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Richard Fitzpatrick & 著

圖書標籤:

• 物理學
• 振動
• 波動
• 大學物理
• 本科教材
• 經典力學
• 數學物理
• 傅裏葉分析
• 波動光學
• 聲學

店鋪： 瀾瑞外文Lanree圖書專營店

齣版社： CRC Press

ISBN：9781466566088

商品編碼：1130225405

包裝：精裝

外文名稱：Oscillations and Waves...

齣版時間：2013-02-08

頁數：287

正文語種：英語

圖書基本信息

Oscillations and Waves: An Introduction
作者： Richard Fitzpatrick;
ISBN13： 9781466566088
類型： 精裝(精裝書)
語種： 英語（English）
齣版日期： 2013-02-08
齣版社： CRC Press
頁數： 287
重量（剋）： 408
尺寸： 22.86 x 15.494 x 1.524 cm

商品簡介

Bridging lower-division physics survey courses with upper-division physics courses, Oscillations and Waves: An Introduction develops a unified mathematical theory of oscillations and waves in physical systems.

波動與能量的交織：現代物理學前沿探索 導言：探索宇宙的基本律動 自人類仰望星空，觀察水波蕩漾，我們便與“波動”這一基本現象結下瞭不解之緣。從原子尺度的量子漲落到宏觀宇宙的引力漣漪，波動是自然界最普遍、最深刻的語言之一。本書並非一本教科書式的基礎入門讀物，而是深入探討當前物理學前沿領域中，那些超越經典描述的復雜波動現象、非綫性動力學以及信息如何在波動介質中傳播和演化的專著。我們將把讀者的目光引嚮那些充滿挑戰和未解之謎的區域，著重考察係統如何在特定條件下錶現齣反直覺的行為，以及如何利用這些特性來重塑我們的技術範式。 第一部分：非綫性動力學的迷宮 在經典物理學中，綫性係統因其疊加原理的便捷性而占據核心地位。然而，真實世界充滿瞭非綫性。本部分旨在剝開綫性理論的錶象，深入探究非綫性如何塑造復雜係統的行為。 混沌理論的邊界：我們將超越洛倫茲吸引子的基礎介紹，聚焦於高維混沌係統——例如湍流的精確數值模擬、化學反應中的自激振蕩網絡，以及復雜的生態係統中種群動態的不可預測性。重點將放在相空間重構技術、龐加萊截麵分析以及李雅普諾夫指數在高階係統中的計算挑戰。特彆關注那些從確定性方程中湧現齣的統計學隨機性，探討“類隨機”行為的內在機製。 孤立子與可積係統：與混沌的不可預測性相對立的是孤立子的精確可積性。我們將詳細分析KdV方程、非綫性薛定諤方程（NLS）在光縴通信和超冷原子係統中的應用。不同於傳統波的耗散和色散，孤立子在非綫性作用下實現完美平衡，保持其形狀和速度不變。本書將闡述如何通過反散射方法（Inverse Scattering Method）來精確求解這些係統的演化，並討論在非保守或具有外部驅動力的係統中，孤立子如何轉化為“非綫性準粒子”。 分岔與結構形成：探討係統參數如何微小變化導緻宏觀行為的劇烈轉變（分岔）。我們不僅討論Hopf分岔或鞍結分岔，更側重於多尺度耦閤係統中的結構選擇。例如，在激光諧振腔中，當泵浦強度超過閾值時，係統如何從均勻發射轉變為復雜的空間模式鎖定（模式競爭），以及這些分岔點附近的行為如何預示著新的物理相的齣現。 第二部分：量子與經典波的交叉點 本部分將跨越宏觀與微觀的界限，探討在極端條件下，波動行為如何體現齣深刻的量子特性，以及經典波的控製如何服務於量子態的操縱。 拓撲絕緣體與能帶拓撲：超越傳統的能帶理論，我們將深入研究拓撲物理學中波函數的拓撲不變量。重點不再是能量差，而是波函數整體的“纏繞數”。我們將詳細分析錶麵態（如狄拉剋錐或外爾點）的魯棒性，闡明這些界麵態如何抵抗局部缺陷的散射，這種拓撲保護的無耗散傳輸在低能電子學和光子學中具有的革命性潛力。 強耦閤係統中波的動力學：考察原子、分子或固態係統與電磁場在強耦閤區域的相互作用。在光力學（Optomechanics）中，機械振子（如微納腔中的鏡子）的振動如何通過光子場被冷卻到基態，並討論如何利用光子驅動來激發機械振子的非經典態（如壓縮態或貓態）。本書將側重於Jaynes-Cummings模型在高光子數極限下的修正，以及對零點漲落的精細控製。 量子場論中的有限溫度效應：從費曼圖的角度分析在有限溫度下量子場論的激發模式。探討物質波的集體激發——等離子體、激子、極化激元——在高溫下如何退相乾，以及在超流體和玻色-愛因斯坦凝聚（BEC）中，聲波與準粒子激發（如安德森-坪榖激發）的精確對應關係。 第三部分：信息的承載與調控 波動本質上是信息或能量的傳輸媒介。本部分聚焦於如何利用特定的波動結構來編碼、傳輸和處理信息，特彆是那些具有強大抗乾擾能力的結構。 超材料與負摺射率的實現：這不是關於傳統介質光學，而是關於人工設計的結構如何重寫波動方程的邊界條件。我們將深入探討負摺射率材料（左手材料）背後的等效電磁參數，以及如何利用這些結構實現超分辨成像（超透鏡）或電磁場的完美吸收。關鍵在於理解亞波長尺度的共振結構如何與入射波耦閤，從而實現宏觀上不可能的光學響應。 時空調製介質（Floquet Engineering）：探討時間周期性驅動（例如，用快速振蕩的激光場照射材料）如何有效地“重定義”材料的本徵頻率和晶格結構。通過Floquet理論，我們可以將一個原本是絕緣體的係統，在有效哈密頓量下，轉變為具有拓撲性質的導體。這種“工程化時間”的方法為動態調控能帶結構打開瞭新的大門。 聲學與機械波的控製：將電磁波的控製概念遷移到機械波。重點研究聲學超材料（Phononic Crystals）和拓撲聲學。討論如何利用這些結構來操縱聲波的動量和極化（剪切波與縱波的耦閤），並探索在極端條件下（如真空或高壓）聲波的耗散機製。特彆關注利用機械共振器實現高精度傳感器的設計原理。 結論：跨學科的未來展望 本書的最終目標是展示波動物理學的統一性——無論是在電磁波、物質波、聲波還是引力波的範疇內，支配其行為的基本方程往往是高度相似的。未來的研究將集中在利用高精度計算、機器學習輔助的材料設計，以及更高維度的波動控製。我們相信，對復雜波動動力學的深刻理解，是通往下一代物理技術和信息處理範式的關鍵。

評分☆☆☆☆☆

這本書的排版和印刷質量令人印象深刻，這對於一本需要頻繁查閱公式的理工科書籍來說，是極其重要的考量因素。字體選擇清晰易讀，尤其是那些復雜的希臘字母和數學符號，它們被印刷得墨跡飽滿，即便是長時間閱讀也不會造成視覺疲勞。更值得稱贊的是，圖錶的質量。大量的插圖並非僅僅是裝飾，它們是理解抽象概念的關鍵。例如，在講解駐波形成機理時，作者繪製瞭多張不同相位下波形疊加的動態示意圖，這些圖錶遠比書麵描述更具說服力。我尤其喜歡它在每個章節末尾設置的“概念檢驗”小節。這些小問題通常不是直接的計算題，而是需要讀者進行概念性思考和定性分析，這有效地迫使我從記憶公式轉變為理解物理原理。它們像一個個小小的過濾器，確保讀者在進入下一主題前，已經真正掌握瞭前一個主題的核心要義，而不是稀裏糊塗地跟著公式走下來。這種強調理解而非單純計算的教學哲學，是這本書最大的優點。

評分☆☆☆☆☆

這本書在處理波的疊加與乾涉現象時展現齣一種近乎詩意的數學美感。作者沒有僅僅停留在平麵波的乾涉上，而是花費瞭大量篇幅去探討相乾性的概念，以及如何用統計方法來量化光場的隨機性。這部分內容遠遠超齣瞭我預期的“導論”範疇，它將讀者引嚮瞭更接近光學和信號處理的交叉領域。我對其中關於傅裏葉變換在時間域和空間域之間轉換的論述印象尤為深刻。作者非常巧妙地利用瞭波包的色散關係來解釋為什麼不同頻率的波在介質中會以不同的速度傳播，從而導緻波包形狀的改變。這種對“群速度”和“相速度”的細緻區分和物理意義的解釋，是許多其他教材中常常被一帶而過的部分。通過這本書，我開始明白，波動現象不僅僅是簡單的“上下起伏”，它是一個深刻的數學結構在物理世界的體現。我對這本書的評價是，它像一位經驗豐富的大師，耐心卻不失嚴格地引導你走進一個復雜而迷人的世界，讓你在掌握工具的同時，也領略到其中蘊含的結構之美。

評分☆☆☆☆☆

這本《振蕩與波：導論》的封麵設計得非常樸實，幾乎沒有什麼花哨的圖案，就是那種教科書常見的藍白配色，這讓我一開始有些猶豫。我期待的是那種能激發我對物理世界好奇心的視覺衝擊力，但拿到書後，我立刻被其內容安排的嚴謹性所吸引。它似乎並沒有試圖用炫目的圖錶或新奇的案例來分散讀者的注意力，而是腳踏實地，從最基礎的簡諧運動（SHM）講起，循序漸進地構建起整個波動的理論框架。對於一個初次接觸這門學科的讀者來說，這種穩紮穩打的敘事方式是極大的福音。作者在介紹受迫振動和阻尼振動時，沒有急於套用復雜的微分方程，而是先通過直觀的物理圖像來解釋能量耗散和共振現象的本質。特彆是關於能量分析的部分，作者似乎花瞭比其他教材更多的心思去詳細闡述，而不是僅僅給齣一個公式就草草瞭事。我花瞭很長時間纔完全理解瞭係統機械能和有效能量在不同階段的變化，這種深度解析對於建立紮實的物理直覺至關重要。如果說有什麼不足，或許是早期章節的數學推導略顯冗長，但從長遠來看，這種對數學工具的細緻鋪陳，最終幫助我更好地理解瞭後續更復雜的波動方程的推導過程。

評分☆☆☆☆☆

我必須承認，我購買這本書主要是因為我的導師推薦，坦率地說，我原本期望它能提供一些關於非綫性動力學或混沌理論的最新進展，畢竟現在是21世紀瞭。然而，這本書的重點似乎完全放在瞭對經典波物理的深入挖掘上，內容非常紮實，但略顯“過時”。它對傅裏葉分析的應用講解得非常透徹，尤其是在處理周期性波形分解時，那種將復雜的信號拆解為一係列正弦函數的步驟，被描述得清晰而優雅。但當我翻到關於電磁波在介質中傳播的部分時，我發現它更多地側重於麥剋斯韋方程組在理想情況下的解法，對於現代通信技術中經常遇到的散射和衍射的數值模擬方法幾乎沒有提及。這讓我感到一絲失落，因為它沒有及時將理論與當代的工程應用緊密地連接起來。盡管如此，書中對波在不同邊界條件下的反射和透射的討論，堪稱教科書級彆的典範。作者對費馬原理的闡述，尤其是將其與變分法聯係起來的方式，簡直是精妙絕倫，讓我對光路彎麯有瞭全新的認識，這部分內容無疑是全書的亮點之一，即便它屬於較為傳統的物理範疇。

評分☆☆☆☆☆

坦白說，這本書的難度麯綫相當陡峭，它絕不是一本為“輕鬆入門”設計的讀物。如果你期望能在一周內快速瀏覽完所有內容，恐怕會失望透頂。初期的內容尚且友好，但一旦進入到波動方程的求解，尤其是三維空間中的波動和聲學應用部分，作者的要求立刻提升到瞭研究生初級的水平。我記得在嘗試理解亥姆霍茲方程和其在球坐標係下的分離變量法時，我不得不反復查閱微積分和綫性代數的參考書。書中對於拉普拉斯算子在不同坐標係下的錶示幾乎是直接給齣，沒有提供詳細的推導過程，這對於數學基礎稍弱的讀者來說，是一個不小的門檻。此外，書中對物理圖像的解釋有時略顯過於簡潔，仿佛作者默認讀者已經具備瞭深厚的物理直覺。例如，在介紹多普勒效應的相對論修正時，幾乎沒有鋪墊，直接跳躍到瞭相對論速度的疊加公式，這讓我在理解其物理意義時感到有些吃力。總而言之，這本書更像是一本為那些已經有一定微積分基礎、並希望深入鑽研波動物理核心理論的嚴肅學習者準備的。