地展示了电场和磁场如何相互转化，这是理解高能物理和狭义相对论的基石。应用方面，本章详细分析了电磁波的传播、辐射（特别是同步辐射和切连科夫辐射的物理机制），并讨论了介质中场与物质的复杂相互作用。 第三章：统计物理与热力学的宏观与微观桥梁 本部分是连接微观粒子行为与宏观热力学现象的关键。我们首先回顾了热力学定律，随后转向统计力学。详细介绍了正则系综、巨正则系综的构建方法及其在计算配分函数中的实用性。重点内容包括对玻尔兹曼分布、费米-狄拉克分布和玻色-爱因斯坦分布的深刻理解，并将其应用于理解理想气体、黑体辐射以及近零温度下的量子效应。 第四章：量子力学进阶——薛定谔方程的非标准应用 本章侧重于量子力学在复杂体系中的应用。除了标准的微扰理论和变分法，我们详细探讨了含时微扰理论，并将其应用于计算光与原子相互作用的几率。散射理论，包括费曼路径积分的定性介绍，帮助读者理解粒子如何在势场中传播。对角化技术被用于求解更复杂的角动量耦合问题，为原子和分子物理学打下基础。 第二部分：物质的结构与性质 本部分聚焦于凝聚态物理和原子分子物理中的核心理论模型，关注物质在不同尺度下的集体行为和基本属性。 第五章：固体物理学——晶体结构与能带理论 本章从晶体结构对称性出发，引入布拉格衍射的物理图像。核心内容是近自由电子模型（布洛赫定理）和紧束缚模型。我们详细分析了能带结构（如狄拉克锥、能隙的起源）如何决定材料的导电性、光学和磁学特性。同时，本章也涵盖了晶格振动（声子）的量子化描述，以及它在热容量和热导率中的贡献。 第六章：磁性、超导性与相变 本章探讨了物质的集体量子现象。对磁性材料，我们从朗之万理论过渡到居里-外斯定律，并引入了海森堡模型来描述铁磁性与反铁磁性的微观起源。在超导性方面，本书引入了伦敦方程组和BCS理论的核心概念，解释了零电阻和迈斯纳效应的本质。相变部分则利用朗道（Landau）的序参量理论，探讨了临界现象的普适性。 第七章：原子与分子光谱学 本章系统地介绍了原子能级结构和光谱的产生机理。详细分析了原子哈密顿量的精细结构校正（自旋-轨道耦合）。对于多电子原子，详细讨论了洪特规则和LS耦合方案。分子部分则侧重于转动、振动和电子能级，以及它们在红外、拉曼和电子跃迁光谱中如何体现物质的结构信息。 第三部分：前沿交叉领域与实验探针 本部分将理论与实际观测相结合，展示了物理学如何与其他学科交叉，并介绍了现代实验中依赖的先进技术。 第八章：散射理论与探测技术 本章强调了如何从散射实验中反演出微观结构。详细介绍了弹性与非弹性散射的截面计算，以及相关的费曼图表示（定性介绍）。实验方面，我们重点讨论了电子显微镜（TEM/SEM）的成像原理，以及X射线衍射（XRD）在确定晶体结构中的应用。对粒子物理中的加速器与探测器原理也有涉及。 第九章：非线性动力学与混沌系统 本章将物理学思想扩展到复杂系统的研究。重点分析了非线性方程的解的特性，如极限环、分岔现象。混沌系统的概念被引入，通过洛伦兹吸引子等经典案例，阐释了对初始条件的极端敏感性（蝴蝶效应）及其在随机性与可预测性之间的界限。本章强调了耗散系统中的能量耗散与信息丢失。 第十章：信息物理与量子信息基础 本章展望了物理学在信息科学中的应用。从信息论的基本概念（如熵），过渡到量子信息的基本单元——量子比特（Qubit）。详细讨论了量子纠缠的特性及其在贝尔不等式中的体现。本章简要介绍了量子计算的基本门操作和量子纠错的初步概念，展示了物理学对未来计算范式的深刻影响。 总结： 本书结构层次分明，内容涵盖了从经典到前沿的物理学核心知识体系，强调了理论的深度、实验的精确性和方法论的普适性。它不仅仅是知识的传授，更是对物理学思维方式的培养，引导读者以批判性的眼光审视自然界的复杂性。

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