电磁学

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出版者:华东师范大学出版社
作者:
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页数:541
译者:
出版时间:1996-03
价格:14.80
装帧:平装
isbn号码:9787561708408
丛书系列:
图书标签:
  • 电磁学
  • 物理学
  • 电磁场
  • 麦克斯韦方程
  • 电动力学
  • 大学物理
  • 理工科
  • 高等教育
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  • 经典物理
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具体描述

物理学前沿探索:量子场论与粒子物理学导论 本书简介 本书是一部面向高年级本科生和初级研究生的专业教材,旨在系统、深入地介绍现代物理学的两大核心支柱——量子场论(Quantum Field Theory, QFT)和粒子物理学标准模型(Standard Model, SM)。它并非对经典电磁学的重复或延伸,而是将读者的视野从宏观的经典场域理论,彻底转向微观、量子的世界,探讨物质和相互作用的根本构成。 第一部分:量子场论的基础构建 本书的第一部分致力于为理解现代物理学提供必要的数学和概念框架。我们从经典的场论出发,回顾拉格朗日和哈密顿力学在场论中的推广,特别是如何利用最小作用量原理导出连续介质的运动方程,为后续的量子化打下坚实基础。 1.1 经典场论回顾与规范原理的引入 我们将详细阐述经典电磁场(作为相对论性场论的一个重要特例)的拉格朗日密度形式,并自然过渡到更一般的保守场和非保守场。随后,本书将重点引入规范不变性(Gauge Invariance)的概念。这一原理被提升到核心地位,因为它不仅是电磁学的精髓,更是描述强、弱、电磁三种基本相互作用的基石。我们将分析局域规范变换对经典场的作用,并展示如何通过引入规范玻色子(如光子)来维持理论的协变性和不变性。 1.2 经典场论的正则量子化 真正的飞跃在于将经典场“量子化”。本书采用标准的正则量子化(Canonical Quantization)方法,将场视为无穷多个振子的集合。我们将详细推导产生和湮灭算符(Creation and Annihilation Operators)的数学形式,并阐明它们如何操作于真空态(Fock Space 的基态)之上,从而产生具有特定能量和动量的粒子。这一过程清晰地展示了粒子作为场的激发态的本质。 1.3 相对论性量子场:狄拉克场与克莱因-戈登场 电磁场是零质量玻色子(光子)的场,但物质粒子(费米子,如电子)和自旋为零的标量粒子(如希格斯玻色子)需要不同的描述。 克莱因-戈登场(Klein-Gordon Field):用于描述自旋为零的粒子。我们求解狄拉克方程在闵可夫斯基时空中的量子化,并讨论其与概率诠释相关的困难(如负概率密度问题),这最终促成了场的“二次量子化”。 狄拉克场(Dirac Field):用于描述费米子(如电子、夸克)。本书将详尽推导狄拉克方程,并采用反交换代数(Anti-commutation Relations)进行量子化。这自然地引入了泡利不相容原理,完美地解释了费米子的特性。同时,狄拉克方程的解自然预言了反粒子的存在,这是相对论性量子理论的伟大成就之一。 1.4 相互作用与微扰论:费曼图的诞生 真实的物理世界充满了相互作用。在QFT中,相互作用项被加入到拉格朗日密度中。由于精确求解非微扰方程几乎不可能,本书侧重于微扰论(Perturbation Theory)。 我们将系统地介绍时间演化算符(Time Evolution Operator),并利用Dyson级数展开相互作用。重点在于费曼图(Feynman Diagrams)的构建和解释。每条线和每个顶点都对应于精确的数学表达(传播子和耦合常数)。读者将学会如何利用这些图来计算散射截面和衰变宽度等可观测物理量。 第二部分:规范场论与标准模型 在奠定了QFT的数学基础后,本书进入描述自然界基本力的核心部分——规范场论。 2.1 量子电动力学(QED)的精炼 QED作为第一个成功的量子场论,是检验QFT框架的试金石。我们将回顾U(1)规范群下的QED拉格朗日量,并利用费曼图计算电子-电子散射和电子-光子散射(如Bhabha散射)。 然而,微扰计算中会出现无穷大问题(紫外灾难)。本书将详细介绍重整化(Renormalization)的物理思想和技术。我们将区分“裸”参数和“物理”参数,展示如何通过引入“反项”来抵消无穷大,并引入重整化群(Renormalization Group Flow)的概念,解释耦合常数如何随能量尺度变化(跑动耦合常数)。 2.2 弱相互作用与对称性自发破缺 本书随后转向描述核衰变和中微子相互作用的电弱理论。 规范群 SU(2) x U(1):我们构建包含弱同位旋和弱超荷的规范场论。这引入了W、Z玻色子和光子。 希格斯机制(Higgs Mechanism):这是标准模型中最为精妙的部分。我们将详细分析自发对称性破缺(Spontaneous Symmetry Breaking, SSB)的概念,展示为什么规范玻色子(W和Z)必须获得质量,而光子保持零质量。我们将导出希格斯场的拉格朗日量以及它与费米子(通过汤川耦合)相互作用的机制。 2.3 量子色动力学(QCD)与夸克 描述强相互作用的理论是量子色动力学(QCD),它基于SU(3)规范群。 八个胶子:我们引入描述夸克间强作用力的八种规范玻色子——胶子。 渐近自由(Asymptotic Freedom):与QED不同,QCD的强耦合常数在短距离(高能)下变小。我们将利用重整化群方程解释这一现象,它使高能下的散射计算成为可能。 夸克禁闭(Confinement):在长距离下,强耦合常数变大,导致夸克和胶子无法单独存在。本书将讨论理论上对夸克禁闭现象的初步理解。 第三部分:标准模型的超越与展望 本书的最后部分将标准模型视为一个“有效场论”,探讨其局限性和未来研究方向。 我们将总结标准模型的粒子内容(12种费米子、规范玻色子、希格斯玻色子)以及其成功之处(如对高精度实验的预测)。同时,我们将讨论标准模型未能解释的问题,包括: 引力的缺失:如何将量子引力纳入框架? 暗物质和暗能量:标准模型中缺乏候选粒子。 中微子质量:标准模型最初要求中微子无质量,但实验证实它们有质量。 本书的结论部分将简要介绍超对称性(Supersymmetry, SUSY)和额外维度理论等超越标准模型的前沿概念,引导读者进入更深层次的研究领域。 本书特色: 数学严谨性与物理直觉的结合:在严格的数学推导过程中,始终强调其背后的物理意义。 强调规范原理:将规范不变性视为连接经典场论和基本相互作用的统一思想线索。 现代应用导向:所有理论工具均直接应用于标准模型的构建和理解。 本书的完成,将使读者掌握现代粒子物理学的语言和工具,为进一步研究高能物理、凝聚态理论(许多概念源于QFT)以及理论物理学前沿打下坚实基础。

作者简介

目录信息

目录
第一章 静电场
§1 静电现象
§2 库仑定律
§3 电场强度
§4 高斯定理
§5 静电力的功电位
§6 电偶极子
小结
思考题一
习题
第二章 静电场中的导体
§1 静电平衡
§2 电场中的导体空腔
§3 电容及电容器
§4 电荷在电场中的运动
§5 真空中电场的能量
小结
思考题二
习题二
第三章 静电场中的电介质
§1 电介质的极化
§2 极化强度矢量与极化电荷
§3 有介质时的静电场方程
§4 电场的边值关系
§5 静电场的能量和场能密度
小结
思考题三
习题三
第四章 稳恒电流
§1 电流
§2 电流的连续性方程
§3 欧姆定律
§4 焦耳定律
§5 金属导电的经典微观解释
§6 电源和电动势
§7 含源电路的欧姆定律
§8 电流、电压和电阻的测量
§9 基尔霍夫定律
§10 接触电位差 温差电现象
§11 液体导电与气体导电
小结
思考题四
习题四
第五章 稳恒电流的磁场
§1 基本磁现象
§2 安培定律
§3 磁感应强度矢量
§4 磁场的高斯定理
§5 毕奥-沙伐尔定律
§6 电流磁场的计算
§7 安培环路定理
§8 磁场对载流导线的作用
§9 安培的定义及电流强度的绝对测量
§10 磁场对运动带电粒子的作用
小结
思考题五
习题五
第六章 电磁感应和暂态过程
§1 电磁感应现象
§2 法拉第电磁感应定律
§3 动生电动势
§4 感生电动势 涡旋电场
§5 互感和自感
§6 涡电流 趋肤效应
§7 电流的磁能
§8 暂态过程
小结
思考题六
习题六
第七章 磁介质
§1 磁介质
§2 磁场的边值关系
§3 顺磁性与抗磁性
§4 铁磁性
§5 磁路
§6 磁场的能量 磁能密度
§7 地球的磁场
小结
思考题七
习题七
第八章 单相交流电路
§1 交流电
§2 单一参数的交流电路
§3 交流电路中的矢量图解法
§4 交流电路的复数解法
§5 交流电路定律的复数形式
小结
思考题八
习题八
第九章 电磁场和电磁波
§1 位移电流
§2 麦克斯韦方程组
§3 平面电磁波及其性质
§4 电磁波的产生
§5 光的电磁理论和电磁波谱
§6 电磁场的物质性
小结
思考题九
习题九
附录一 库仑扭秤实验
附录二 感应起电机
附录三 常用物理常量
附录四 电磁学单位制
参考书目
后记
· · · · · · (收起)

读后感

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用户评价

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读完这本名为“宇宙的织锦:广义相对论的几何学解释”的书,我的世界观仿佛被彻底重塑了一遍。这本书的叙事风格极其浪漫,它将爱因斯坦的场方程描述成一首关于时空弯曲的史诗。作者似乎是一位天生的诗人,他用极富画面感的语言,将引力描绘成时空本身的弹性形变,而不是一种简单的“力”。我尤其喜欢他对黑洞视界的描绘,那种“事件的边界”既是终结,又是通往未知奇点的门户,文字中透露出的敬畏感让人屏息。书中对黎曼几何的引入部分处理得非常巧妙,没有一开始就抛出那些令人望而生畏的张量符号,而是通过二维曲面的例子,循序渐进地构建起对高维流形概念的直观理解。书中穿插的历史小故事也十分精彩,比如关于广义相对论早期受到质疑,直到光线在日全食时发生偏折才被证实的那段描述,读来令人热血沸腾,仿佛亲历了科学史上的伟大瞬间。这本书的论证逻辑严密,每一步推导都像是在精心铺设一条通往真理的道路,让人不得不佩服作者构建理论体系的功力。它不是一本用来速读的书,更像是一坛需要时间慢慢品味的陈年佳酿,每一次重读都会有新的体悟,特别是关于引力波的章节,读来让人对宇宙的宏大尺度产生了前所未有的敬畏。

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翻开这本《热力学与统计物理学原理》,我立刻被其宏大叙事的气魄所吸引。作者似乎将研究的尺度拉伸到了宇宙的尽头,从熵的不可逆性原理开始,探讨了信息论与热力学第二定律之间的深层联系。这本书的论述风格非常哲学化,它不像传统的统计力学那样,上来就堆砌微观粒子数和排列组合,而是花了相当大的篇幅去探讨“宏观”与“微观”之间的桥梁是如何搭建起来的,特别是对“集合”概念的引入,处理得极其优雅。在介绍玻尔兹曼分布时,作者非常细腻地解释了“为什么”粒子会倾向于占据能量较低的状态,这种解释超越了简单的概率计算,深入到了系统在相空间中的“可达性”层面。让我耳目一新的是其中关于相变的讨论,作者并没有仅仅停留在范德华方程的拟合上,而是深入分析了临界指数的普适性问题,并引入了重整化群的思想来解释不同系统在临界点表现出的相似性,这无疑将这本书的层次拔高了一个维度。虽然书中关于正则系综和巨正则系综的数学推导略显繁复,但最终得出的配分函数公式,却是如此简洁有力地概括了整个系统的热力学性质。这本书不仅仅是一本教材,它更像是一次对物理世界基本规律的哲学思辨之旅。

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这份“经典力学:拉格朗日与哈密顿的视角”的书籍,给我的感觉是极为严谨和系统,它不像某些教材那样热衷于花哨的开场白,而是直接切入问题的核心。开篇就毫不含糊地介绍了变分原理,然后迅速过渡到欧拉-拉格朗日方程的推导,行文节奏紧凑,没有一丝拖泥带水。作者的讲解风格是典型的“工程师思维”——强调效率和普适性。对于保守系统,他展示了如何通过引入广义坐标,将原本复杂的牛顿运动方程转化为一组更容易处理的微分方程组,这种方法的简洁性令人拍案叫绝。我特别欣赏书中对“守恒量”和“循环坐标”之间关系的阐述,作者用了一个精心设计的弹簧振子模型,清晰地展示了哈密顿量中哪个项对应着能量守恒,哪个项对应着动量守恒,这种具象化的解释对于理解抽象的数学结构至关重要。不过,这本书的习题设置颇具挑战性,很多需要结合高等数学的知识点才能解出,例如求解椭圆轨道问题时,涉及到的三角函数积分的技巧,就远超出了普通物理系大一学生的范围。总而言之,这是一本为未来要从事理论物理或精密工程计算的学生量身打造的工具书,它教会你的不仅仅是公式,更是一种处理物理问题的结构化思维。

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我最近拜读了这本名为“固体物理导论:晶体结构与能带理论”的专著,它给我带来了极大的启发,尤其是在理解材料的微观特性方面。这本书的重点显然放在了晶格振动和电子的周期性势场上。作者在介绍布拉维点阵和晶体衍射规律时,使用了非常详细的三维空间示意图,这些图示清晰地标明了倒易点阵的概念,这对我理解X射线衍射实验的数据处理非常有帮助。与其他只停留在概念层面介绍的教材不同,这本书深入探讨了德拜模型和爱因斯坦模型的数学差异,并用实际的低温比热数据来对比哪个模型在不同温度区间更具解释力,这种对比分析极大地增强了知识的说服力。书中对电子能带结构的部分,更是精彩绝伦,作者没有回避费米能级和布洛赫定理的复杂性,反而通过一步步的推导,展示了如何从薛定谔方程在周期势场下的解,自然而然地引出了绝缘体、半导体和导体的区分。读到介绍有效质量的概念时,我才真正理解了为什么在半导体器件设计中,电子和空穴的行为会如此不同,这完全归功于能带曲率的几何意义。这本书的优点在于其内容的深度和广度兼备,但对于初学者来说,可能需要先对量子力学有扎实的背景知识才能顺利进入。

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这本厚重的“量子力学导论”拿在手里,就有一种沉甸甸的知识感扑面而来。书本的装帧设计简洁而有力,黑色的封面上只印着醒目的白色书名和作者名字,没有多余的装饰,让人立刻感受到内容的严肃性。刚翻开扉页,那密密麻麻的数学公式和符号就让人倒吸一口冷气——这可不是给初学者准备的“入门读物”。作者似乎非常钟爱费曼图和狄拉克符号,将它们运用得炉火纯青,使得抽象的概念在符号的编织下呈现出一种奇异的美感。我花了整整一个下午才啃完第一章关于薛定谔方程在无限深势阱中应用的推导,每一步都需要反复对照脚注里的参考文献,生怕遗漏了任何一个微小的假设。最让我印象深刻的是其中对波函数坍缩的讨论部分,作者没有采取那种教科书式的平铺直叙,而是引用了大量的历史争论和最新的实验验证,行文间充满了对物理学本质的深刻反思,读起来就像是参与了一场跨越时空的思想辩论。虽然过程中有几次差点因为看不懂某个复杂的积分变换而想把书合上,但每当理清一个概念,那种豁然开朗的成就感是无与伦比的。这本书的排版非常清晰,公式和文字的间距把握得恰到好处,唯一的缺点或许是对于非物理专业背景的读者来说,门槛设置得实在太高了些,但对于志在深入研究量子世界的探索者而言,这无疑是一座必须攀登的知识高地。

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