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出版者:

作者:Asay, Blaine (EDT)

出品人:

页数:614

译者:

出版时间:

价格:1586.71

装帧:

isbn号码:9783540879527

丛书系列:

图书标签:

• Shock Waves
• Blast Waves
• Explosions
• High-Speed Aerodynamics
• Fluid Dynamics
• Impact Physics
• Materials Science
• Defense Technology
• Engineering
• Physics

物理现象的广阔图景：从微观量子跃迁到宏观宇宙演化 本书旨在为读者提供一个跨越多个物理学分支的综合性知识框架，深入探讨自然界中普遍存在的、涉及能量、物质和时空相互作用的基本规律。我们不着眼于单一的、高度专业化的技术领域，而是致力于揭示那些驱动着从粒子加速器实验到星系形成等一系列现象的底层物理原理。 第一部分：经典场论与连续介质力学的基础 本部分着重于建立描述宏观世界运动和相互作用的经典物理学基石。 第一章：牛顿力学与拉格朗日-哈密顿体系的精炼 我们将从牛顿运动定律的精确表述入手，随后迅速过渡到更具普适性的分析力学框架。重点解析了变分原理在物理系统描述中的核心地位，深入探讨了拉格朗日量和哈密顿量的构建方法及其在保守系统中的应用。我们详细考察了约束系统的处理技巧，特别是使用拉格朗日乘子法来解决复杂的几何约束问题。此外，本章会介绍正则变换理论，解释了如何通过保持泊松括号结构不变的坐标变换来简化哈密顿-雅可比方程，从而求解那些具有较高对称性的动力学问题。我们还将对比拉格朗日和哈密顿表述在解析力学求解复杂轨道问题时的优劣。 第二章：电磁学的统一描述：麦克斯韦方程组的深度解析 本章将全面回顾麦克斯韦方程组，并将其视为电磁现象的完整理论。我们不仅会重申法拉第电磁感应定律、安培-麦克斯韦定律等基本定律，更侧重于从更深层次理解这些方程所蕴含的物理意义，例如电荷守恒与电流连续性方程的内在联系。在静电学和静磁学部分，我们将引入标势和矢势的概念，展示如何用电磁势来简化边界值问题的求解，尤其是在涉及泊松方程和拉普拉斯方程的区域。电磁波的产生、传播、辐射特性，包括坡印廷矢量的能量流密度，将作为本章的重点内容。我们还将探讨在非均匀介质中的波的传播，以及电磁场与物质相互作用的基础，例如德拜屏蔽效应在等离子体中的表现。 第三章：流体力学：从理想流体到粘性效应的引入 本部分将经典力学扩展到连续介质。我们将首先建立欧拉方程，用于描述无粘性、不可压缩流体的运动。随后的讨论转向粘性流体的复杂性，引入纳维-斯托克斯方程，并详细解析动量守恒在粘性介质中的体现。我们将探讨流体动力学中的关键无量纲参数，例如雷诺数（Reynolds number）的重要性，它决定了流体运动的层流（Laminar flow）或湍流（Turbulent flow）状态。对于湍流的描述，我们将侧重于统计学方法，如平均流方程（Reynolds-averaged Navier-Stokes equations, RANS）的基本概念，及其在工程应用中的局限性。边界层理论，特别是普朗特（Prandtl）提出的薄边界层概念，将用于解释流体与固体表面相互作用的关键物理机制。 第二部分：量子力学与统计物理学的基石 本部分转向微观世界的描述，重点关注量子现象和大量粒子系统的统计规律。 第四章：非相对论性量子力学的核心原理 本章从薛定谔绘景和海森堡绘景的对比开始，阐述了量子力学的基本公设。重点解析了波函数的物理意义及其在概率诠释中的作用。我们将深入研究一维势阱、有限深势阱以及谐振子等基本模型的精确解，以展示量子化能级的必然性。角动量理论是本章的另一个核心，详细讨论了轨道角动量和自旋角动量算符的对易关系，以及球谐函数在描述原子轨道中的应用。泡利不相容原理作为多粒子系统的基础，将用于解释电子排布的规律。 第五章：统计物理学与热力学极限 本部分连接了微观粒子的行为与宏观的热力学性质。我们将从微正则系综、正则系综到巨正则系综，系统阐述统计力学如何通过配分函数（Partition function）来计算系统的宏观可观测量。对于理想气体，我们将推导麦克斯韦-玻尔兹曼速度分布，并将其应用于计算气体动力学性质。随后，我们将讨论费米子和玻色子的量子统计特性，考察它们在低温下的行为，如简并费米气体（Degenerate Fermi gas）和玻色-爱因斯坦凝聚（Bose-Einstein Condensate, BEC）的物理特征。热力学部分将复习和拓展四大定律，特别是吉布斯自由能和焓在相变过程中的作用，以及关于熵的更深入的统计学解释。 第三部分：固体物理与材料特性 本部分将统计物理和量子力学应用于描述固体材料的电子结构和宏观响应。 第六章：晶格振动与热学性质 我们将从布拉维点阵和晶体结构对称性入手，描述晶体中的原子排列。随后，聚焦于晶格动力学，使用弹性波理论导出了声子（Phonon）的概念，并将晶格振动视为准粒子的集合。我们将通过德拜模型（Debye model）和爱因斯坦模型（Einstein model）来计算晶体的比热容，并对比它们在不同温度下的适用范围。晶格缺陷，如点缺陷和位错，对材料机械性能和输运性质的影响也将被讨论。 第七章：能带理论与电子输运 本章是理解半导体和导体电学特性的关键。利用布洛赫定理，我们解释了电子在周期性势场中行为的本质，导出了能量本征值与晶体动量之间的关系，即能带结构。本部分将明确区分导体、绝缘体和半导体，并详细分析费米能级（Fermi energy）在不同类型材料中的位置。对于半导体，我们将讨论本征激发和掺杂过程，并解析载流子的漂移和扩散机制，导出演算关系，如霍尔效应的物理基础。 第四部分：相对论性效应与场论的扩展 本部分将视野提升至高速运动和更广阔的时空背景。 第八章：狭义相对论的几何基础与动力学 本章从爱因斯坦的两个基本假设出发，系统阐述了洛伦兹变换的数学结构。我们将深入探讨四维时空（Minkowski spacetime）的概念，并将能量和动量统一为一个四矢量。本部分将推导出质能关系 $E=mc^2$ 及其对粒子物理学的深远影响。我们还将分析高速运动粒子的相对论性运动学，包括时间膨胀和长度收缩的精确计算方法，并讨论其在粒子衰变寿命测量中的实际应用。 第九章：广义相对论的初步概念与时空弯曲 本章作为理论物理学的进阶内容，将从等效原理出发，引入弯曲时空的几何描述。我们将解释测地线（Geodesics）在弯曲时空中的物理意义，即物体如何在引力场中自由运动。虽然不涉及张量分析的复杂推导，但会直观地描述黎曼几何如何与物质和能量分布相关联，即爱因斯坦场方程的定性理解。本章会探讨引力时间延迟、光线在恒星附近弯曲的观测证据，以及牛顿引力理论在弱场近似下的回归。 通过以上九个部分的详细论述，本书提供了一个结构严谨、内容丰富的物理学知识体系，强调了不同物理学分支之间的内在联系，为理解自然界从量子涨落到宇宙结构演化的全过程提供了坚实的理论基础。

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