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出版者:Springer

作者:

出品人:

页数:584

译者:

出版时间:1981-6-1

价格:USD 170.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780306406508

丛书系列:

图书标签:

• 原子物理
• 量子力学
• 原子结构
• 光谱学
• 原子碰撞
• 等离子体物理
• 激光物理
• 原子物理学
• 物理学
• 量子信息

好的，这是一本关于广义相对论与宇宙学的学术专著的详细简介，内容完全独立于您提到的《原子物理学7》。 --- 广义相对论与宇宙学：时空几何的深度探索 内容概述 本书深入探讨了爱因斯坦的广义相对论（General Relativity, GR）在描述宏观宇宙结构、引力本质以及时空演化方面的核心原理与现代应用。它不仅是对经典场方程的严谨数学构造的梳理，更是一次跨越星系尺度、直至宇宙起源与终极命运的理论之旅。本书旨在为高年级本科生、研究生以及专业研究人员提供一个全面、深入且数学严谨的框架，用以理解引力如何作为时空的几何属性出现，并塑造我们所观测到的宇宙。 全书结构分为三个主要部分：基础几何与场方程的建立、经典解与天体物理应用，以及现代宇宙学模型与前沿课题。 第一部分：基础几何与场方程的建立 本部分聚焦于广义相对论的数学基础，即微分几何，并以此为工具推导出爱因斯坦场方程（Einstein Field Equations, EFE）。 第一章：黎曼几何基础回顾 本章详细阐述了进行相对论描述所必需的微分几何工具。内容涵盖： 流形与坐标系： 引入可微流形的概念，作为描述时空的基本拓扑结构。讨论拉格朗日坐标、欧几里得坐标与曲线坐标系之间的转换，并强调坐标无关性的物理意义。 张量分析： 严格定义协变张量（Covariant Tensors）与反变张量（Contravariant Tensors），及其在坐标变换下的行为。详述指标的升降规则与洛伦兹指标的区分。 度规张量（Metric Tensor）： 阐述度规 $g_{mu u}$ 作为测量时空间隔的核心工具。重点分析闵可夫斯基度规（Minkowski Metric）在平直时空中的特性，并推广至弯曲时空中的黎曼度规。 联络与导数： 引入平行移动（Parallel Transport）的概念，推导出克里斯托费尔符号（Christoffel Symbols），并定义协变导数（Covariant Derivative），这是在弯曲空间中进行微分运算的必要工具。 黎曼曲率张量（Riemann Curvature Tensor）： 详尽推导黎曼张量的定义、其分量结构以及基本的代数恒等式（如第一、第二黎曼恒等式）。阐释曲率如何量化时空弯曲的程度，并区分内禀（Intrinsic）与外禀（Extrinsic）曲率。 第二章：测地线与物质运动 本章将几何学与动力学联系起来，描述自由落体运动的轨迹。 测地线方程： 推导粒子在弯曲时空中无外力作用下的运动轨迹——测地线方程。讨论类时（Timelike）、类光（Null）和类空（Spacelike）测地线的物理意义。 惯性与引力： 结合等效原理，分析测地线运动如何解释引力的本质——引力并非一种“力”，而是时空弯曲导致的运动路径。 能量与动量（四维）: 在弯曲时空背景下重审能量守恒和动量守恒的定义，引入能动量张量（Stress-Energy Tensor）作为物质场的来源。 第三章：爱因斯坦场方程的推导与形式 本章是全书的核心理论构建部分。 作用量原理： 从爱因斯坦-希尔伯特作用量（Einstein-Hilbert Action）出发，应用变分原理（Variational Principle）来导出场方程，展示其优雅的数学起源。 场方程的完整形式： 详细展示爱因斯坦场方程： $$G_{mu u} + Lambda g_{mu u} = frac{8pi G}{c^4} T_{mu u}$$ 对爱因斯坦张量 $G_{mu u}$ 的各个分量进行详尽解析。 常数与量纲分析： 深入讨论牛顿引力常数 $G$、光速 $c$ 以及宇宙学常数 $Lambda$ 在方程中的作用与物理意义。 守恒律： 验证场方程自动满足能动量守恒 $ abla^mu T_{mu u} = 0$ 的特性，并讨论这在引力理论中的重要性。 第二部分：经典解与天体物理应用 本部分将理论应用于具体的物理场景，探索引力场下的经典解。 第四章：静态、球对称解与引力场检验 真空解： 求解外围区域（ $T_{mu u}=0$ ）的场方程。 史瓦西解（Schwarzschild Solution）： 导出并分析该解的几何特性，包括视界（Event Horizon）和奇点（Singularity）。深入探讨光线弯曲、水星近日点进动等经典检验效应。 诺尔德曼度规（Nordtvedt Metric）： 讨论非球对称源对场方程的影响。 带电荷的解： 引入电磁场，分析克尔-纽曼（Kerr-Newman）解的结构，特别是对旋转和带电黑洞的几何特征（如能层Ergosphere）的描述。 第五章：动态与旋转源 本章关注时间依赖的引力场和更真实的源模型。 线性和弱场近似： 介绍如何将场方程线性化以描述引力波的微小扰动，这是对GR进行摄动分析的基础。 引力波理论： 深入探讨引力波的产生机制（如双星系统），波的传播特性，以及线偏振与圆偏振。 旋转与坍缩： 详细分析克尔（Kerr）度规，重点讨论其对黑洞物理学（如Penrose过程）的意义，以及如何通过数值模拟研究真实恒星的引力坍缩。 第三部分：现代宇宙学模型与前沿课题 本部分将广义相对论应用于整个宇宙的尺度，考察宇宙的起源、演化与未来。 第六章：弗里德曼-勒梅特-罗伯逊-沃尔克（FLRW）度规 本章构建了描述均匀、各向同性宇宙的标准模型。 宇宙学原理： 阐述宇宙学原理的物理假设及其在各向同性、均匀性上的体现。 FLRW度规的构造： 导出FLRW度规，并识别尺度因子 $a(t)$ 作为宇宙膨胀的主要度量。 弗里德曼方程： 从EFE结合FLRW度规推导出描述宇宙演化的弗里德曼方程组。分析不同物质/能量组分（辐射、物质、真空能）对膨胀历史的影响。 宇宙学常数与暗能量： 详细讨论宇宙学常数 $Lambda$ 的回归，以及其在驱动当前宇宙加速膨胀中所扮演的“暗能量”角色。 第七章：奇点、暴胀与视界问题 本部分聚焦于宇宙学模型的关键难题与现代修正理论。 奇点定理： 概述彭罗斯-霍金奇点定理（Penrose-Hawking Singularity Theorems），指出在一般条件下，黑洞内部和宇宙大爆炸必然存在奇点。 暴胀理论（Inflation）： 引入暴胀机制，阐释它如何解决经典大爆炸模型的视界问题、平坦性问题和磁单极子问题。 视界问题： 区分粒子视界（Particle Horizon）和事件视界（Event Horizon），讨论它们在可观测宇宙中的限制。 第八章：暗物质与引力学的未来方向 本章展望了超越标准GR模型的领域。 动力学证据： 综述星系旋转曲线、星系团的引力透镜效应等，确立暗物质存在的观测基础。 张量修正引力： 简要介绍对GR的修正理论，例如 $f(R)$ 引力、标量-张量理论（如Brans-Dicke理论），以及它们试图在不引入暗物质/暗能量的情况下解释观测现象的尝试。 量子引力展望： 讨论将广义相对论与量子力学统一的理论尝试（如圈量子引力、弦理论）所面临的挑战，强调GR作为低能有效场论的地位。 读者对象与特色 本书的特色在于其数学的严谨性与物理图像的清晰性并重。它要求读者具备扎实的经典力学、电动力学基础，并熟悉基础的多元微积分。通过大量详细的推导步骤和丰富的图示（涉及微分形式和纤维丛结构），本书旨在培养读者运用几何语言精确描述引力现象的能力，为深入研究黑洞物理、引力波天文学以及宇宙学前沿打下坚实的基础。书中包含大量精心设计的习题，旨在巩固对复杂数学概念的掌握。

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这本书——《狭义相对论与时空几何》——绝对是物理爱好者心中的一剂强效镇静剂，它用最简洁的逻辑打碎了你对“绝对时间”的所有固有观念。作者的叙述风格极其冷峻和精确，如同一个技艺高超的几何学家在描绘一个四维流形。书中对洛伦兹变换的推导，摒弃了繁琐的坐标旋转，转而直接从光锥和相对性原理出发，这种高度抽象但逻辑自洽的建立方式，极大地提升了读者的思维层次。阅读时，我仿佛置身于一个没有参照系的世界，被迫接受时间和空间相互交织的现实。他对四维动量和四维力矩的阐述，尤其到位，清晰地展现了质量和能量在相对论框架下是多么和谐地统一在一起。虽然涉及的数学工具相对基础，但其哲学蕴含却是深远的，它迫使你重新审视“同时性”的本质。对于想要真正理解闵可夫斯基时空的读者来说，这本书提供的视角是无可替代的，它不只是教你如何计算，更重要的是教你如何“思考”时空。

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坦白讲，我对《经典电动力学：场与辐射》一开始是抱有敬畏之心的，毕竟麦克斯韦方程组的优美与复杂性是出了名的。然而，这本教材的伟大之处在于，它成功地将这种复杂性“驯化”了。作者的写作节奏非常稳健，从静电场、静磁场的基础开始，逐步过渡到电磁波的传播，每一步都像是精心铺设的石板路，让你走得既稳又快。书中对矢量分析和张量表示的引入，不是为了炫耀数学技巧，而是为了揭示电磁场内在的几何结构。特别喜欢它对辐射理论的处理，从偶极子辐射到更复杂的散射问题，作者对坡印廷矢量和功率流的讨论，总是能精准地抓住物理核心，让人对能量的传输过程有清晰的直观认识。读完关于电磁场在介质中传播的那几章，我终于明白了为什么需要引入边界条件，以及这些条件背后隐藏的物理意义是什么。这本书的习题难度设置也十分合理，从基础应用到深入探索都有涵盖，是攻克电动力学的必备良器。

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拿起《固体物理导论》这本书时，我原本以为会是一场与布拉维点阵和费米面的艰苦搏斗，但出乎意料的是，作者的笔触竟如此细腻而富有诗意。他没有将晶体结构仅仅描绘成一堆规则排列的点，而是将其视为一种“秩序的艺术”，详细阐述了晶体对称性如何决定了材料宏观性质的方方面面。书中对倒易空间的讲解尤其精彩，那种从实空间到倒易空间的视角转换，如同戴上了一副能看穿物质内部结构的“透视眼镜”，第一次让我领悟到傅里叶变换在凝聚态物理中的真正力量。对电子能带结构的描述更是教科书级别的范例，无论是紧束缚近似还是近自由电子模型，作者都用生动的语言解释了它们的物理内核，避免了陷入纯粹的数学推导泥潭。尤其赞赏的是关于半导体物理那一章，对杂质能级和载流子输运的剖析，既有理论深度，又不失工程实践的指导意义，让我想立刻动手搭建一个简单的PN结模型来验证这些理论。

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这本《量子力学基础》简直是物理学习者的一剂强心针，尤其对于那些刚接触薛定谔方程和波函数概念的新手来说，作者的叙述方式如同清风拂面，丝毫没有晦涩难懂的理工科术语的压迫感。书中对态矢和算符的引入循序渐进，每一步的推导都辅以清晰的物理图像，让人能真正理解“观测”这个行为在量子世界里意味着什么。印象最深的是关于自旋角动量那几章，作者没有急于抛出复杂的数学形式，而是通过经典的类比和实验证据，比如斯特恩-格拉赫实验的精妙设计，将抽象的内禀属性具象化。阅读过程中，我感觉自己不是在啃一本教材，而是在与一位经验丰富的导师对话，他总能在你即将迷失于数学公式的海洋时，及时拉你一把，指引你看到更广阔的物理图景。特别是对非相对论量子力学中各种势阱问题的处理，从无限深势阱到有限深势阱的过渡，每一步的能量本征值计算都详略得当，既保证了严谨性，又照顾到了初学者的接受能力，实乃经典之作。

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《热力学与统计物理学原理》这本书，与我以往读过的任何一本教材都不同，它采取了一种近乎“人文关怀”的方式来介绍熵的概念。作者似乎深知熵这个概念对初学者有多么难以捉摸，所以他花了大量的篇幅来铺垫玻尔兹曼的统计诠释，将“无序”这个模糊的词汇，通过微观态数目的精确计算，转化为一个可以量化的物理量。书中对系综理论的讲解也别具一格，对正则系综、微正则系综的区分，不再是干巴巴的数学定义，而是与实验中可实现条件紧密联系起来，极大地增强了理论的可操作性。对理想气体、振子等模型的分析，展现了统计力学无与伦比的强大解释力，如何仅凭粒子数和能量就能推导出宏观气体的状态方程。更令人称道的是，作者在介绍第三定律时，那种对绝对零度不可企及性的哲学探讨，让人在学习物理定律的同时，也感受到了科学探索的边界与魅力。整本书读下来，感觉自己对“平衡”与“涨落”的理解上升到了一个新的哲学高度。

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