基础物理学. 上册 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:高等教育出版社

作者:蔡怀新等编

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2003-07-01

价格:31.5

装帧:平装

isbn号码:9787040118483

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好的，这是一份针对假设的《基础物理学 上册》的替代图书简介，内容详尽，聚焦于其他物理学领域，避免提及上册内容，且力求自然流畅。 --- 经典场论与现代宇宙学：时空结构、引力本质与宏观演化 本书导言：超越牛顿的视界 自伽利略的实验台和牛顿的苹果落下之日起，人类对自然界基本规律的探求从未停歇。然而，进入十九世纪，随着电磁现象的精细观测和对光速恒定性的确认，一个更深层次的物理学范式开始显现。经典力学在描述宏观低速运动时依旧稳固，但在处理光与电磁场的交互作用时，其局限性暴露无遗。本书聚焦于这一转折点之后的物理学核心——经典场论的精妙结构、时空本质的深刻变革，以及由此推导出的现代宇宙学的恢弘图景。我们不满足于描述“物体如何运动”，而是深入探究“相互作用如何传播”以及“时空本身如何被塑造和影响”。 第一部分：电磁场的几何与动力学 第一章：麦克斯韦方程组的统一美学 本书的第一部分建立在对电磁现象的系统化描述之上。麦克斯韦方程组不仅仅是四个简洁的偏微分方程，它们是对电荷与电流如何在其周围产生电场和磁场，以及这些场如何相互激发、以波的形式传播的完备描述。我们将从法拉第的感应定律和安培环路定律出发，引入位移电流的概念，从而完成对经典电磁学的闭合。重点将放在方程组的协变形式上，这预示着物理定律必须与参考系的改变保持一致——这是相对论思想的萌芽。我们将详细分析电磁波的传播速度如何与电磁常数（真空介电常数 $epsilon_0$ 和真空磁导率 $mu_0$）直接关联，并探讨电磁波的能流密度（坡印廷矢量）和动量。 第二章：电磁场的张量表述与洛伦兹变换的必然性 要真正理解场论的内在逻辑，必须引入四维时空的概念。本章将物理量从三维矢量提升至四维张量结构。电场 $mathbf{E}$ 和磁场 $mathbf{B}$ 被整合为一个反对称的二阶张量 $F^{mu u}$。这种数学结构清晰地展示了为何变换到不同惯性系时，电场和磁场会相互“混合”。我们将深入推导洛伦兹变换如何作用于电磁场张量，并解释为何光速在所有惯性系中保持不变是麦克斯韦理论的内在要求，而非偶然的实验结果。此外，我们还将讨论电磁势（标量势 $phi$ 和矢量势 $mathbf{A}$）在规范不变性中的关键作用，理解规范变换如何允许我们选择最简洁的场方程形式，例如洛伦兹规范。 第二部分：广义相对论与引力的重塑 第三章：等效原理与时空弯曲的逻辑起点 经典引力论的基石是牛顿的平方反比律，它假设引力是一种瞬时超距作用力，并且只依赖于质量。然而，狭义相对论要求信息的传播速度不能超过光速，这使得牛顿引力理论在高速或强场区域失效。本章的焦点是爱因斯坦提出的等效原理——引力效应与加速度的局部不可区分性。我们将从电梯实验出发，探讨惯性质量与引力质量的同一性，并论证为何引力必须被视为时空几何的属性，而非作用于时空的“力”。 第四章：黎曼几何基础与爱因斯坦场方程的推导 要描述弯曲时空，我们必须借助微分几何的工具。本章将为读者建立必要的数学框架，包括度规张量 $g_{mu u}$、测地线方程、里奇张量 $R_{mu u}$ 和里奇标量 $R$。我们将详细阐述爱因斯坦场方程 ($G_{mu u} = frac{8pi G}{c^4} T_{mu u}$) 的结构。方程左侧（爱因斯坦张量 $G_{mu u}$）描述了时空的几何形状，而右侧（能量-动量张量 $T_{mu u}$）则描述了时空中物质和能量的分布。本书将着重分析这些方程的物理意义：物质告诉时空如何弯曲，时空告诉物质如何运动（沿测地线）。 第五章：经典解与检验 本章将考察广义相对论在弱场、慢速极限下如何退化为牛顿引力，从而保证其与实验观察的一致性。我们将系统分析几个关键的经典解： 1. 史瓦西解： 描述无质量、无自转的球对称星体周围的外部时空，详细讨论事件视界（黑洞的形成）和奇点概念。 2. 行星轨道进动： 解释水星近日点进动的精确计算，这是广义相对论首次成功解释的经典力学难题。 3. 光线弯曲： 阐述光线在太阳附近路径的偏折，以及这一预测如何被爱丁顿的日食观测所证实，确立了广义相对论的地位。 4. 引力红移： 讨论引力势对光子能量的影响，这是引力场中时间膨胀的直接体现。 第三部分：宇宙学的宏大叙事 第六章：宇宙学的基本假设与弗里德曼方程 从描述局部时空过渡到描述整个宇宙，我们需要引入宇宙学原理：在足够大的尺度上，宇宙是均匀且各向同性的。基于这一原理，我们将时空度规简化为弗里德曼-勒梅特-罗伯逊-沃尔克 (FLRW) 度规。在此基础上，将爱因斯坦场方程应用于充满均匀物质和辐射的宇宙，推导出弗里德曼方程组。这些方程描述了宇宙尺度因子 $a(t)$ 随时间的变化，是描述宇宙膨胀动力学的核心工具。 第七章：宇宙的命运与基本成分 我们将使用弗里德曼方程来探索宇宙可能的未来：是加速膨胀、减速膨胀还是最终收缩？这完全取决于宇宙中物质和能量的密度参数。本章将详细介绍构成现代宇宙的“三驾马车”： 1. 普通物质（重子）： 决定了星系和恒星的形成。 2. 暗物质： 仅通过引力效应被观测到，其性质仍然是物理学前沿的难题。 3. 暗能量： 驱动宇宙加速膨胀的神秘负压项，与爱因斯坦的宇宙学常数紧密相关。我们将分析观测证据（如Ia型超新星观测）如何迫使我们接受宇宙正处于加速膨胀阶段。 结论：场论的哲学意涵 本书的终点并非对具体现象的终结性解释，而是对我们认知工具的反思。通过电磁场的场论构建和广义相对论的时空几何化，物理学从对“作用物”的描述转向了对“作用媒介”和“时空结构”的深刻理解。这种转变不仅是数学上的提升，更是对实在本质看法的根本性革新，为未来量子引力理论的探索奠定了坚实的经典基础。 ---

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我最看重一本物理教材的是它对物理学思想和历史背景的融入程度。物理学的发展从来不是一蹴而就的，而是充满了伟大的猜想、激烈的争论以及优雅的实验设计。然而，在这本《基础物理学》上册中，我发现对这些“人”的故事和“思想”的演变过程着墨甚少。内容组织上，它几乎是完全按照逻辑结构来搭建的，先定义，后定理，再推导，最后应用。这种纯粹的演绎法虽然保证了逻辑的严密性，却让物理学似乎变成了一套永恒不变的、从天而降的数学公理系统。我阅读过程中时常会感到一种抽离感：这些伟大的物理学家们是如何一步步走出困境的？他们最初的“不合理”的假设是如何被验证或证伪的？比如，在讨论能量守恒定律时，书中直接给出了其普适性，但对于早期科学家如何从热力学实验中艰难地摸索出这一概念的历程，几乎没有提及。对我而言，了解这些曲折的探索过程，远比记住那些结论本身来得更有意义，因为它能教会我如何去“思考”物理问题，而不是仅仅“解决”问题。这本书的价值在于其结论的准确，但它未能成功地将物理学打造成一门富有生命力的、充满人类智慧光芒的学科。

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我花了相当长的时间来研读这套书的上册，坦白讲，如果用一个词来形容我的阅读体验，那大概是“敬畏”——是对其内容广度和深度的敬畏。它没有丝毫的敷衍，每一个章节都像是精心打磨的宝石，其切割面和光泽度都达到了极高的标准。但这种极致的专业性，也带来了一个非常明显的副作用：它对读者的预备知识要求极高。我感觉自己像一个初次涉足深海的潜水员，虽然装备精良，但水下的压力和复杂的水流（即那些繁复的数学工具和深奥的理论假设）让我时常感到喘不过气。书中对于某些基础概念的引入是极其跳跃的，它似乎默认读者已经熟稔于高等数学的各种操作，可以直接跨越中间的理解鸿沟。例如，在处理电磁学部分的矢量分析时，作者直接抛出了好几个积分形式的方程，虽然这些方程本身是完备无缺的，但对于不经常接触这些高阶数学推演的读者而言，从这些方程如何演变到最终的结论，中间的逻辑链条是断裂的。我翻阅了大量的辅助资料，才勉强跟上了作者的思路。因此，我认为这本书更像是为那些已经完成了本科基础课程，需要进行系统回顾和深入研究的专业人士准备的，而不是为那些还在摸索物理世界本质的门外汉设计的。它的价值在于其毋庸置疑的准确性和详尽性，但作为“基础”读物，它的门槛设得实在是太高了。

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这本书，说实话，我拿到手的时候，对它的期望值其实挺高的。毕竟“基础物理学”这个名字听起来就很有分量，感觉是那种能带你从零开始，扎扎实实把物理学的根基给打牢的经典教材。然而，读完之后，我心里多少有点小小的失落。这本书的叙述方式，用我个人的感受来说，就像是在一个非常漂亮的园子里，摆满了各种精美的雕塑，但园子的导览图却异常的模糊。每一个知识点的介绍都显得那么精准，公式推导也无可挑剔，但它们之间似乎总隔着一层透明的玻璃，让你看得到，却难以真切地感受到它们是如何相互联系、共同构建起我们对宇宙认知的宏伟蓝图的。比如，在阐述牛顿力学的部分，作者对各种受力分析的案例都处理得非常到位，每一步计算都清晰可见，但当你合上书本，试图在脑海中构建起一个完整的动态场景时，总觉得缺少了那么一丝“直觉上的领悟”。我更希望看到的是，作者能用更具画面感、更贴近生活经验的语言，去引导我们理解这些抽象的物理概念，而不是仅仅停留在数学模型的层面。这本书更像是一本高阶的参考手册，而不是一本能点燃初学者热情的入门向导。对于已经有一定基础的读者来说，它或许是本不错的工具书，但对于我这个希望通过阅读来培养物理思维的人来说，它在“启发性”上稍显不足。它的严谨性毋庸置疑，但那种润物细无声的教学魅力，似乎被埋藏在了深厚的公式和规范的术语之下，需要读者自己去挖掘，这对于学习过程来说，无疑增加了不少额外的负担。

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对于这本上册，我不得不提到其在习题设置上的风格，这或许是我体验到最‘硬核’的部分了。练习题是检验学习效果的最佳途径，但这本书的习题更像是对课本内容的精确复刻和难度升级，缺少了对学生创新思维的真正挑战。大部分题目都严格限定在教科书所教授的知识框架内，只要你能够熟练地套用公式，并进行精确的代数运算，就能得到正确答案。问题在于，现实世界的物理问题往往是复杂的、非标准的，它们需要你整合跨章节的知识点，并根据实际情境做出合理的近似和假设。这本书的习题鲜有这类开放性或综合性的设计。它们更像是在训练我们成为高效率的“计算器”，而不是能够独立解决新问题的“物理学家”。我期待看到一些更贴近工程应用或前沿研究领域的应用实例作为习题，哪怕是简化版本也好，这样才能真正检验我们是否掌握了这些基础定律的普适性和局限性。目前的习题集，在我看来，更适合作为闭卷考试前的强化训练材料，对于培养真正的解决问题的能力，其效用是有限的。它为你提供了坚实的砖块，但没有给你展示如何建造一座风格独特的建筑。

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这本书的装帧和排版设计，可以说是极其复古且严肃的。厚厚的纸张，略带米黄的内页，印刷的字体清晰有力，给人一种“经得起时间考验”的厚重感。然而，这种严肃感在内容呈现上却未能完全统一。在涉及光学和波动理论的部分，我发现图表的绘制显得有些单调和过时。很多关键的光路图和能量分布图，如果能采用更现代的色彩和三维视图来辅助解释，效果一定会大大提升。现在的插图，大多是简单的黑白线条图，虽然功能上足够清晰地标示出几何关系，但在帮助读者建立空间想象方面显得力不从心。尤其是涉及到偏振和干涉现象时，缺乏色彩的引导，让读者很难区分不同方向的电场矢量和光的叠加效果。这让我不得不频繁地在书本和电脑屏幕之间切换，去搜索网络上的动态模拟图来辅助理解。可以说，这本书在内容深度上是无可指摘的，但其视觉传达的部分，却明显滞后于时代的需求。在如今这个信息可视化至关重要的时代，一本基础教材如果能在视觉设计上更加用心，提供更直观、更具吸引力的图示，无疑能极大地降低学习曲线，让物理学习这件事变得更具趣味性，而不是纯粹的符号游戏。

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