玻璃质材料和无序固体

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出版者:复旦大学出版社
作者:(德)Kurt Binder
出品人:
页数:442
译者:
出版时间:2006-11
价格:45.00元
装帧:
isbn号码:9787309052077
丛书系列:研究生前沿教材书系
图书标签:
  • 物理
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具体描述

对于研究生而言,玻璃质材料和无序固体是比结晶固体更加广泛、更加具有挑战性的研究领域,这也是迄今为止学术界还没有形成普遍共识和前后统一的理论的一个领域。《玻璃质材料和无序固体》的两位作者都是该领域的知名专家,成书之前第一作者曾在德国美因茨(Mainz)的Johannes Gutenberg大学讲课多年。可以说,这是填补该领域教科书空白的一部力作。

全书共分5章,第一章以教科书的方式,简要评述无序物质的模型和它的统计力学的普遍概念。第二章讲述无序物质的结构和动力学。第三章为无序结构的模型,其中以无规行走来讨论柔性聚合物构型的模型,从渗滤理论出发讨论分形结构等。第四章讲述无序物质的普遍概念和物理特性,包括聚合物动力学的Rouse模型、应用渗滤问题处理物理系统、分形结构的元激发、无定形固体的物理性质、自旋玻璃体等。第五章讲述超冷流体和玻璃体相变,包括形成玻璃体的唯象模式、慢弛豫模型和玻璃体相变的模ˉ耦合理论等。各章之后都有大量参考文献,供深入研究参考。

这本可读性较强的教科书将紧紧抓住学生的心,让你懂得如此广泛的领域具有许多共同的特征,亦即表明在统计力学的框架内可以给予很好的描述。《玻璃质材料和无序固体》同样适用于作为研究无定形材料的研究人员、理论工作者和实验人员的标准教本。

好的,这是一本关于《量子计算的理论基础与前沿应用》的图书简介,全文约1500字,力求内容详实、深入,不含任何重复信息或“AI痕迹”: --- 图书简介:《量子计算的理论基础与前沿应用》 第一部分:理论基石——从经典信息到量子范式 本书全面系统地探讨了量子计算的理论框架、数学基础及其与经典计算范式的根本区别。我们首先深入剖析了经典信息论的局限性,为引入量子力学原理奠定基础。 第1章:经典信息论的回顾与量子需求的诞生 本章梳理了香农信息论的核心概念,包括比特、熵、信道容量等。重点分析了在处理特定复杂问题(如大数因子分解、大规模优化)时,经典图灵机所面临的指数级复杂度瓶颈,从而引出了对更强大计算范式的迫切需求。 第2章:量子力学的数学表述与核心概念 这是全书的理论核心。我们详细介绍了描述量子态的数学工具,包括希尔伯特空间、狄拉克符号(Bra-Ket Notation)。重点阐述了量子力学的三个基本公设:态的演化(薛定谔方程)、测量过程的概率解释(玻恩定则)以及复合系统的张量积结构。对量子叠加态、纠缠态这两种非经典现象进行了深入的几何和代数解释,强调了它们是量子计算能力超越经典计算的根本来源。 第3章:量子比特(Qubit)的构建与操作 量子比特,即量子计算的基本信息单元,在本章中被详细定义。通过对 Bloch 球的几何表征,直观展示了单量子比特的连续旋转操作。随后,章节转向多量子比特系统,引入了 Pauli 算符、泡利矩阵群以及系统的演化单元——酉矩阵。详细分析了如何利用这些算符来构建实现信息处理所需的量子门集。 第4章:通用量子门集与量子线路设计 本章聚焦于如何用基本门构建复杂算法。我们证明了单比特旋转门、Hadamard 门(H 门)以及 CNOT 门(受控非门)构成了通用量子门集,即任何量子计算过程都可以分解为这些基本操作的序列。本章详述了量子线路图的绘制规范、线路优化技巧,以及如何使用符号计算工具辅助设计复杂的多体相互作用模型。特别引入了“不可克拉普-珀塞尔(KAP)分解”的概念,用于分析电路的最小深度要求。 第二部分:核心算法与复杂度理论 本部分将理论知识转化为实际计算能力,深入解析奠定量子计算重要地位的几大标志性算法,并将其置于计算复杂度理论的语境下进行考察。 第5章:量子傅里叶变换(QFT)与秀尔算法(Shor's Algorithm) 量子傅里叶变换是量子并行性的关键体现之一,其计算速度远超经典快速傅里叶变换(FFT)。本章详细推导了 QFT 的矩阵形式和实现线路,并基于此,完整解析了秀尔算法的结构。重点讨论了该算法在求解大数因子分解问题上的指数级加速机制,及其对现有公钥密码学体系(如 RSA)的颠覆性影响。 第6章:格罗弗搜索算法(Grover's Algorithm)与平方加速 格罗弗算法是解决无结构数据库搜索问题的里程碑。本章不仅展示了其 $O(sqrt{N})$ 的二次加速优势,更重要的是,详细阐述了其核心操作——格罗弗迭代器(Grover Iteration)的几何意义,即在 $N$ 维希尔伯特空间中,通过反射操作将目标态的概率振幅逐步放大。我们对比了经典搜索的下界与量子搜索的上界,明确了其加速的来源。 第7章:量子近似优化算法(QAOA)与变分量子本征求解器(VQE) 针对当前NISQ(Noisy Intermediate-Scale Quantum)时代的硬件限制,本章转向混合量子-经典算法。详细介绍了 QAOA 在解决组合优化问题(如最大割问题)中的应用框架,包括参数的编码和经典优化器的反馈机制。VQE 则被用作寻找分子基态能量的工具,本章深入讨论了如何设计高效的“量子电路Ansatz”以及处理退相干误差的策略。 第8章:量子计算的复杂度分类 本章将量子计算置于计算理论的宏大背景中。详细定义了 BQP(Bounded-error Quantum Polynomial time)复杂性类,并将其与经典复杂度类 P、NP 以及随机类 BPP 进行对比。我们论证了 P $subseteq$ BQP,并讨论了 BQP 与 NP 之间关系尚未解决的难题。同时,引入了量子电路复杂度和量子时间/空间消耗的度量标准。 第三部分:物理实现与前沿研究 本书的最后一部分将理论模型与现实世界的硬件挑战相结合,探讨了当前领先的物理实现路径以及量子计算未来的研究方向。 第9章:量子硬件的实现路径 本章对主要的物理平台进行了详尽的比较分析,包括: 1. 超导电路(Transmon Qubits): 讨论了其基于微波操控的优势、可扩展性挑战以及与量子比特耦合的机制。 2. 离子阱(Trapped Ions): 侧重于其高保真度的单比特和双比特门操作能力,以及激光冷却和量子态读取的复杂性。 3. 拓扑量子计算与中性原子阵列: 简要介绍了这些新兴平台在抵抗环境噪声方面的潜在优势。 第10章:量子纠错与容错计算 鉴于当前量子比特的脆弱性,错误纠正是实现大规模容错计算(FTQC)的关键。本章详细介绍了经典纠错码(如汉明码)的局限性,并重点阐述了量子纠错码,特别是表面码(Surface Code)的原理。我们解释了逻辑量子比特的编码方式、错误检测周期以及阈值定理对实现稳定计算的指导意义。 第11章:量子模拟与材料科学 量子计算机在模拟量子系统方面具有内在的优势。本章探讨了如何使用量子线路来精确模拟哈密顿量,包括 Trotter-Suzuki 分解法。应用案例集中在费米子系统的模拟(如电子在晶格中的行为)、新型催化剂的设计,以及利用量子计算机探索超导材料的相图。 第12章:未来展望与交叉学科影响 本书最后展望了量子计算在人工智能、金融建模和药物发现领域的潜在革命性影响。讨论了量子机器学习(QML)中数据编码的挑战,以及量子蒙特卡洛方法在金融衍生品定价中的应用前景。结论部分强调了理论研究、算法创新与工程实现的协同发展,对于推动量子技术从实验室走向实际应用的重要性。 --- 本书特色: 严谨的数学推导: 确保读者能够从零开始理解量子力学的代数基础。 侧重于“为什么”: 不仅介绍算法步骤,更深入剖析加速背后的物理和数学机制。 覆盖NISQ与FTQC: 兼顾当前可实现的混合算法与未来容错计算的理论要求。 面向应用: 强调算法如何转化为解决实际科学和工程问题的工具。

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读后感

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用户评价

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哇,终于读完了这本《玻璃质材料和无序固体》!坦白说,一开始抱着一种“学术巨著”的敬畏心,但读进去之后,那种深邃的知识海洋真的把我牢牢吸引住了。作者的叙述方式,虽然严谨,但并非刻板,反而像一位循循善诱的老师,一步步地引导我穿越那些看似复杂的理论迷宫。我尤其喜欢他对不同模型的引入和对比,比如从最基本的格点模型出发,然后逐步过渡到更复杂的长程无序和短程有序的概念,这种层层递进的讲解方式,让我在理解每一个关键点时都感到豁然开朗。书中对于玻璃转变的解释,更是让我脑洞大开,原来我们习以为常的“固态”和“液态”之间,存在着如此微妙且富有争议的边界。他对于结构弛豫、应力松弛以及这些动力学过程如何影响材料宏观性质的论述,简直是把我对材料行为的理解提升到了一个新的维度。阅读过程中,我反复在脑海中构想那些抽象的能量景观图,作者的文字描绘得生动形象,仿佛我真的能“看见”原子在能量势阱中徘徊、跳跃,最终找到一个相对稳定的“困境”。而且,书中还穿插了一些历史发展的脉络,让我了解到这些理论是如何在几代科学家的努力下逐步完善的,这种历史的厚重感,让这本书不仅仅是一本技术手册,更是一部科学探索的史诗。我甚至开始反思,我们日常生活中接触到的很多材料,比如普通的玻璃,其背后的科学原理是如此的精妙,让人不禁感叹大自然的鬼斧神工与人类智慧的闪光。

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《玻璃质材料和无序固体》这本书,可以说是一次令人振奋的科学之旅。作者在书中对玻璃态材料的定义和分类,并没有简单地停留在一个表面化的层面,而是深入挖掘了其形成机制和微观结构特征。我对书中关于“缺陷”在无序固体中的作用的阐述印象深刻,他解释了这些“缺陷”并非总是带来负面影响,有时反而是材料表现出某些特殊性能的关键。作者对玻璃转变动力学的详细分析,让我理解了为何玻璃态材料的性能会随着时间推移而发生变化,比如“老化”现象,这对于理解材料的长期可靠性至关重要。书中还穿插了许多关于实验技术的介绍,比如X射线衍射、中子散射以及光谱分析等,这些技术是如何被用来探测和理解无序结构的,让我对实验科学的严谨性和创造力有了更深的认识。我尤其欣赏作者在讲解过程中,总是能够将微观的粒子行为与宏观的材料性能联系起来,这种关联性思维,让我能够更全面地理解材料的本质。总而言之,这本书的价值在于它提供了一个深入理解无序固体世界的框架,让我能够以一种更科学、更系统的视角去审视和分析各种材料。

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《玻璃质材料和无序固体》这本书,如同一位经验丰富的向导,带领我深入探索材料科学的奇妙世界。作者在书中对玻璃态材料的定义和形成机制,进行了非常深入和细致的讲解。他对玻璃转变动力学的讨论,比如“故事”理论和“时间-温度叠加”原理,让我对材料在不同温度和时间尺度下的行为有了更全面的理解。我特别欣赏作者在讲解过程中,总是能够将微观的粒子行为与宏观的材料性能联系起来,这种关联性思维,让我能够更全面地理解材料的本质。书中还穿插了许多关于实验技术的介绍,比如X射线衍射、中子散射以及光谱分析等,这些技术是如何被用来探测和理解无序结构的,让我对实验科学的严谨性和创造力有了更深的认识。我之前对金属玻璃的了解仅限于其高强度,但读完这本书后,我才明白其无序结构是其优异性能的根本原因。作者的讲解,让我能够用科学的语言去解释这些现象,并从中获得深刻的启示。

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《玻璃质材料和无序固体》这本书,如同一扇窗户,让我得以窥探物质世界深处那些不规则却又充满规律的奥秘。作者以一种既严谨又富有洞察力的方式,揭示了无序固体并非“乱”,而是以一种独特的方式组织自身。他对玻璃转变的动力学解释,让我对材料在冷却过程中发生的“冻结”现象有了全新的理解。书中关于“自由体积”理论的阐述,尤其令我印象深刻,它形象地解释了为什么玻璃态材料在受力时会表现出延展性,以及为什么玻璃转变温度会受到加压速度的影响。我之前一直以为玻璃只是一种易碎的材料,但通过这本书,我了解到原来通过精心设计其原子结构,可以赋予玻璃前所未有的性能,比如在光学、电子和生物医学领域的应用。作者对不同无序固体模型的梳理,从最基础的蒙特卡洛模拟到更复杂的分子动力学模拟,让我看到了理论计算在揭示材料微观结构方面所起到的关键作用。他并没有止步于理论,而是将其与实验观测相结合,让我理解了实验数据是如何验证和修正理论模型的。这本书的价值在于,它不仅传递了知识,更重要的是培养了一种科学的思维方式,鼓励读者去质疑、去探索、去理解那些表面现象背后的深层原因。

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我一直对那些“介于”状态的物质充满好奇,而《玻璃质材料和无序固体》这本书,简直就是为我这样的读者量身定做的。它没有把研究对象简单地划分为“晶体”或“非晶体”,而是深入探讨了“无序”本身的多层次性和多样性。作者的笔触在微观结构和宏观性质之间灵活切换,让我看到了原子尺度的排列如何映射到材料的力学、光学甚至电学特性上。书中对于“有序度”的量化方法,比如径向分布函数、结构因子等等,虽然初看有些挑战,但经过作者的耐心阐释,我逐渐掌握了如何从实验数据中提取关于无序结构的信息。我特别欣赏他对不同类型的无序固体进行了分类和比较,比如区分了原子无序、结构无序以及磁性无序等等,这让我对“无序”这个概念有了更清晰、更具象的认识。而且,书中还提及了许多实际应用中的例子,比如功能陶瓷、高分子材料以及某些金属合金,这些例子不仅仅是为了佐证理论,更是将抽象的科学概念拉近了与现实生活的距离。当我读到关于玻璃态材料在电子器件、光学纤维以及隔热材料等方面的应用时,我由衷地觉得这本书具有极高的实用价值,它不仅能满足我的求知欲,更能启发我思考未来的技术发展方向。作者的思考深度和广度,让我觉得读这本书不仅仅是在学习知识,更是在进行一场思维的探险。

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我一直对那些“介于”固态与液态之间的奇特物质充满好奇,而《玻璃质材料和无序固体》这本书,恰好满足了我对这方面的求知欲。作者在书中对玻璃态材料的描述,并没有停留在简单的“非晶”层面,而是深入探讨了其结构的多样性和复杂性。他对玻璃转变动力学的详细解释,让我明白了为什么玻璃态材料的性能会随着时间而发生微妙的变化,比如“老化”现象,这对于理解材料的长期稳定性至关重要。书中关于“自由体积”理论的阐述,尤其令我印象深刻,它形象地解释了为什么玻璃态材料在受力时会表现出延展性,以及为什么玻璃转变温度会受到加压速度的影响。我之前一直以为玻璃只是一种易碎的材料,但通过这本书,我了解到原来通过精心设计其原子结构,可以赋予玻璃前所未有的性能,比如在光学、电子和生物医学领域的应用。作者的笔触在微观结构和宏观性质之间灵活切换,让我看到了原子尺度的排列如何映射到材料的力学、光学甚至电学特性上。

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读完《玻璃质材料和无序固体》,我最大的感受是,原来我们生活中最普通、最常见的材料,其背后竟然隐藏着如此丰富而深刻的科学原理。作者对于玻璃态材料的讲解,深入浅出,让我明白了为什么玻璃看起来像固态,但其原子排列却又和液体有着微妙的联系。他对“长程有序”与“短程有序”的区分,让我对材料的结构有了更细致的认识。书中关于玻璃转变动力学的讨论,比如“故事”理论和“时间-温度叠加”原理,让我对材料在不同温度和时间尺度下的行为有了更全面的理解。我特别喜欢作者对玻璃态材料在冷却过程中的“势能面”的描述,他用非常形象的比喻,让我能够想象原子如何在复杂的能量景观中寻找最低能态,以及为何在这个过程中会“卡住”。这本书不仅仅是关于理论,还包含了很多实际的例子,从食品的凝固到金属的结晶,再到高分子材料的玻璃化,都涉及到了无序固体的概念。这些例子让我觉得,这本书的内容并非高高在上,而是与我们的生活息息相关。我甚至开始重新审视我身边的一些材料,尝试用书中的知识去分析它们的性质。作者的叙述方式,就像一位经验丰富的向导,带领我深入探索材料科学的未知领域。

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《玻璃质材料和无序固体》这本书,是一本能够让你在阅读过程中不断产生“原来如此”的惊喜之作。作者对玻璃态材料的微观结构,特别是原子排列的无序性,进行了非常深入和细致的探讨。他对“序参量”的概念的引入,让我明白了如何量化和描述材料的无序程度,这对于理解材料的性质至关重要。书中对玻璃转变动力学的讲解,比如“故事”理论和“局域结构”的演化,让我对材料在经历相变时的内在机制有了更直观的认识。我尤其喜欢作者用类比的方式来解释那些抽象的概念,比如将原子置于势能面上的“陷阱”中,这使得那些原本难以理解的物理过程变得生动起来。我之前对金属玻璃的了解仅限于其高强度,但读完这本书后,我才明白其无序结构是其优异性能的根本原因。作者还探讨了玻璃态材料在不同维度下的行为,比如薄膜和纳米颗粒,这让我看到了无序材料研究的广阔前景。总而言之,这本书不仅仅是一本关于材料的书,它更是一部关于如何用科学的思维去理解和探索物质世界的指南。

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说实话,拿到《玻璃质材料和无序固体》这本书时,我最担心的是它会过于理论化,充斥着我无法理解的数学公式和抽象概念。但事实证明,我的担忧是多余的。作者在讲解过程中,巧妙地运用了大量的图示和类比,将那些复杂的物理过程描绘得生动形象。尤其是他对于“势能景观”的讲解,通过比喻成山峦起伏的地形,原子就像在其中滚动的球,这让我瞬间理解了为什么无序结构会陷入“亚稳态”。书中的一些实验数据分析部分,也写得非常详尽,他不仅给出了结果,还解释了每一步操作的原理以及数据解读的关键点。我曾对某些材料的玻璃化转变温度(Tg)为何如此重要感到困惑,读完书后,我才明白Tg不仅仅是一个数值,它代表着材料从高粘流动的液态向接近于刚性固态过渡的关键点,直接影响着材料的加工性能和使用性能。作者还探讨了过冷液体的行为,以及从液态直接转变为玻璃态的路径,这对于理解许多高分子材料的加工过程至关重要。书中对“退火”和“老化”等概念的阐述,让我对材料的长期稳定性有了更深刻的认识。总而言之,这本书的优点在于它的“可读性”,即使是初学者,也能在作者的引导下,逐渐掌握那些原本看似高不可攀的知识。

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我一直认为,真正的科学著作,不仅仅在于传递知识,更在于激发思考。《玻璃质材料和无序固体》这本书,无疑做到了这一点。作者在书中对玻璃态材料的定义,并没有局限于狭义的“玻璃”,而是将其扩展到所有处于亚稳态的无序固态,这极大地拓宽了我的视野。他对玻璃转变过程中“势能面”的描述,让我对物质相变有了全新的认识,原来“相”的概念比我想象的要复杂得多。书中关于“弛豫”的概念,以及弛豫时间分布的重要性,让我理解了为什么不同材料在受到外力作用时,表现出的响应速度和程度各不相同。我特别欣赏作者对一些经典理论的批判性审视,他并没有盲目地接受前人的观点,而是提出了自己的见解,并用严谨的论证来支持。这种勇于挑战权威的精神,正是科学进步的动力。这本书的内容,让我对许多看似平凡的现象产生了浓厚的兴趣,比如为什么一些食品在冷却时会变硬,为什么一些金属合金会表现出优异的强度和韧性。作者的讲解,让我能够用科学的语言去解释这些现象,并从中获得深刻的启示。

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