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出版者:McGraw-Hill College

作者:Giambattista, Alan/ Richardson, Betty McCarthy/ Richardson, Robert C.

出品人:

页数:296

译者:

出版时间:2005-12

价格:$ 65.26

装帧:Pap

isbn号码:9780073049540

丛书系列:

图书标签:

• 物理学
• 大学物理
• 科教
• 教材
• 理工科
• 物理
• 大学
• 学习
• 科学
• College Physics

现代物理学前沿探索：一部洞察宇宙奥秘的入门指南 本书旨在为具有高中物理基础的读者提供一个深入浅出、全面而严谨的现代物理学导论，内容涵盖从经典力学向量子世界过渡的激动人心的历程，以及当代物理学对物质、能量、时空本质的最新认识。我们致力于构建一座坚实的桥梁，连接基础概念与尖端研究，激发读者对自然界最深层规律的好奇心与探索欲。 --- 第一部分：经典物理的边界与量子革命的曙光 本部分将回顾经典物理学的辉煌成就，特别是牛顿力学和麦克斯韦电磁理论的完整框架，并在此基础上，系统地剖析促使物理学在20世纪初发生根本性变革的关键实验与理论难题。 第一章：经典物理学的基石与局限 牛顿体系的再审视： 详细探讨动量、能量、角动量的守恒定律在宏观尺度下的精确性。深入分析保守场、拉格朗日和哈密顿力学的形式体系，为后续理解更深层次的对称性提供数学工具。 电磁学的统一与挑战： 回顾法拉第、安培、欧姆定律的集成，重点解析麦克斯韦方程组的完备性。讨论黑体辐射问题——一个看似微不足道的实验现象，如何成为打开新物理大门的钥匙。从斯特藩-玻尔兹曼定律出发，探讨经典理论在描述高频电磁波谱时的“紫外灾难”。 第二章：普朗克假设与光子概念的诞生 能量的量子化： 详述马克斯·普朗克如何引入能量量子化假设 $E=nh u$ 来成功拟合黑体辐射实验数据。这不仅仅是一个数学技巧，更是对能量连续性观念的颠覆。 光电效应的解释： 深入分析爱因斯坦基于光量子（光子）概念对光电效应的完美解释。讨论光子的能量、动量，以及这一发现对波动光学和粒子光学统一性的深刻影响。 第三章：原子结构的革命——波尔模型与能级 卢瑟福模型的修正： 在经典电磁理论下，原子核外电子的稳定运行是不可思议的。本章剖析波尔如何引入“定态”和“频率条件”来挽救原子模型。 氢原子能级与光谱： 详细推导波尔模型对氢原子能级的计算，并将其与实验观测到的谱线（如巴尔末系）进行精确比对。讨论波尔模型的成功与局限性——它成功解释了单电子原子，却无法处理更复杂的系统。 --- 第二部分：量子力学的核心原理与应用 本部分是本书的理论核心，将系统介绍量子力学的基本公设、核心概念，并展示其在微观粒子描述中的强大威力。 第四章：波粒二象性与德布罗意物质波 物质的波动性： 阐述路易·德布罗意提出的“物质波”假设，即所有粒子都具有波的属性 $lambda = h/p$。 电子衍射实验： 介绍戴维孙-革末实验等关键实验，以无可辩驳的证据确立了电子的波动性，完成了光与物质的完全对称。 第五章：薛定谔方程与波函数的物理意义 量子力学的动力学方程： 引入时间依赖和时间无关的薛定谔方程。重点解析波函数 $Psi(mathbf{r}, t)$ 的结构，并阐述玻恩对波函数的概率解释（$vertPsivert^2$ 为概率密度）。 无限深势阱与量子化： 以最简单的模型——无限深势阱为例，详细推导粒子的能量是量子化的，并展示零点能的概念。 阶梯势垒与量子隧穿： 深入讨论粒子在势垒面前的行为。重点分析“量子隧穿效应”——一个在经典物理学中被完全禁止的现象，及其在扫描隧道显微镜（STM）和核衰变中的实际应用。 第六章：不确定性原理与量子力学的基本表述 海森堡的洞察： 详细阐述位置和动量、能量和时间等共轭变量之间固有的不确定性关系 $(Delta x Delta p_x geq hbar/2)$。强调这不是测量技术的限制，而是自然界的基本属性。 算符与本征值： 引入量子力学中的代数结构，解释可观测物理量对应于特定的线性算符，测量结果是算符的本征值。探讨本征态（或称定态）的意义。 角动量与自旋的量子化： 探讨轨道角动量和内在属性——电子自旋的量子化特性。介绍斯特恩-盖拉赫实验如何无可辩驳地证明了自旋的离散性。 --- 第三部分：原子结构、统计物理与现代应用 本部分将量子力学应用于多粒子系统，探讨原子内部的电子排布规律，并展望量子理论在现代技术中的实际体现。 第七章：多电子原子与泡利不相容原理 薛定谔方程的求解与近似： 讨论求解三维库仑势（氢原子）的成功，并介绍应对多电子系统时所需的近似方法（如平均场近似）。 费米子与玻色子： 区分具有半整数自旋的费米子（如电子）和具有整数自旋的玻色子（如光子）。 泡利不相容原理的威力： 详细阐述泡利原理——两个全同费米子不能处于完全相同的量子态。解释该原理如何决定了元素周期表的结构、化学键的形成，以及中子星的稳定。 第八章：从微观到宏观——量子统计的视角 统计力学的融合： 讨论如何使用量子统计（费米-狄拉克统计和玻色-爱因斯坦统计）来描述大量粒子的集合行为。 导体与半导体： 运用能带理论（基于周期性势场中的电子行为）来解释材料的导电特性。深入剖析半导体材料（如硅、锗）的本征与掺杂特性，为理解现代电子学奠定基础。 第九章：相对论的引入与量子场论的展望 狭义相对论的物理图像： 简要回顾洛伦兹变换、时间膨胀与长度收缩的物理基础，重点强调质能等价关系 $E=mc^2$ 在核物理中的体现。 相对论性量子力学初探： 讨论狄拉克方程的建立，它成功地将狭义相对论与量子力学相结合，并自然预言了反物质的存在。 量子电动力学（QED）的概述： 简要介绍量子场论的概念，即粒子是场的激发态。总结QED在计算电子磁矩等精密物理量上的惊人准确性，作为现代物理学的巅峰成就之一。 --- 总结： 本书不仅是一部概念的罗列，更是一部思想的演进史。通过对从经典断裂到现代统一的探索，读者将能够建立起一个连贯、深入的现代物理学图景，为进一步研习凝聚态物理、粒子物理或天体物理学打下坚实的基础。

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