Grundkurs Theoretische Physik 3 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer

作者:Wolfgang Nolting

出品人:

页数:561

译者:

出版时间:2007-05-01

价格:EUR 39.95

装帧:Paperback

isbn号码:9783540712510

丛书系列:

图书标签:

• 物理学
• 理论物理
• 大学教材
• Grundkurs
• 量子力学
• 电动力学
• 统计物理
• 固体物理
• 光学
• 热力学

好的，这是一本专注于经典电动力学与狭义相对论的教科书的详细简介，旨在深入探讨这些物理学基石，同时避开《Grundkurs Theoretische Physik 3》可能涵盖的具体内容。 《电磁场的动力学与时空几何基础：理论物理核心导论》 图书简介 本书旨在为物理学本科高年级学生及研究生提供一套严谨而深入的经典电磁场理论与狭义相对论的综合性教材。本书的核心目标在于建立一个扎实、自洽的理论框架，使读者不仅能熟练运用麦克斯韦方程组和洛伦兹变换，更能深刻理解这些理论背后的数学结构与物理哲学。全书以物理直觉与数学精确性并重的方式展开，强调概念的清晰阐释与问题的系统性分析。 第一部分：经典电磁场理论的深度剖析 本部分聚焦于麦克斯韦方程组的完整数学结构、物质中的电磁现象，以及电磁波的传播特性。我们摒弃了仅将麦克斯韦方程视为一组描述经验现象的方程的传统做法，而是将其视为一个自洽的场论基础。 第一章：静电场与静磁场的回顾与提升 虽然是回顾，但本章将以现代视角重新审视库仑定律和安培定律。我们引入矢量势 $mathbf{A}$ 和标量势 $Phi$ 的概念，并探讨它们在不同规范（如库仑规范和洛伦兹规范）下的选择对物理描述的影响。静电场的势能概念将提升到能量密度的层面，为后续的场论分析做准备。特别地，我们详细讨论了介质中的宏观电磁场描述，区分了 $mathbf{D}$ 和 $mathbf{E}$ 场的物理意义，以及边界条件在界面处的严格应用。 第二章：时变场与麦克斯韦方程组的完备性 法拉第电磁感应定律的引入标志着电磁理论从静力学向动力学的转变。本章的核心是展示麦克斯韦对安培定律的修正——引入了位移电流项——这一修正如何保证了电荷守恒定律在时空中的一致性。我们系统地推导了在真空和介质中麦克斯韦方程组的积分形式和微分形式，并详细分析了方程组的内在协调性。 第三章：电磁波的产生、传播与性质 这是电磁理论的精华所在。在无源、无扰动的介质中，麦克斯韦方程组简化为齐次的波动方程。我们通过标准的亥姆霍兹分解法和分离变量法，求解了平面波在真空中的传播，精确推导出电磁波的速度 $c = 1/sqrt{mu_0 epsilon_0}$ 的物理意义。更进一步，本书深入探讨了非均匀介质中的波传播，包括色散关系、波的反射与折射（基于菲涅耳公式的严格推导），以及波在吸收性介质（如导电体）中的趋肤效应。我们还对电磁波的能量流（坡印亭矢量 $mathbf{S}$）及其动量密度进行了细致的讨论，阐明了光压的微观机制。 第四章：电磁场的拉格朗日量与哈密顿量 为了与量子场论的框架相衔接，本部分将电磁场理论提升到分析力学的层面。我们构建了电磁场的拉格朗日密度，它不仅包含了电场和磁场的能量项，还巧妙地引入了描述电荷与场相互作用的项。通过欧拉-拉格朗日方程，我们重新导出了麦克斯韦方程组。随后，通过勒让德变换，建立了电磁场的哈密顿量，这为理解场论中的能量守恒和正则对易关系奠定了基础。 第二部分：狭义相对论的几何与动力学 狭义相对论是理解电磁场如何从不同惯性系观察到的桥梁。本部分将相对论的建立过程置于电磁学背景下，强调洛伦兹变换的必然性。 第五章：相对性原理的基石与光速不变性 本章首先回顾了伽利略变换的局限性，特别是它在描述电磁现象上的失败。接着，我们详述了狭义相对论建立的两个基本假设，并详细探讨了洛伦兹变换的数学结构。我们使用“光锥”的概念来引入因果结构，强调光速不变性如何重塑了我们对时间和空间的理解。通过对不同惯性系中电磁场分量的变换，我们证明了麦克斯韦方程组在洛伦兹变换下的协变性，这是狭义相对论得以成立的内在要求。 第六章：时空几何与相对论效应的定量描述 本书详细推导了狭义相对论的经典效应：时间膨胀（Time Dilation）和长度收缩（Length Contraction）。我们利用四维矢量和张量的语言来统一描述这些现象，强调“时空间隔”在所有惯性系中保持不变的几何本质。本章还对“同时性”的相对性进行了深入的讨论，并分析了相对论性多普勒效应在天体物理学中的应用。 第七章：相对论性动量与能量 在引入四维动量 $mathbf{P}^mu$ 的概念后，本章系统地推导了相对论性粒子的动量和能量关系。我们严格证明了能量 $E = gamma m c^2$ 和动量 $p = gamma m v$ 的形式，并清晰地导出了著名的质能等价关系 $E^2 = (pc)^2 + (mc^2)^2$。本书还涵盖了粒子衰变和高能散射过程中能量和动量守恒的相对论性处理。 第八章：电磁场张量与洛伦兹协变性 为了在数学上体现狭义相对论的优雅，本章引入了电磁场张量 $F^{mu u}$。我们展示了如何将麦克斯韦方程组（包括源项）简洁地写成张量形式 $partial_ u F^{mu u} = mu_0 J^mu$。通过分析 $F^{mu u}$ 的洛伦兹变换规则，我们阐明了电场和磁场并非独立的实体，而是在不同参考系下对同一个四维场张量分量的不同切片。这为理解电磁现象的相对论本质提供了最深刻的数学工具。 结论与展望 本书的最终目标是为读者构建一个坚实的理论平台，使他们能够自信地迈入更高级的理论物理领域，如量子电动力学、广义相对论或更现代的场论研究。本书所构建的经典电磁学与狭义相对论框架，是现代物理学大厦的基石。 适用对象： 本书非常适合系统学习经典场论和狭义相对论的物理系大三、大四学生，以及需要回顾或深入理解这些基础概念的研究生。要求读者具备扎实的微积分、线性代数和基础矢量分析知识。

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