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出版者:高等教育

作者:张林芝

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2000-7-25

价格:12.5

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isbn号码:9787040085204

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探寻宇宙的基石：经典物理学的宏伟叙事与未解之谜 书籍名称： 经典物理学：从牛顿的苹果到麦克斯韦的波 内容简介： 本书旨在为读者构建一幅完整而精妙的经典物理学全景图。它不仅仅是一本教科书，更是一次穿越时空、与人类智慧高峰对话的旅程。我们将从十七世纪科学革命的奠基石——艾萨克·牛顿的万有引力定律和运动定律开始，深入解析宏观世界是如何被精确地量化和预测的。 第一部分：机械世界的精确律动 我们首先聚焦于牛顿力学的核心。这不是对简单公式的堆砌，而是对“确定性”这一科学理念的深刻阐释。书中将详细探讨如何运用微积分工具（尽管我们不会陷入繁复的数学推导，而是侧重其物理意义）来描述物体的位置、速度和加速度，并阐释动量守恒和角动量守恒这两大普适性原理在工程、天文和日常现象中的具体应用。 我们将研究复杂的系统，例如行星的轨道计算，从开普勒定律的几何描述如何被牛顿的定律提升到统一的动力学解释。同时，本书将花费大量篇幅介绍解析力学的视角，特别是拉格朗日量和哈密顿量的概念。虽然这些概念在数学上更为抽象，但它们揭示了自然界运行的根本对称性，为后续物理学分支的发展铺平了道路。通过对保守力场和势能面的分析，读者将理解为什么物体总是倾向于向最低能量状态演化。 第二部分：能量的转化与热寂的边界 随后，我们将进入热力学和统计力学的宏伟殿堂。经典物理学在处理大量粒子行为时展现了惊人的洞察力。本书将从宏观的热力学定律开始：能量守恒（第一定律）、熵增原理（第二定律）以及绝对零度的不可及性（第三定律）。我们将探讨热机效率的极限、卡诺循环的理想化模型，以及宏观量如温度、压力和体积之间的状态方程。 但真正的洞见在于统计力学的引入。詹姆斯·克拉克·麦克斯韦和路德维希·玻尔兹曼的工作，成功地将微观粒子的随机运动与宏观可观测的温度、熵联系起来。我们将解释玻尔兹曼熵公式 $S = k ln W$ 的深刻含义，它将信息论的观念引入了物理学的核心。通过对理想气体模型、平均自由程和气体扩散现象的分析，读者将体会到，看似混乱的微观粒子集合，却服从着清晰的概率分布规律。 第三部分：电磁场的统一与光的本质 本书的第三部分是关于经典物理学最辉煌的成就之一——电磁学的统一。我们将从法拉第的电场和磁场的感性认识开始，逐步过渡到麦克斯韦方程组的数学完备性。这四个简洁而优美的方程，不仅包含了所有已知的电、磁现象，更预言了电磁波的存在，并计算出其传播速度恰好等于光的速率。 这一发现彻底改变了我们对“光”的理解：光不再仅仅是粒子流，而是电磁场在空间中的振荡。我们将深入探讨波动的性质，包括电磁波谱的各个波段（从无线电波到X射线），以及光在介质中的反射、折射、干涉和衍射现象。对这些现象的经典描述，如惠更斯原理和夫琅禾费衍射，将帮助读者建立起对波动光学坚实的基础。 第四部分：经典物理学的“阴影”与未来的召唤 尽管经典物理学在宏观世界取得了无与伦比的成功，但到了十九世纪末，一些难以调和的“阴影”开始浮现，这些“阴影”预示着现有理论框架的局限性，并直接开启了二十世纪的物理学革命。 本书的最后部分将详尽分析这些“未能解决的问题”： 1. 黑体辐射问题： 经典理论对高频部分的预测（瑞利-金斯定律的“紫外灾难”）与实验观测的严重背离。 2. 光电效应的困境： 经典波动理论无法解释为什么只有特定频率的光才能激发电子，而光的强度似乎无关紧要。 3. 迈克尔逊-莫雷实验的零结果： 无法探测到“以太风”，动摇了绝对参考系的概念。 4. 水星近日点的进动： 牛顿万有引力定律无法完全解释的微小轨道偏差。 通过对这些历史性难题的梳理，本书清晰地展示了经典物理学的边界。它成功地描述了从宏观机械运动到电磁现象的一切，但当考察极其高速的运动（相对论的先声）和微观尺度（原子内部的稳定性）时，其解释的无力性便暴露无遗。 本书的最终目标是让读者不仅掌握经典物理学的原理和成就，更能理解科学发展是如何通过现有理论的失败来驱动向更深层次真理的探索的。它是一部关于人类理性在宏大自然面前的胜利史，也是一部关于谦逊与求索精神的赞歌。阅读完毕后，读者将对我们所生活的这个由精确定律支配的宏观宇宙有一个立体而深刻的认识，并对那些需要超越经典框架才能解答的终极问题保持敏锐的洞察力。

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这本书对于探讨量子力学的哲学意涵部分的处理，采取了一种极其克制和审慎的态度，这一点我非常欣赏。它没有陷入那种泛泛而谈的“意识决定现实”的泥潭，而是紧密围绕着量子场论的基础公设和实验观测结果进行讨论。特别是关于非局域性（Nonlocality）的论述，作者清晰地梳理了贝尔不等式及其对实在观的冲击，但他并没有给出情绪化的结论，而是将这些难题留给读者自己去消化和思考。这种“引导而非灌输”的写作方式，使得这本书的生命力极其旺盛，因为它不会因为新的实验结果而立刻过时，因为它讨论的是理论结构本身。我特别喜欢它在附录中对矩阵力学和波动力学不同表述之间的等价性证明，那种数学上的优雅和统一性，让人体会到理论物理之美。这本书更像是一份精密的蓝图，展示了我们目前理解世界的最深层结构，而填充细节和解释的责任，则交给了每一个严肃对待它的读者。

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这本厚重的书摆在书架上，光是封面那种深邃的蓝色调和那些密密麻麻的希腊字母符号，就足以让任何一个物理爱好者心头一紧，我知道，这绝对不是能轻松翻阅的休闲读物。我花了整整一个周末，才啃完了前三章，感觉自己的脑容量被强行扩展了不少。作者的叙事方式非常克制，几乎没有多余的抒情，所有的篇幅都用来打磨那些极其精妙的数学推导和逻辑链条。比如在讨论那个著名的波函数时，那种从经典概念的崩溃到新体系建立的每一步，都处理得如同精密的钟表构造，每一个齿轮——也就是每一个假设和公理——都必须咬合得天衣无缝。最让我印象深刻的是他对“测量问题”的处理，他没有试图提供一个一劳永逸的哲学答案，而是冷静地梳理了哥本哈根诠释的内在张力，让人读完后，不是豁然开朗，而是更加深刻地认识到这个领域的诡谲之处。它就像一位严厉的导师，逼迫你直面知识的边界，而不是给你一剂安慰人心的速效药。这本书的排版和图示也值得称赞，那些复杂的算符和狄拉克符号，在清晰的纸张上呈现出来，即便需要反复比对，也不会让人感到视觉疲劳。读完之后，我感觉自己对“确定性”这个概念有了全新的、近乎恐惧的理解。

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我必须承认，这本书的难度曲线非常陡峭，它更像是为那些已经具备扎实微积分和线性代数基础的读者准备的“进阶挑战”。初次接触物理学的读者可能会被那些动辄上百行的积分方程吓退，甚至会怀疑自己是否真的能掌握这些概念。我个人在理解薛定谔方程的定态解时，花费了大量时间在回顾傅里叶分析和拉普拉斯变换的基础知识上，感觉自己像是在攀登一座信息密度极高的知识冰山。作者的写作风格极其严谨，他很少使用比喻或类比来“简化”概念，而是坚持用最纯粹的数学语言来构建物理图像。这种‘不妥协’的态度，虽然让入门变得异常艰难，但一旦你成功地跨越了初期的障碍，那种通过逻辑推演直接触碰到自然界基本规律的震撼感，是其他任何科普读物都无法给予的。这本书的价值在于，它提供了一个完整的、自洽的理论框架，而不是碎片化的知识点。它要求读者主动参与到知识的构建过程中去，每一个结论的得出，都需要你亲手完成那段被省略掉的演算步骤。对于那些真正想深入理解微观世界运作机制的人来说，这本著作简直就是一座无法绕开的里程碑。

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说实话，这本书的阅读体验是充满“摩擦力”的，但我享受这种被挑战的感觉。它不是那种可以让你捧着热咖啡在壁炉旁轻松翻阅的书籍，更像是需要一盏台灯、一张大桌子和充足的笔记本用来演算的学术工具。我注意到作者在引入角动量和自旋的概念时，采用了非常系统化的方法，从经典力学的角动量守恒出发，一步步过渡到量子化的抛投子空间，那种层层递进的逻辑编织，让人不得不佩服其设计之精巧。书中对对称性和守恒定律之间的深刻联系的阐述，更是全书的亮点之一。他清晰地展示了，为什么在微观世界中，某些量是“必然守恒”的，这种内在的必然性，远比简单地罗列实验结果要震撼人心。当然，这本书的篇幅也确实令人望而生畏，我常常需要停下来，合上书本，在房间里踱步，试图将那些抽象的态矢量和算符在脑海中“可视化”，否则很容易陷入纯粹的符号游戏而迷失方向。它需要你投入的不仅仅是时间，更是心智上的全部能量。

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翻阅这本书，最显著的感受是它的学术纯度和历史厚重感。它仿佛凝结了近一个世纪以来物理学家们在探索微观实在过程中所经历的阵痛与顿悟。作者在回顾历史背景时，没有做过多的戏剧化渲染，而是精准地指出了关键的物理矛盾点，比如黑体辐射和光电效应是如何一步步将经典物理逼入绝境的。对于初次接触量子理论的读者来说，这部分的铺垫至关重要，它能帮助我们理解为什么那些“反直觉”的假设——比如能量的量子化——会成为必需品。书中对于微扰论和散射理论的介绍非常详尽，涉及到大量的级数展开和渐近分析，这些内容对于想要从事理论研究的人来说，无疑是宝贵的财富。它是一本真正意义上的工具书，需要你边读边做题，去亲手验证那些精妙的公式如何成功地预测了诸如原子能级跃迁的频率。读完它，我感觉自己不只是获得了一堆知识，而是掌握了一套全新的、更强大的逻辑推理框架，去审视宇宙的本质。

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