物理学中的理论概念 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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[英] 马尔科姆·朗盖尔(MalcolmLongai 著

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• 经典力学
• 电磁学
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出版社： 中国科学技术大学出版社

ISBN：9787312033766

商品编码：25564633744

出版时间：2017-08-01

作  者:(英)马尔科姆·朗盖尔(Malcolm Longair) 著；向守平,郑久仁,朱栋培 等 译 定  价:99 出 版 社:中国科学技术大学出版社 出版日期:2017年08月01日 页  数:502 装  帧:平装 ISBN:9787312033766 ●前言
●第1章引言
●1.1对读者的说明
●1.2本书的由来
●1.3对读者的告诫
●1.4物理和理论物理的本质
●1.5环境的影响
●1.6本书的计划
●1.7致歉和鼓励的话
●1.8参考文献
●专题1牛顿运动定律和万有引力定律起源
●第2章从托勒密到开普勒——哥白尼的革命
●2.1古代史
●2.2哥白尼的革命
●2.3第谷·布拉赫——天堡之主
●2.4开普勒与天体和谐
●2.5参考文献
●第3章伽利略与物理科学的本质
●3.1引言
●3.2作为实验物理学家的伽利略
●部分目录

内容简介

本书以一种、新颖且全面综合的方法对物理学中的理论研究进行了探讨，并以真实的物理学是科学家不断探索和实践的结果的视角阐述主题。作者试图将本书作为大学本科高年级物理课程的补充读物，并假定读者对普通物理的知识已有所了解。利用对7个专题的系列研究，作者着重描述了理论物理学中某些很难的概念、科学家们充满智慧的艰难探索，以及研究和发现所带来的激动和欣喜。这些专题研究包括牛顿运动定律和万有引力定律起源、麦克斯韦方程组、线性/非线性力学与动力学、热力学与统计物理、量子概念起源、狭义相对论、广义相对论与宇宙学。本版在处理方式上与受到读者高度好评的靠前版相同，但在靠前版的基础上做了全面修订，并增加了许多新的论题。本书适合用作研究生和高年级本科生的教材。译者是在各专题领域工作多年的有名学者。 (英)马尔科姆·朗盖尔(Malcolm Longair) 著；向守平,郑久仁,朱栋培 等 译 马尔科姆·朗盖尔（Malcolm Longair），教授，1941年出生于苏格兰，1967年在剑桥大学卡文迪许（Cavendish）实验室获博士学位。1968—1969年，他作为英国皇家学会的交换访问学者在莫斯科列别捷夫（Lebedev）研究所工作。其后他又六次作为交换学者访问苏联空间研究所，并在美国多个研究所和天文台担任访问教授。从1980年到1990年，他同时担任苏格兰皇家学会天文学家、爱丁堡（Edinburgh）大学钦定天文学讲座教授和爱丁堡皇家天文台台长。他在1991—1997年期间任卡文迪许实验室副主任，专门负责物理教学工作，并在1997年以后成为卡文迪许实验室主任。朗盖尔等 前言


本书写作的动机源于1977~1980年我在剑桥大学给准备进入物理学和理论物理学一年学习的本科生所讲授的一门课程。该课程的目的是概述物理学理论研究的本质，以使学生更容易接受一年多门物理学课程的高强度学习。该课程的宗旨在第1章和其后的相关论题中做了描述，其中使我感受强烈的是：学生在学习大学本科物理学课程时，如果不理解其内涵、处理方法以及专业物理学家研究工具的具体技术，就领会不到人类的智慧激情与物理学之美。该课程曾作为普通物理课程的替代课程，并命名为“物理学中的理论概念”。
这一课程的一个重要特点是：它是由学生自主选择的，并且完全没有考试。该课程于每周一、周三、周五上午9：00开始讲授，在7~8月间持续讲授4周，该时间段正是剑桥大学多年来的夏季学期，正好处于一学年的物理课开课之前阶段。因除了开课的时间选择外，该课程没有考试，加上夏季阶段剑桥大学特有的吸引等

宇宙的织锦：从宏观结构到微观粒子的探索 第一部分：宇宙的宏大叙事——时空、引力与结构的演化 本书带领读者深入探索我们所处的宇宙，从最宏大的尺度——星系团的排列方式——到支配它们运动的基本力量。我们将暂时搁置量子世界的奇特法则，专注于爱因斯坦的广义相对论如何描绘引力，不仅仅是作用于物体之间的力，而是时空本身的几何弯曲。 1. 相对论的几何学基础： 我们将详细解析黎曼几何在描述弯曲时空中所扮演的角色。这不仅仅是数学工具的堆砌，而是理解引力场本质的关键。通过对度规张量和时空曲率的探讨，读者将建立起对黑洞视界、奇点以及引光线偏折现象的直观理解。我们将审视静态球对称解（如史瓦西解）和旋转解（克尔解）的物理意义，探讨它们在描述真实天体（如中子星和快速旋转的黑洞）时的适用性与局限。 2. 宇宙学的尺度与动力学： 宇宙学的核心在于对整个时空演化的建模。本书深入探讨弗里德曼方程组，展示了宇宙膨胀的数学基础。我们不会停留于简单的“哈勃定律”，而是深入分析物质密度参数（$Omega_m$）、暗能量密度参数（$Omega_Lambda$）以及曲率参数（$k$）如何决定宇宙的未来命运——是加速膨胀、收缩还是达到一个平坦的平衡点。 3. 结构的形成与演化： 物质如何从早期宇宙均匀的等离子体中凝结成今天的星系和星系团？我们将使用线性微扰理论来处理早期宇宙的密度涨落。重点分析了冷暗物质（CDM）模型，解释了为什么只有非相对论性的物质才能有效“坍缩”并形成引力势阱。讨论内容将延伸至星系形成过程中的气体冷却、恒星形成反馈效应，以及大规模结构（如宇宙网）的数值模拟方法概述。 第二部分：物质的基石——从经典场论到场的量子化 在宏观尺度下，连续的场描述取得了巨大的成功，但当我们将目光聚焦于物质的内部结构时，经典描述必须让位于量子力学。本部分着重于如何从经典场论的框架出发，系统地构造出描述基本粒子相互作用的量子场论（QFT）。 4. 经典场论的框架与对称性： 量子场论的根基在于拉格朗日密度。我们首先建立一个严格的经典场论基础，阐述如何通过对拉格朗日量进行变分来导出运动方程（欧拉-拉格朗日方程）。核心讨论将围绕诺特定理展开，展示对称性（如时间平移对称性、空间旋转对称性以及规范对称性）如何直接导出守恒量（如能量、动量和电荷）。 5. 量子化过程与粒子概念的诞生： 从经典场到量子场的过渡是本书中最具挑战性的部分之一。我们将详细介绍正则量子化方法，即如何将场变量及其共轭动量提升为算符，并应用对易关系（或反对易关系）。通过对自由标量场（Klein-Gordon场）和自由费米子场（狄拉克场）的量化，读者将清晰理解“粒子”如何作为场的激发态（即产生算符作用于真空态的结果）被构造出来。 6. 相互作用与微扰论： 描述粒子间相互作用的关键在于引入相互作用项到拉格朗日量中。我们将探讨微扰论在处理微弱相互作用时的必要性。核心内容将集中于S矩阵的展开式，以及费曼图如何作为一种强大的可视化和计算工具，系统地表示出不同阶的微扰修正。读者将学习如何解析费曼规则，计算基本的散射截面和衰变宽度，这是连接理论预测与实验观测的桥梁。 第三部分：电磁学的深入与量子电动力的基础 电磁相互作用是自然界中最精确被研究和描述的相互作用。本书将以电磁场为模型，深入探讨量子场论在描述规范相互作用方面的威力。 7. 规范场论的构造原理： 我们将从麦克斯韦方程组出发，展示其内在的规范不变性。随后，我们将论述如何通过引入规范场（光子场）并要求拉格朗日量在局部U(1)对称性下保持不变，从而“规范化”自由电磁场的理论。这种从对称性到相互作用的构造过程，是理解所有基本力（包括弱核力和强核力）的范式。 8. 量子电动力学（QED）的微扰展开： QED是第一个成功的、自洽的量子场论。本书将详细剖析QED的拉格朗日量，并推导出描述电子-电子散射、光子产生等基本过程的费曼图。讨论将包括自能、真空极化和兰姆位移等“量子修正”现象。我们不会深入探讨重整化过程的全部技术细节，但会阐明物理学中“无穷大”问题的出现背景，以及物理量必须依赖于我们选择的能量标度（即“滚动力”效应）这一深刻概念。 9. 费米子的相对论性描述： 对电子、夸克等费米子（具有半整数自旋）的描述必须建立在狭义相对论的基础上。我们将详细考察狄拉克方程的结构，理解旋量（Spinor）的数学性质，以及自旋与角动量之间的深层联系。通过对狄拉克方程的规范化和量子化，我们将确立电子和正电子（反粒子）作为量子场激发态的地位。 --- 本书旨在为具有扎实经典物理和量子力学基础的读者，提供一个全面而严谨的视角，理解现代物理学如何通过场论的语言，构建起描述宇宙结构和基本粒子行为的统一框架。我们着重于概念的建立和数学框架的逻辑推演，以期培养读者对物理学核心理论结构的深刻洞察力。

评分☆☆☆☆☆

这本书的叙事方式极其独特，它更像是一部哲学著作而非传统的物理学专著。作者的笔触非常细腻，尤其是在探讨“实在性”和“观测问题”时，那种思辨的深度令人震撼。我感觉自己不是在学习物理知识，而是在参与一场跨越了数个世纪的思想辩论。书中对哥本哈根诠释的批判性分析，以及对多世界理论的引入，都展现了作者广阔的学术视野和独立思考的能力。他没有急于给出“标准答案”，而是鼓励读者去质疑和探索，这在很多只追求标准流程的教材中是很少见的。尤其让我印象深刻的是，在讨论引力理论的某些未解决难题时，作者采用了近乎文学化的描述，将那些数学上的困难转化为了人类认知局限的悲壮史诗。这本书的阅读体验是沉浸式的，它要求你慢下来，去品味每一个论断背后的历史重量和哲学意涵。读完后，我发现自己看待日常世界的眼光都发生了一些微妙的变化，对“确定性”这一概念产生了更深的怀疑和更广阔的理解。

评分☆☆☆☆☆

这本书简直是理论物理学的“圣经”！我作为一个刚入门的物理爱好者，被书中那种严谨而又充满诗意的语言深深吸引。作者并非只是罗列公式和定理，而是仿佛带着你一起，在浩瀚的宇宙中探寻最本源的奥秘。例如，他对量子场论的阐述，那种从经典场论的局限性出发，逐步构建出符合微观世界的描述体系的过程，简直是教科书级别的精彩。他没有回避那些深奥的概念，而是用一系列精妙的比喻和历史背景的梳理，让原本高不可攀的知识变得触手可及。读完关于相对论性量子力学的章节后，我对时空在微观尺度下的扭曲和涨落有了前所未有的直观理解。书中对对称性和守恒定律的强调，更是揭示了自然界深层次的和谐之美。我特别喜欢作者在论述实验与理论的边界时所流露出的那种对未知的敬畏，这让这本书不仅仅是一部教材，更像是一次精神上的朝圣之旅。对于任何渴望真正理解物理学核心思想的人来说，这本书都是不可或缺的宝藏。

评分☆☆☆☆☆

说实话，这本书的阅读门槛确实不低，它毫不留情地要求读者具备扎实的数学功底，但这恰恰是其价值所在。作者在引入新的物理概念时，总是紧密地依托于其数学框架，没有丝毫的“偷懒”或简化。我特别关注了其中关于规范场理论的论述，那段对杨-米尔斯理论精确推导的展示，简直是一场数学和物理完美结合的盛宴。每一个符号的引入、每一个微分算子的运用，都有其深刻的物理动机和逻辑必然性。这迫使我不得不时常停下来，回顾高等微积分和线性代数的知识，但每一次回顾都带来了“啊哈！”的顿悟时刻。这本书的魅力就在于，它拒绝提供现成的“答案”，而是教会你如何从最基本的原理出发，一步步地去“建造”出这些伟大的理论。它培养的不是知识的接收者，而是理论的构建者，这对于志在科研领域的人来说，是无价的财富。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我的整体感觉是极其“现代”和“前沿”。它并没有沉溺于对已完成的物理学史的追溯，而是将大量的篇幅用于探讨当前研究中最活跃、最具争议性的领域。例如，在讨论弦理论的景观问题和圈量子引力论的自洽性时，作者的态度是审慎而又充满激情的，他清晰地勾勒出了这些理论在解决量子引力问题上的优势与不足，以及它们在数学工具上的差异。书中对信息论在物理学中的应用也有独到的见解，将熵的概念从热力学拓展到了信息传递和黑洞物理中，这种跨学科的视野非常开阔。这本书仿佛是一扇窗，让我得以窥见未来物理学可能的发展方向，它充满了悬念和未解之谜，激励着读者不仅要去学习已有的知识，更要去思考那些尚未被解决的问题。阅读过程中，我感到自己仿佛站立在了物理学前沿的悬崖边，既感到震撼，又充满了探索的冲动。

评分☆☆☆☆☆

我对这本书的结构安排感到非常欣赏，它似乎遵循了一种螺旋上升的学习路径。开篇的逻辑推导干净利落，几乎没有冗余的文字，直击核心概念的定义。然而，当你以为自己已经掌握了基础时，随后的章节会以一种更宏大的视角重新审视前述的概念，揭示其在更复杂系统中的兼容性和局限性。例如，它在前几章建立起的经典场模型，在引入了非线性效应和拓扑结构后，立刻被赋予了全新的生命力，展现出远超初级认知的复杂美感。这种由浅入深，又不断回溯和升华的处理方式，极大地巩固了知识的内在联系。我发现自己不再将知识点视为孤立的模块，而是将其视为一个相互支撑的有机整体。书中的图表和数学推导步骤清晰到令人发指，即便是那些涉及高维空间的抽象描绘，作者也总能找到一种直观的几何类比来辅助理解，这一点对于解决我长期以来在空间想象力上的障碍非常有帮助。