Dynamics of Particles and the Electromagnetic Field pdf epub mobi txt 電子書下載在線閱讀 2026

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出版者:World Scientific Pub Co Inc

作者:Bosanac, Slobodan D.

出品人:

頁數:496

译者:

出版時間:2005-9

價格:$ 113.00

裝幀:HRD

isbn號碼:9789812563965

叢書系列:

圖書標籤:

電磁場
經典電動力學
粒子動力學
麥剋斯韋方程組
場論
物理學
高等教育
研究生教材
電磁學
理論物理

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具體描述

Advances in experimental techniques are allowing researchers to investigate the extremes of the dynamics of particle interactions with electromagnetic fields. The theoretical tools at our disposal are classical and quantum mechanics and experience has shown that it is dangerous to dismiss one at the expense of the other. Each has merits that should be fully explored; the problem, however, is to bridge the gap between them so that the information they give is complementary rather than contradictory. In this book, that goal is achieved by formulating five postulates, and the level of their implementation distinguishes the two mechanics. That the dynamics of particles (charges) is not complete without unifying it with the dynamics of electromagnetic fields is given special emphasis. In the first of three parts in the book, Newton dynamics is formulated from the Liouville equation. In the third part, this forms the basis for implementing the uncertainty postulate to formulate quantum mechanics. The theories of relativity and electromagnetic interactions are derived from one of the five postulates in the second part, and the unification of the dynamics of particles and electromagnetic fields is formulated in the second and the third parts. Numerous examples from each section illustrate the theory. Employing functional analysis instead of the more abstract techniques of linear spaces, linear operators, group theory, etc., the book makes well suited to advanced undergraduate level courses in classical and quantum mechanics. The material is also intended for postgraduate courses, in atomic and molecular physics in particular, with examples covering modern trends in research. The book is accompanied by a CD-Rom featuring various illustrative examples.

經典力學的新視野：引力、場論與相對性本書深入探索瞭經典物理學的核心領域，側重於宏觀係統、連續介質的動力學行為，並以前所未有的深度剖析瞭電磁場在其中的統一作用。它旨在為讀者構建一個嚴謹、直觀且相互關聯的物理圖像，超越瞭傳統教材中對牛頓力學和麥剋斯韋方程組的孤立處理。第一部分：宏觀係統的動力學基礎與變分原理本部分從最基本的運動學和動力學概念齣發，迅速過渡到更具普適性的變分原理框架。第1章：剛體動力學與歐拉角（Euler Angles）本章聚焦於三維空間中剛體的運動描述，這是處理復雜機械係統的基石。我們詳細分析瞭剛體的轉動慣量張量（Inertia Tensor）的計算與對角化，闡述瞭主軸（Principal Axes）的物理意義。重點討論瞭歐拉角（Euler Angles）在描述任意姿態（Orientation）時的優越性與局限性，並推導瞭描述剛體定點轉動時至關重要的歐拉方程（Euler’s Equations）。這些方程不僅是解決陀螺儀、進動（Precession）和章動（Nutation）等經典問題的核心工具，也為後續的拉格朗日力學中的約束條件處理奠定瞭基礎。第2章：拉格朗日力學（Lagrangian Mechanics）：約束與廣義坐標本章引入瞭能量作為核心物理量的描述框架，即拉格朗日力學。我們從達朗貝爾原理（D’Alembert’s Principle）齣發，嚴謹地推導齣拉格朗日方程（Lagrange’s Equations of Motion）。書中對約束力的處理尤為細緻，重點區分瞭完整約束（Holonomic Constraints）和非完整約束（Non-holonomic Constraints），並展示瞭如何利用拉格朗日乘子法（Method of Lagrange Multipliers）來係統地處理復雜的運動學限製。通過大量實例，如耦閤振子係統和受限運動，讀者將掌握如何利用最小作用量原理（Principle of Least Action）來構建係統的動力學模型。第3章：哈密頓力學（Hamiltonian Mechanics）：相空間與正則變換本章將理論提升到更高層次的數學抽象——哈密頓力學。我們詳細闡述瞭勒讓德變換（Legendre Transformation）如何從拉格朗日量導齣哈密頓量，並深入分析瞭相空間（Phase Space）的幾何意義。泊鬆括號（Poisson Brackets）被引入作為演化算符，它不僅統一瞭運動方程的錶達形式，也為量子力學中的對易關係（Commutation Relations）提供瞭直接的橋梁。本章的亮點在於對正則變換（Canonical Transformations）的係統討論，特彆是辛幾何結構（Symplectic Structure）在保持哈密頓方程形式不變性中的關鍵作用。第二部分：連續介質與波動現象本部分將焦點從離散粒子係統轉嚮連續分布的物質，探索物質在宏觀尺度上的集體行為。第4章：彈性力學基礎與聲波傳播本章建立在宏觀應力-應變關係之上，探討瞭各嚮同性彈性體的基本性質。我們定義瞭楊氏模量、剪切模量和泊鬆比，並推導瞭描述內部應力分布的平衡方程。隨後，我們利用這些方程研究瞭一維和三維介質中的聲波傳播，深入探討瞭波的色散關係、群速度和相速度，以及在有限介質中反射和透射的邊界條件處理。第5章：流體力學導論：歐拉方程與伯努利原理本章側重於無粘性、不可壓縮流體的運動。通過對流體微元體進行物質導數（Material Derivative）分析，我們推導齣瞭歐拉方程（Euler's Equation of Motion）。隨後，我們詳細分析瞭伯努利方程（Bernoulli’s Equation）的物理內涵及其在流體力學中的應用，包括對噴管流動和升力效應的定性理解。第三部分：經典電動力學與場論本部分是全書的理論高潮，旨在將電磁現象完全納入拉格朗日-哈密頓力學框架，並展示場論的統一性。第6章：靜電學、穩恒磁學與物質中的場本章對麥剋斯韋方程組（Maxwell’s Equations）進行瞭係統性的迴顧和幾何化錶達。我們從庫侖定律和安培定律齣發，詳細討論瞭電位和磁位的引入，以及高斯定律在不同介質中的應用。對於介質內部，我們深入剖析瞭電位移場 $mathbf{D}$ 和磁場強度 $mathbf{H}$ 的引入，並解釋瞭極化（Polarization）和磁化（Magnetization）的概念如何修正瞭真空中的基本方程。第7章：時變場與電磁波的傳播本章聚焦於電磁場的時間演化。我們展示瞭法拉第電磁感應定律如何導緻磁場的非保守性，並最終推導齣具有波動特性的非齊次麥剋斯韋方程組。書中對平麵電磁波在真空、理想導體和損耗性介質中的傳播進行瞭詳盡的分析，包括波阻抗、坡印廷矢量（Poynting Vector）和能量密度流的計算。第8章：拉格朗日框架下的電磁場：規範不變性這是本書最具創新性的部分，它將電磁場本身視為一個動力學場，置於變分原理之下。我們首次引入瞭電磁場的矢量勢 $mathbf{A}$ 和標量勢 $phi$ 的拉格朗日密度 $mathcal{L}_{ ext{EM}}$。通過對這個作用量進行泛函變分，我們嚴格推導齣瞭麥剋斯韋方程組，完美地展示瞭電磁場動力學的內在一緻性。我們強調瞭規範不變性（Gauge Invariance）在決定自由度數量和理論完備性中的核心地位，並詳細討論瞭洛倫茲規範（Lorentz Gauge）的引入如何簡化耦閤係統的處理。第9章：帶電粒子在電磁場中的動力學與相對論前奏本章探討瞭單個帶電粒子在特定電磁場中的運動。我們推導瞭洛倫茲力（Lorentz Force）作為拉格朗日量對粒子坐標的推廣，並將其納入哈密頓框架。通過分析粒子在均勻磁場中的迴鏇運動和在周期性電場中的加速，為過渡到相對論打下瞭直觀基礎。本書以對電磁場能量和動量密度的詳細討論結束，展望瞭更深層次的場論結構。本書的結構設計旨在確保讀者在掌握瞭牛頓力學的基本工具後，能夠平穩地過渡到更抽象、更統一的場論描述。它不僅是理論物理學傢的必備參考，也是尋求對經典物理學進行深度探究的工程和數學專業學生的理想教材。