大学物理基础

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出版者:中国人民大学出版社
作者:许光清
出品人:
页数:186
译者:
出版时间:2002-10
价格:15.0
装帧:平装
isbn号码:9787300042770
丛书系列:
图书标签:
  • 大学物理
  • 物理学
  • 基础物理
  • 大学教材
  • 理工科
  • 高等教育
  • 物理公式
  • 力学
  • 电磁学
  • 光学
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具体描述

探索宇宙的奥秘:现代天体物理学导论 本书聚焦于从宏观宇宙尺度到极端天体物理现象的尖端研究,旨在为有志于深入理解宇宙演化和基本物理定律的学生及研究人员提供一套全面且深入的知识框架。 第一部分:宇宙学基础与大尺度结构 本书伊始,我们从宇宙学建立的基石——爱因斯坦的广义相对论出发。不同于侧重于经典力学和电磁学基础的普通物理教材,本书直接切入时空弯曲的几何描述,详细阐述了度规张量、里奇张量以及爱因斯坦场方程的核心意义。我们不会花费大量篇幅讨论机械振动或电阻定律,而是将重点放在这些方程如何指导我们理解宇宙的动力学行为。 随后,本书深入探讨了标准宇宙学模型——$Lambda$CDM 模型。我们将详细分析弗里德曼方程的推导过程及其在描述宇宙膨胀历史中的关键作用。读者将学习如何利用观测数据,如宇宙微波背景辐射(CMB)的各向异性、星系红移巡天以及大尺度结构的演化,来确定哈勃常数、物质密度参数 $Omega_m$ 和暗能量密度参数 $Omega_{Lambda}$。特别是,对CMB的物理起源,包括复合时期和再电离时代的详细描述,是本书的重点内容,这部分将涉及高能等离子体物理和辐射场在早期宇宙中的耦合过程。 我们还会详细解析暗物质和暗能量的物理本质。对于暗物质,本书不仅回顾了旋转曲线和引力透镜效应的经典证据,更深入探讨了目前主流的候选粒子——弱相互作用重粒子(WIMP)的理论模型和实验探测策略,包括直接探测、间接探测以及粒子加速器中的间接证据搜索。对于暗能量,我们将对比经典的宇宙学常数模型(真空能)与更具动力学特性的修正引力理论或第五种力模型(如昆虫、拉普拉斯斯卡拉场),并分析它们在解释宇宙加速膨胀方面的优劣。 第二部分:恒星的生命史与极端天体 恒星的诞生、演化和死亡是理解宇宙物质循环的核心。本书将从恒星形成区——分子云的引力不稳定性(金斯不稳定性)开始,深入分析坍缩过程中的磁场拖拽和湍流效应。我们不会复述牛顿力学中简单的自由落体模型,而是采用磁流体力学(MHD)的框架来解释原恒星吸积盘的形成和喷流的产生机制。 恒星内部的能量产生机制是本书的另一核心部分。我们将详尽阐述核聚变反应的反应截面计算、劳森判据以及不同质量恒星(从红矮星到超巨星)所经历的演化路径。重点在于描述氦闪、碳燃烧等失控的核反应过程,以及热核失稳如何驱动化学元素在恒星内部的分层。 当恒星耗尽核心燃料后,其命运取决于质量。本书对白矮星、中子星和黑洞的描述将完全基于相对论和量子物理。 白矮星与简并物质: 详细推导电子简并压力,分析钱德拉塞卡极限的物理根源,并讨论白矮星的冷却曲线。 中子星物理: 这是本书的难点之一。我们将探讨超重核的结构、中子星内部的状态方程(EOS),其中涉及夸克物质、超流体和超导体的理论建模,远超普通物理中的理想气体模型。脉冲星的磁场结构、电磁辐射机制(特别是脉冲光变和闪烁现象)也将被置于相对论电动力学的框架下进行解析。 黑洞与时空几何: 本部分将从史瓦西解出发,推导并分析克尔解,重点讨论事件视界、奇点以及能层。我们还会探讨霍金辐射的量子场论起源,虽然不会进行详尽的量子场论推导,但会清晰阐述信息悖论的物理内涵。 第三部分:高能天体物理与宇宙射线 本书的后半部分关注宇宙中最剧烈、能量最高的现象。我们将探讨活动星系核(AGN)的统一模型,分析吸积盘的辐射机制(布拉德、康普顿散射),以及中心超大质量黑洞喷流的相对论性加速过程。 宇宙射线的起源和传播是一个跨学科的领域。本书将详细分析宇宙射线的主要成分(质子、原子核、电子)的能谱特征,特别是费米加速机制在超新星遗迹(SNR)中的应用,用以解释高达 $10^{20} ext{eV}$ 的超高能宇宙射线。我们还会介绍伽马射线暴(GRB)的两种主要模型——长暴(超新星相关)和短暴(并合事件),并分析其辐射的“浴盆”或“尖峰”结构所揭示的物理过程。 第四部分:引力波天体物理学 本书将引力波天体物理学作为现代天体物理学的核心前沿。我们将阐述引力波的产生源——双星系统的轨道衰减,并运用弱场近似下的线性引力波方程来描述其辐射功率。重点在于对并合事件(如双中子星或双黑洞并合)的波形建模,即“啁啾”信号的生成。读者将学习如何利用这些波形(LIGO/Virgo/KAGRA的观测结果)来直接测量黑洞和中子星的质量、自旋,甚至检验广义相对论在强引力场下的有效性。 总结 本书的核心理念是运用最前沿的物理理论(广义相对论、高能粒子物理、先进的辐射传输理论)去解释宇宙中观察到的现象。它假定读者已具备扎实的微积分和线性代数基础,目标是引导读者超越经典物理学的范畴,直面宇宙演化和极端物质状态所带来的挑战。全书内容紧密围绕观测事实和理论模型的前沿交叉点展开,是一部为未来天体物理学家量身定制的深度学习资源。

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读后感

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这本书的装帧设计颇具匠心,封面采用了哑光材质,触感温润,深蓝色的底色上用银色烫印的标题——《大学物理基础》,散发着一种沉稳而专业的学院气息。我尤其欣赏它内页的排版风格,字体的选择清晰易读,对公式和图表的处理更是达到了教科书的顶级水准。每一条定理的阐述都伴随着精美的插图,那些矢量图、受力分析图绘制得极为细致,连箭头和坐标轴的粗细都拿捏得恰到好处,让人在阅读晦涩的理论时,仿佛能亲眼“看到”物理世界的运作。而且,纸张的厚度适中,既保证了耐用性,又避免了过度反光对眼睛造成的疲劳。翻阅时,那种油墨散发出的淡淡清香,总能将我拉回到那些安静的自习室时光,这本书不仅仅是一本学习资料,更像是一件精心制作的工艺品,体现了出版方对知识载体的尊重与用心。即便只是摆在书架上,它也是一道低调而有品位的风景线,让人油然而生想要翻开它深入研读的冲动。它的设计语言是如此的成熟和克制,没有丝毫多余的装饰,一切都为清晰有效地传递知识服务,这一点,对于需要长时间面对复杂概念的学习者来说,是至关重要的体验加分项。

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从整体结构来看,该教材的章节安排体现了极强的系统性和递进性,它遵循了物理学知识的自然生长逻辑。开篇对运动学和动力学的回顾与强化,为后续能量、动量等守恒定律的引入奠定了坚实的基础,这种扎实的衔接避免了知识点的碎片化。进入热学和光学部分时,作者巧妙地将宏观现象与微观粒子的统计规律联系起来,使得热力学第二定律等抽象概念不再是孤立的定律集合,而是具有内在一致性的理论体系。而量子力学的初步介绍部分,虽然篇幅相对精简,但其对波粒二象性以及薛定谔方程基本形式的介绍,足以勾勒出这门学科的基本轮廓,为后续的深入学习指明了方向。这种精心设计的知识地图,使得读者在学习过程中,能够时刻把握自己所处的位置,清楚地知道当前的知识点是如何从前面章节发展而来,以及它将如何支撑后续更高级的物理概念。对于自学者而言,这种清晰的脉络感是至关重要的,它提供了一种稳定且可信的导航系统。

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这本书的语言风格非常具有“物理学家”的味道,它精准、简洁,并且高度依赖于数学语言进行精确表述,几乎没有冗余的修饰词,体现出一种对真理的敬畏和对精确性的极致追求。在描述现象时,它避免了太多口语化的表达,而是直接使用规范的术语,这对于习惯了中文语境下的委婉表达的读者来说,初期可能会感到略微的“冷峻”和“距离感”。然而,一旦适应了这种独特的表达方式,你会发现,正是这种不加雕饰的精确性,反而极大地提高了信息传递的效率。例如,在描述简谐振动的回复力时,它不会用“像弹簧一样拉回来”这样通俗的比喻,而是直接给出清晰的微分方程形式,并解释其物理边界条件。这种严谨的风格,迫使读者必须主动去理解每一个符号背后的物理含义,从而避免了那种“似懂非懂”的浮光掠影式的学习。这本书的价值在于,它不仅仅是教你如何“解题”,更是训练你如何用物理学特有的逻辑和语言去“思考”世界。

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坦白说,这本书的习题设置的难度梯度把握得极其精妙,这正是我认为它比市面上其他同类教材高出一筹的关键所在。开篇的那些基础概念题,简洁明了,帮你迅速夯实最核心的公式和定义,就像是热身运动,让你活动开身体的每一个关节。紧接着,难度开始稳步攀升,你会遇到一些需要进行多步骤推理和整合不同章节知识点的综合应用题,这些题目设计得非常“巧妙”,它们不只是简单地套用公式,而是要求你真正理解物理图像,比如如何选择恰当的参考系,或者在能量守恒和动量守恒之间做出明智的取舍。更有价值的是,书后附带的那些“挑战性”习题,有些甚至需要结合微积分的知识进行更深层次的分析,它们像是为那些志在冲刺顶尖学府或未来从事科研的同学量身定制的“攀登路径”。更贴心的是,它对于一些复杂题目的解答,不仅仅给出了最终结果,而是详细地描绘了解题的思路脉络,那种“庖丁解牛”般的剖析过程,比直接给出答案更有助于培养读者的逻辑思维能力。我常常在解完一道难题后,回头对照解析,那种豁然开朗的感觉,是对学习投入最大的回报。

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这本书的理论推导部分,展现出一种严谨而富有逻辑的叙事风格,它很少使用过于花哨的语言来“包装”物理定律,而是直接、有力地直击核心。例如,在阐述电磁场部分时,作者对于麦克斯韦方程组的介绍,不是简单地罗列四个公式,而是从历史演进的角度,逐步引导读者理解每个方程背后所蕴含的物理意义和实验基础,这种“知其所以然”的教学方式,极大地增强了理论的可信度和说服力。每一个公式的推导过程,都像是一步步搭建精密的数学模型,步骤清晰,每一步的依据都标注得清清楚楚,即便是初次接触这些复杂数学工具的学生,也能循着这条清晰的路径走下去,不至于在繁复的代数运算中迷失方向。我尤其欣赏作者在引入一些抽象概念时,总能巧妙地穿插一些经典的物理学思想实验,比如伽利略的落体思想实验,或者洛伦兹变换的推导背景,这些“故事性”的引入,有效地软化了纯数学推导可能带来的枯燥感,让理论的学习过程变得更为生动和富有启发性。

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