光学与激光 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:科学

作者:杨

出品人:

页数:498

译者:

出版时间:2007-4

价格:79.00元

装帧:

isbn号码:9787030187871

丛书系列:国外物理名著系列（科学出版社影印）

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跨越疆域：现代物理学的多维探索 本书旨在构建一个宏大而精深的物理学知识体系，聚焦于那些驱动当代科技进步与前沿科学研究的核心领域，特别是那些与“光学与激光”领域既有渊源又可独立成篇的交叉学科与基础理论。我们摒弃对单一特定技术的详尽解析，转而深入探究支撑整个现代物理学大厦的底层逻辑、普适原理及其在广阔应用场景中的体现。 第一部分：量子场论的基石与物质的微观图景 本部分将引领读者进入亚原子粒子的奇异世界，探讨支配宇宙最基本构件的理论框架——量子场论（QFT）。我们将首先回顾狭义相对论与量子力学的融合如何催生了量子场论这一强大的数学工具。重点将放在对基本相互作用的描述，如电磁相互作用、弱相互作用和强相互作用的量子化处理。 量子电动力学（QED）的精妙： 尽管光与物质的相互作用是光学研究的核心，但本书将从更基础的层面剖析QED。我们将详细探讨狄拉克方程的推导及其相对论性电子描述，深入分析费曼图在计算粒子散射截面中的应用。重点不是光束的产生或测量，而是电子和光子作为量子场激发态的内在属性，如电子的反常磁矩的精确计算，这展示了量子修正的深刻影响。 标准模型与物质的组装： 随后，我们将转向描述除引力外所有已知基本粒子及其相互作用的粒子物理学标准模型。我们将分析希格斯机制如何赋予规范玻色子质量，并讨论夸克和轻子的味（Flavor）结构。这部分内容着重于粒子物理实验的原理和数据分析方法，而非利用特定波段的辐射进行成像或信息传输。 拓扑在凝聚态中的显现： 现代物理学的一个关键趋势是将拓扑概念引入到物质的相变和性质描述中。我们将深入探讨拓扑绝缘体和拓扑半金属。这些材料的独特性质源于其能带结构的拓扑不变量，其表面态的导电性与体态的绝缘性形成鲜明对比。我们将分析陈（Chern）数和狄拉克锥的数学构造，这些是理解这些新型量子材料的必要工具，其关注点在于电子的集体行为和宏观量子效应，而非光子的传播路径。 第二部分：广义相对论、时空几何与宇宙学 本部分将构建一个超越牛顿引力观的宏大时空图景，重点分析爱因斯坦广义相对论的几何基础及其在宇宙学尺度上的应用。 黎曼几何与引力场方程： 我们将从微分几何的视角出发，详细阐述度规张量如何描述时空的弯曲程度。引力场方程的张量形式及其物理意义将是核心内容，探讨如何通过物质-能量张量来确定时空的几何结构。我们将分析爱因斯坦方程的几种精确解，如史瓦西解和克尔解，用于描述非旋转和旋转黑洞的外部度规。 引力波的探测与源头： 广义相对论的动态预言——引力波的产生机制和传播特性是本部分的重要篇幅。我们将探讨双黑洞或双中子星并合过程中产生的时空涟漪，并详细分析激光干涉引力波天文台（LIGO/Virgo）等探测器的基本原理，重点在于利用超高精度的干涉仪技术来测量微小的时空形变，而非利用光场本身的频率或相位调制进行信息编码。 现代宇宙学模型： 我们将审视弗里德曼-勒梅特-罗伯逊-沃尔克（FLRW）度规，这是描述均匀、各向同性宇宙的标准模型。从这个框架出发，我们将讨论宇宙膨胀的证据（如哈勃-勒梅特定律）、宇宙微波背景辐射（CMB）的物理起源及其各向异性。本部分将聚焦于暗物质和暗能量的证据、性质推测以及它们在驱动宇宙演化中的作用，这些都是目前宇宙学研究的前沿问题。 第三部分：凝聚态物理中的集体激发与输运现象 本部分侧重于大量粒子相互作用所产生的宏观涌现现象，探讨电子、准粒子及其在固体材料中的输运和热力学行为。 固体物理学基础与能带理论： 我们将从布洛赫定理出发，深入分析周期性势场中电子的能带结构。重点在于理解导体、半导体和绝缘体之间的本质区别，以及费米能级的物理意义。费米液体理论将作为理解电子之间长程相互作用的有效场论工具。 磁性与量子相变： 磁性作为一种宏观的量子集体现象，将得到详细讨论。我们将分析朗道理论、伊辛模型和海森堡模型等，以理解铁磁性、反铁磁性和其他复杂磁序的起源。量子临界点附近的行为，即在绝对零度附近发生的量子相变，将是讨论的重点，这涉及到对材料低能激发行为的深刻洞察。 输运现象的统计力学描述： 我们将分析电荷、热量在材料中的流动机制。这包括对经典玻尔兹曼方程的推导，以及如何通过弛豫时间近似来描述电子的散射过程。霍尔效应（包括量子霍尔效应）将作为研究二维电子系统中拓扑和强关联效应的经典范例进行深入剖析，关注的是电荷的宏观迁移率和电阻率的量子修正。 高温超导的理论挑战： 超导电性，特别是高温超导的机理，仍然是凝聚态物理学中最具挑战性的课题之一。本部分将回顾BCS理论的成功，并着重探讨d波对称性和赝能隙等非传统超导体的特征。我们将侧重于对铜氧化物或铁基超导体中电子关联效应的理论模型（如Hubbard模型）的分析，而非聚焦于超导体的霍尔效应或其在特定频率下的响应。 第四部分：复杂系统、非线性动力学与信息论 本部分将拓宽视野，探讨物理学原理在描述复杂系统、信息处理和基本计算限制中的应用。 经典非线性动力学与混沌： 经典物理系统中的确定性混沌现象是理解系统对初始条件极端敏感性的关键。我们将分析洛伦兹吸引子、倍周期分岔等经典案例，并讨论庞加莱截面的构造。这部分内容关注于系统状态随时间的演化规律，而非涉及量子相干性或光场调制的具体技术。 统计物理与信息论的桥梁： 香农信息论与统计物理中的熵概念存在深刻的数学同构性。我们将探讨玻尔兹曼熵、吉布斯熵以及信息熵之间的关系，并讨论热力学第二定律与信息丢失之间的联系。最大熵原理将作为推导各种统计分布（如玻尔兹曼分布）的强大工具进行介绍。 随机过程与涨落： 真实世界的许多物理过程（如布朗运动）本质上是随机的。我们将分析福克-普朗克方程，用以描述粒子在势场中随时间演化的概率密度函数。重点在于理解涨落的统计规律及其在系统性质（如扩散系数）中扮演的角色。 总结： 本书籍通过对量子场论、广义相对论、凝聚态物理的深入探索以及对复杂系统非线性动力学的考察，构建了一幅涵盖微观粒子、时空结构、物质集体行为和信息传递基础的现代物理学全景图。它提供的知识是理解光与激光等领域的基础工具和更深层理论框架，但内容本身并不局限于对这些特定技术的描述或应用案例的详述，而是致力于揭示支配这些现象背后的普适物理定律和数学结构。读者在完成本书的学习后，将掌握足以应对更广泛物理学前沿问题的理论基础。

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我发现这本书在数学处理上的细腻程度，简直达到了一个近乎偏执的境界。它对微积分和线性代数的运用简直是教科书级别的示范。作者似乎深知，对于任何复杂的物理现象，没有严谨的数学语言支撑，一切都只是空谈。书中对各种算符、变换以及积分方程的展开，都经过了极其详尽的步骤分解，每一个小小的假设和条件都被清晰地标注出来，根本不留给读者任何猜测的空间。这种严谨性对于想要深入研究理论的读者来说，是无价之宝。更让我称赞的是，作者在引入新的数学概念时，总是能将其与实际的物理问题紧密结合，而不是孤立地进行数学推演。这使得学习数学工具的过程，不再是机械的计算练习，而是一种理解物理本质的有效途径。这本书的数学功底，绝对是它能够立足于同类书籍之林的核心竞争力之一，对于提升读者的数学物理综合能力，帮助极大。

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这本书的叙事风格实在是太迷人了，它不像一本教科书，更像是一部精彩的史诗。作者似乎非常擅长讲故事，每一个章节的过渡都流畅得像是精心编排的剧本。我喜欢它对科学发现过程的描绘，那种从困惑到豁然开朗的转折，简直比侦探小说还要引人入胜。比如，在介绍某个关键的数学工具时，作者没有直接抛出结论，而是先描绘了当时科学家们在解决一个具体难题时遇到的瓶颈，然后才顺理成章地引出这个工具的诞生，让人在“啊哈”的瞬间感到强烈的满足感。这种叙述手法极大地激发了我的阅读兴趣，我常常在不知不觉中就翻过了好几十页。书中对几位关键人物的刻画也相当生动，他们的性格、执着与局限性，都让科学史不再是枯燥的年代记录，而是充满人性光辉的奋斗历程。这本书的文笔细腻而富有感染力，让人在学习知识的同时，也享受了一场精神的盛宴。

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这本书在实验设计与数据分析方面的讨论，显示出作者深厚的实践经验。它没有停留在理论的象牙塔中，而是非常务实地探讨了如何将理论付诸实践。书中对测量误差的分析尤为精彩，作者细致地剖析了系统误差和随机误差的来源，并给出了一整套科学的误差处理流程。阅读这些章节时，我仿佛置身于一个真实的实验室中，亲手操作着仪器，面对着从测量中产生的各种“噪声”。书中还穿插了一些经典的实验案例，对于这些实验的步骤、关键参数的选择以及结果的解读，作者都进行了深入浅出的讲解，对于那些想在未来从事实验工作的读者来说，这简直是一本极好的操作指南。它教会的不仅仅是“怎么做”，更是“为什么这么做”，这种对实验哲学的探讨，远远超出了普通教材的范畴，体现了作者对科研过程的深刻理解和尊重。

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这本书的结构安排和逻辑递进方式，展现出极高的教学智慧。它并非按照传统的学科分类来组织内容，而是以问题驱动的方式来组织章节。每一个新的概念或理论的提出，都是为了解决前一个章节留下的悬而未决的问题。这种“由浅入深，螺旋上升”的编排方式，极大地降低了学习的认知负荷。例如，在涉及复杂系统建模时，作者首先会从最简单的理想模型入手，然后逐步引入非理想因素，每增加一个修正项，都会清晰地阐述它所代表的物理意义。这种渐进式的构建过程，让读者能够清晰地看到知识体系是如何一点点搭建起来的。此外，每章末尾的“思考题”也设计得非常巧妙，它们既是对本章知识的巩固，也是对下一章内容的巧妙铺垫，形成了一个紧密的学习闭环，让人感到阅读体验非常流畅且富有成效。

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这本书的物理学基础真是扎实得令人印象深刻。作者似乎对经典力学的掌握达到了炉火纯青的地步，每一个公式的推导都严谨而清晰，仿佛能看到那些微观粒子在精确的轨迹上运动。尤其是关于场论的那几章，将电磁场的复杂性剖析得层层递进，即便是初学者，在细细品读后也能建立起一个非常坚固的知识框架。我特别欣赏作者在阐述理论时，总能巧妙地穿插一些历史背景和实验验证的案例，这使得那些抽象的物理定律变得鲜活起来，不再是冷冰冰的数学符号。阅读过程中，我甚至感觉到自己仿佛回到了十九世纪末，与那些伟大的物理学家一同探索自然界的奥秘。那些关于能量守恒和对称性的讨论，更是让人对整个物理世界的运行规律有了更深一层的敬畏。这本书的深度，足以让一个物理系的高年级学生感到挑战，但其结构又足够友好，使得自学者也能从中受益匪浅，真正体会到物理之美。它不仅仅是知识的堆砌，更像是一次对物理思维方式的系统性训练。

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