Dynamics of Particles and the Electromagnetic Field pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:World Scientific Pub Co Inc

作者:Bosanac, Slobodan D.

出品人:

页数:496

译者:

出版时间:2005-9

价格:$ 113.00

装帧:HRD

isbn号码:9789812563965

丛书系列:

图书标签:

电磁场
经典电动力学
粒子动力学
麦克斯韦方程组
场论
物理学
高等教育
研究生教材
电磁学
理论物理

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具体描述

Advances in experimental techniques are allowing researchers to investigate the extremes of the dynamics of particle interactions with electromagnetic fields. The theoretical tools at our disposal are classical and quantum mechanics and experience has shown that it is dangerous to dismiss one at the expense of the other. Each has merits that should be fully explored; the problem, however, is to bridge the gap between them so that the information they give is complementary rather than contradictory. In this book, that goal is achieved by formulating five postulates, and the level of their implementation distinguishes the two mechanics. That the dynamics of particles (charges) is not complete without unifying it with the dynamics of electromagnetic fields is given special emphasis. In the first of three parts in the book, Newton dynamics is formulated from the Liouville equation. In the third part, this forms the basis for implementing the uncertainty postulate to formulate quantum mechanics. The theories of relativity and electromagnetic interactions are derived from one of the five postulates in the second part, and the unification of the dynamics of particles and electromagnetic fields is formulated in the second and the third parts. Numerous examples from each section illustrate the theory. Employing functional analysis instead of the more abstract techniques of linear spaces, linear operators, group theory, etc., the book makes well suited to advanced undergraduate level courses in classical and quantum mechanics. The material is also intended for postgraduate courses, in atomic and molecular physics in particular, with examples covering modern trends in research. The book is accompanied by a CD-Rom featuring various illustrative examples.

经典力学的新视野：引力、场论与相对性本书深入探索了经典物理学的核心领域，侧重于宏观系统、连续介质的动力学行为，并以前所未有的深度剖析了电磁场在其中的统一作用。它旨在为读者构建一个严谨、直观且相互关联的物理图像，超越了传统教材中对牛顿力学和麦克斯韦方程组的孤立处理。第一部分：宏观系统的动力学基础与变分原理本部分从最基本的运动学和动力学概念出发，迅速过渡到更具普适性的变分原理框架。第1章：刚体动力学与欧拉角（Euler Angles）本章聚焦于三维空间中刚体的运动描述，这是处理复杂机械系统的基石。我们详细分析了刚体的转动惯量张量（Inertia Tensor）的计算与对角化，阐述了主轴（Principal Axes）的物理意义。重点讨论了欧拉角（Euler Angles）在描述任意姿态（Orientation）时的优越性与局限性，并推导了描述刚体定点转动时至关重要的欧拉方程（Euler’s Equations）。这些方程不仅是解决陀螺仪、进动（Precession）和章动（Nutation）等经典问题的核心工具，也为后续的拉格朗日力学中的约束条件处理奠定了基础。第2章：拉格朗日力学（Lagrangian Mechanics）：约束与广义坐标本章引入了能量作为核心物理量的描述框架，即拉格朗日力学。我们从达朗贝尔原理（D’Alembert’s Principle）出发，严谨地推导出拉格朗日方程（Lagrange’s Equations of Motion）。书中对约束力的处理尤为细致，重点区分了完整约束（Holonomic Constraints）和非完整约束（Non-holonomic Constraints），并展示了如何利用拉格朗日乘子法（Method of Lagrange Multipliers）来系统地处理复杂的运动学限制。通过大量实例，如耦合振子系统和受限运动，读者将掌握如何利用最小作用量原理（Principle of Least Action）来构建系统的动力学模型。第3章：哈密顿力学（Hamiltonian Mechanics）：相空间与正则变换本章将理论提升到更高层次的数学抽象——哈密顿力学。我们详细阐述了勒让德变换（Legendre Transformation）如何从拉格朗日量导出哈密顿量，并深入分析了相空间（Phase Space）的几何意义。泊松括号（Poisson Brackets）被引入作为演化算符，它不仅统一了运动方程的表达形式，也为量子力学中的对易关系（Commutation Relations）提供了直接的桥梁。本章的亮点在于对正则变换（Canonical Transformations）的系统讨论，特别是辛几何结构（Symplectic Structure）在保持哈密顿方程形式不变性中的关键作用。第二部分：连续介质与波动现象本部分将焦点从离散粒子系统转向连续分布的物质，探索物质在宏观尺度上的集体行为。第4章：弹性力学基础与声波传播本章建立在宏观应力-应变关系之上，探讨了各向同性弹性体的基本性质。我们定义了杨氏模量、剪切模量和泊松比，并推导了描述内部应力分布的平衡方程。随后，我们利用这些方程研究了一维和三维介质中的声波传播，深入探讨了波的色散关系、群速度和相速度，以及在有限介质中反射和透射的边界条件处理。第5章：流体力学导论：欧拉方程与伯努利原理本章侧重于无粘性、不可压缩流体的运动。通过对流体微元体进行物质导数（Material Derivative）分析，我们推导出了欧拉方程（Euler's Equation of Motion）。随后，我们详细分析了伯努利方程（Bernoulli’s Equation）的物理内涵及其在流体力学中的应用，包括对喷管流动和升力效应的定性理解。第三部分：经典电动力学与场论本部分是全书的理论高潮，旨在将电磁现象完全纳入拉格朗日-哈密顿力学框架，并展示场论的统一性。第6章：静电学、稳恒磁学与物质中的场本章对麦克斯韦方程组（Maxwell’s Equations）进行了系统性的回顾和几何化表达。我们从库仑定律和安培定律出发，详细讨论了电位和磁位的引入，以及高斯定律在不同介质中的应用。对于介质内部，我们深入剖析了电位移场 $mathbf{D}$ 和磁场强度 $mathbf{H}$ 的引入，并解释了极化（Polarization）和磁化（Magnetization）的概念如何修正了真空中的基本方程。第7章：时变场与电磁波的传播本章聚焦于电磁场的时间演化。我们展示了法拉第电磁感应定律如何导致磁场的非保守性，并最终推导出具有波动特性的非齐次麦克斯韦方程组。书中对平面电磁波在真空、理想导体和损耗性介质中的传播进行了详尽的分析，包括波阻抗、坡印廷矢量（Poynting Vector）和能量密度流的计算。第8章：拉格朗日框架下的电磁场：规范不变性这是本书最具创新性的部分，它将电磁场本身视为一个动力学场，置于变分原理之下。我们首次引入了电磁场的矢量势 $mathbf{A}$ 和标量势 $phi$ 的拉格朗日密度 $mathcal{L}_{ ext{EM}}$。通过对这个作用量进行泛函变分，我们严格推导出了麦克斯韦方程组，完美地展示了电磁场动力学的内在一致性。我们强调了规范不变性（Gauge Invariance）在决定自由度数量和理论完备性中的核心地位，并详细讨论了洛伦兹规范（Lorentz Gauge）的引入如何简化耦合系统的处理。第9章：带电粒子在电磁场中的动力学与相对论前奏本章探讨了单个带电粒子在特定电磁场中的运动。我们推导了洛伦兹力（Lorentz Force）作为拉格朗日量对粒子坐标的推广，并将其纳入哈密顿框架。通过分析粒子在均匀磁场中的回旋运动和在周期性电场中的加速，为过渡到相对论打下了直观基础。本书以对电磁场能量和动量密度的详细讨论结束，展望了更深层次的场论结构。本书的结构设计旨在确保读者在掌握了牛顿力学的基本工具后，能够平稳地过渡到更抽象、更统一的场论描述。它不仅是理论物理学家的必备参考，也是寻求对经典物理学进行深度探究的工程和数学专业学生的理想教材。