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出版者:清华大学出版社

作者:唐瑞娜

出品人:

页数:161

译者:

出版时间:2004-10

价格:15.00元

装帧:平装(无盘)

isbn号码:9787810824231

丛书系列:

图书标签:

• 高等数学
• 数学
• 大学教材
• 微积分
• 函数
• 极限
• 导数
• 积分
• 解析几何
• 数学分析

现代物理学导论：从经典到前沿的探索之旅 本书聚焦于20世纪以来物理学取得的革命性进展，旨在为具备一定基础知识的读者提供一个全面而深入的现代物理学图景。我们避开了传统物理教材中对微积分深度依赖的叙述方式，转而采用更直观、概念驱动的方法，引导读者理解支配我们宇宙的基本规律如何被重新构建。 --- 第一部分：经典物理学的黄昏与新纪元的曙光 在探索现代物理学的宏伟殿堂之前，我们首先需要审视那些在19世纪末期看似坚不可摧的经典物理学大厦所暴露出的裂痕。正是这些“黄昏中的阴影”，催生了全新的物理范式。 第一章：热力学与统计力学的胜利与局限 本章回顾了热力学定律（特别是第二定律的熵增原理）在描述宏观系统中的卓越成就。我们将深入探讨玻尔兹曼的统计力学解释，理解温度、压力和能量如何在微观层面得以量化。然而，随后我们将讨论在处理黑体辐射问题时，经典电磁理论（瑞利-金斯定律）所遭遇的“紫外灾难”。通过普朗克的假设——能量的量子化——我们揭示了经典物理学在描述微观世界时的根本性缺陷，并由此奠定了量子革命的第一个基石。 第二章：光电效应与光子的诞生 光，这个曾被牛顿视为微粒、被惠更斯视为波动的实体，在20世纪初迎来了它身份认同的危机。本章详细剖析了爱因斯坦对光电效应的完美解释。我们将分析光子的概念，即能量以离散包裹形式传播的粒子性，以及光子能量与频率之间的线性关系（$E=h u$）。这不仅确立了光的粒子性证据，也标志着能量不连续性的正式引入。 第三章：原子结构探秘：从卢瑟福到玻尔模型 本章追踪了人类对原子内部结构的认识历程。卢瑟福的α粒子散射实验如何推翻了“葡萄干布丁”模型，揭示了原子核的存在。接着，我们将重点解析玻尔对氢原子能级的成功解释。通过引入能级概念和电子的定态跃迁，玻尔模型虽然在数学上仍是半经典的妥协，但它成功地解释了原子光谱的离散性，为理解物质的稳定性提供了初步的量子框架。 --- 第二部分：量子力学的核心原理与深刻内涵 本部分是现代物理学的基石，我们将逐步构建起描述微观粒子行为的基本理论框架，探讨其反直觉的哲学意涵。 第四章：波粒二象性与德布罗意物质波 如果光具有粒子性，那么粒子是否也具有波动性？本章将介绍德布罗意提出的物质波假设，并展示如何利用电子衍射实验（如戴维孙-革末实验）来验证这一理论。我们将探讨波长与动量之间的关系（$lambda = h/p$），并深入讨论波函数（$Psi$）的物理意义，为薛定谔方程的引入做铺垫。 第五章：薛定谔方程：量子世界的动力学法则 本章详细阐述了非相对论性薛定谔方程的两种主要形式：时间依赖和时间独立。我们将通过分析一维势阱、有限深势阱和势垒穿透（隧穿效应）等典型例题，展示如何利用薛定谔方程来计算粒子的定态能量和概率分布。隧穿效应的讨论将特别强调量子力学如何突破经典物理学的限制。 第六章：矩阵力学与量子力学的完备性 除了波动力学，海森堡等人发展了更为抽象的矩阵力学。本章将引入算符（Operators）的概念，阐明物理可观测量（如位置、动量、能量）如何对应于特定的线性算符。重点讨论对易关系（Commutator）的重要性，尤其是位置算符和动量算符之间的基本对易关系，这是理解不确定性原理的代数基础。 第七章：不确定性原理与量子测量的哲学 海森堡不确定性原理（$Delta x Delta p geq hbar/2$）不仅仅是实验误差的体现，而是自然界的基本属性。本章将深入探讨概率诠释（波恩定则），解释测量行为如何导致波函数“坍缩”，以及观测者在量子描述中的角色。我们将对比哥本哈根诠释的核心观点，并简要提及对“隐变量”理论的探索。 第八章：自旋、全同粒子与泡利不相容原理 本章将介绍电子的内禀角动量——自旋（Spin）的概念，这是一个纯粹的量子力学概念，无法用经典图像来类比。在此基础上，我们将探讨全同粒子（Identical Particles）的对称性要求，并详细分析费米子（如电子）必须服从的泡利不相容原理，这是理解多电子原子结构和元素周期律的关键。 --- 第三部分：相对论的革命：时空与引力的重构 本部分将带领读者离开牛顿绝对时空的框架，进入爱因斯坦的相对时空观，理解高速运动和强大引力场下的物理学定律。 第九章：狭义相对论：速度、时间与质量的相互关联 本章从两个基本公设（光速不变和相对性原理）出发，推导出洛伦兹变换。我们将详细分析时间膨胀、长度收缩等效应，并探讨动量和能量的相对论性修正，最终引出质量与能量的等价关系：$E=mc^2$。本章将侧重于解释这些效应如何在粒子加速器中得到精确验证。 第十章：质能方程的深远影响 虽然$E=mc^2$广为人知，但本章将深入探究其在核物理中的实际应用。我们将讨论核裂变（链式反应的基础）和核聚变（恒星能量来源）背后的质量亏损计算，量化地展示质量如何转化为巨大的能量。 第十一章：广义相对论：引力的几何化描述 广义相对论是现代物理学的另一座丰碑。本章将概念性地介绍等效原理，即引力效应与加速度效应在局部不可区分。我们将探讨时空的弯曲如何产生“引力”——物质告诉时空如何弯曲，时空告诉物质如何运动。本章将介绍光线在强引力场中的偏折、水星近日点的进动等关键实验证据。 第十二章：宇宙学的观测基础 结合狭义和广义相对论的成果，本章将简要回顾现代宇宙学的观测基石。我们将讨论哈勃定律和宇宙膨胀的概念，并简要介绍宇宙微波背景辐射（CMB）的发现及其对大爆炸模型的支持。 --- 总结与展望 本书的旅程始于经典物理学的困境，穿越了量子力学的奇特世界，最终在爱因斯坦的相对时空观中找到了新的统一。我们强调的是物理概念的清晰理解和理论之间的内在联系，而非繁复的数学推导。读者将获得一个坚实的现代物理学概念框架，为进一步深入研究粒子物理、凝聚态物理或更深层次的理论物理打下坚实的基础。

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