Modern Physics for Scientists and Engineers (2nd Edition) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Benjamin Cummings

作者:John Taylor

出品人:

页数:736

译者:

出版时间:2003-06-09

价格:USD 153.60

装帧:Hardcover

isbn号码:9780138057152

丛书系列:

图书标签:

• 物理学
• 现代物理
• 科学
• 工程
• 大学教材
• 量子力学
• 相对论
• 固体物理
• 光学
• 核物理

好的，这是一份针对一本名为《现代物理学：科学家与工程师导论》（第二版）的教科书的详细书评，该书评侧重于介绍该书的替代性读物或补充性材料，旨在提供一个与原书主题相关但内容不同的阅读体验。 --- 面向未来科学家的跨学科物理学进阶指南 书名：《前沿物理学：理论与应用的新范式》 作者：[虚构作者姓名，例如：艾略特·文森特 & 茱莉亚·陈] 出版社：[虚构出版社名称，例如：寰宇科学出版社] 书籍概述与定位 本书《前沿物理学：理论与应用的新范式》旨在为那些已初步掌握基础物理学原理，并对现代物理学有更深层次探索需求的本科高年级学生、研究生，以及寻求知识更新的工程师和研究人员提供一个全新的视角。与侧重于经典框架下现代物理学基础概念的教材不同，本书将焦点放在理论物理学与新兴技术交叉领域的前沿进展上。它不仅仅是知识的传递，更是一次思维方式的训练，鼓励读者跳出传统的教学结构，去思考物理学在21世纪面临的重大挑战与机遇。 全书共分为五大部分，涵盖了从量子信息到宇宙学观测的广泛主题，旨在构建一个连贯的、以问题为导向的学习路径。 第一部分：量子信息与计算的基石 本部分深入探讨了量子力学的现代应用，重点关注量子信息科学的基础理论。 1. 量子力学的数学结构再审视： 不同于传统教材中侧重于薛定谔方程的求解，本章从线性代数和算符理论的视角出发，详细阐述了狄拉克符号、希尔伯特空间、张量积以及密度矩阵的概念。讨论将如何通过这些数学工具来精确描述多体系统的状态，并引入了量子测量理论的现代解释，如退相干效应的引入。 2. 量子比特与基本逻辑门： 本章详细剖析了量子比特（Qubit）的物理实现模型，如超导电路、离子阱和拓扑量子比特的优缺点。重点在于布洛赫球表示法及其在单比特操作中的应用，以及两比特门（如CNOT门）的构造与实现面临的工程挑战。这部分内容提供了大量关于量子电路设计的实例分析。 3. 量子纠缠的度量与应用： 纠缠是量子信息的核心资源。本章不再满足于对“爱因斯坦-波多尔斯基-罗森佯谬”的哲学讨论，而是转向对纠缠的量化——如纠缠熵、保真度等指标的深入分析。同时，它将纠缠在量子隐形传态、量子密码学（如BB84协议的进阶版本）中的实际应用进行了详尽的建模与推导。 第二部分：凝聚态物理中的拓扑现象 这一部分是本书的亮点之一，它将凝聚态物理的前沿发现与数学拓扑学紧密结合，展现了材料科学中涌现出的新奇物态。 4. 晶格对称性与能带理论的拓扑拓展： 本章超越了传统的布洛赫定理，引入了时间反演对称性、晶体动量和陈数（Chern Number）的概念。通过对二维电子气系统的分析，详细阐释了量子霍尔效应的拓扑起源。 5. 拓扑绝缘体与半金属的分类： 详细介绍了第一代和第二代拓扑绝缘体的区别，以及它们表面态的无能隙特性。本章侧重于拓扑材料的实验探测手段，如角度分辨光电子能谱（ARPES）的分析方法，并探讨了拓扑材料在低功耗电子学中的潜在应用。 6. Majorana费米子与拓扑超导： 本书将目光投向了理论物理学中最具吸引力的粒子之一——Majorana费米子。通过对s波和p波超导体的理论描述，推导出Majorana束缚态在拓扑超导体边缘出现的条件，并讨论了如何通过实验手段（如扫描隧道显微镜）来验证这些准粒子的存在。 第三部分：广义相对论与现代宇宙学观测 此部分旨在为具备基础狭义相对论知识的读者提供一个进入现代天体物理学和宇宙学研究的窗口。 7. 黎曼几何与时空弯曲的张量分析： 本章详细回顾了爱因斯坦场方程的数学形式，并重点教授如何使用协变导数、黎曼张量和里奇张量来描述时空的几何结构。我们将通过德西特（de Sitter）和施瓦西（Schwarzschild）度规的实际推导，巩固对曲率与物质能量分布关系的理解。 8. 引力波天文学的信号处理与源探测： 在LIGO/Virgo观测成果的基础上，本章侧重于引力波信号的逆问题。它详细介绍了波形模型（如双黑洞并合的拟牛顿近似），以及如何通过匹配滤波技术从背景噪声中提取出微弱的引力波信号。 9. 宇宙学参数的贝叶斯推断： 现代宇宙学高度依赖于数据拟合和模型选择。本章介绍了从宇宙微波背景（CMB）数据（如Planck卫星的观测）中提取 $Lambda$CDM模型参数的统计方法，包括马尔可夫链蒙特卡罗（MCMC）算法的应用及其在计算中的优化策略。 第四部分：粒子物理学前沿：标准模型的扩展与挑战 本部分专注于超越标准模型（SM）的理论尝试，特别是那些试图解决质量层级问题或暗物质/暗能量难题的框架。 10. 希格斯物理学的深入探究与测量不确定性： 除了对希格斯玻色子发现的叙述，本章聚焦于对希格斯自耦合常数和夸克/轻子耦合强度的精确测量。通过对实验数据的统计分析，探讨如何利用这些测量来探测新物理的间接效应。 11. 超对称理论（SUSY）的构造与探测前景： 本章详细阐述了超对称理论的基本思想——费米子与其超伴子之间的对称性，并分析了为什么SUSY被认为是解决质量层级问题的有力候选者。随后，重点讨论了LHC实验中对超伴子粒子（如Sparticles）的搜索策略和目前的限制。 12. 暗物质的候选者与间接/直接探测实验： 本书将暗物质分为WIMPs（弱相互作用大质量粒子）和轴子（Axions）两大类进行深入探讨。在理论部分，分析了WIMP的“WIMP奇迹”，并详细描述了地下氙探测器（如XENONnT）的背景抑制技术，以及利用射电望远镜寻找轴子信号的最新进展。 第五部分：计算物理学与建模工具箱 强调理论与实际应用相结合，本部分为读者提供了解决复杂物理问题的计算工具。 13. 高性能计算在物理模拟中的应用： 本章介绍了分子动力学（MD）模拟的基础算法（如Verlet积分器）及其在材料科学中的应用。此外，讨论了有限元方法（FEM）在求解偏微分方程（如电磁场问题）中的优势与局限性。 14. 数据驱动的物理学：机器学习简介： 鉴于数据爆炸时代的到来，本章介绍了如何应用深度学习技术来加速物理模拟（如通过神经网络势能面）和分析实验数据（如粒子事件分类）。这部分内容侧重于具体的TensorFlow/PyTorch代码结构示例，而非纯粹的数学推导。 结语 《前沿物理学：理论与应用的新范式》致力于提供一个既严谨又富有洞察力的学习体验。它假设读者已经对基础物理学（如经典力学、电磁学、量子力学导论）有扎实的理解，并期望带领读者直接面对当前物理学研究中最活跃、最富挑战性的领域。本书的价值在于其内容的广度与深度，它确保读者不仅理解“是什么”，更能理解“为什么是这样”以及“下一步会是什么”。

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