Wave Propagation

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出版者:Princeton University Press
作者:Peter Markos
出品人:
页数:368
译者:
出版时间:2008-04-01
价格:USD 75.00
装帧:Hardcover
isbn号码:9780691130033
丛书系列:
图书标签:
  • 光学
  • Wave
  • Propagation
  • Electromagnetics
  • Antennas
  • Signal Processing
  • Physics
  • Mathematics
  • Communication
  • Remote Sensing
  • Geophysics
  • Optics
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具体描述

This textbook offers the first unified treatment of wave propagation in electronic and electromagnetic systems and introduces readers to the essentials of the transfer matrix method, a powerful analytical tool that can be used to model and study an array of problems pertaining to wave propagation in electrons and photons. It is aimed at graduate and advanced undergraduate students in physics, materials science, electrical and computer engineering, and mathematics, and is ideal for researchers in photonic crystals, negative index materials, left-handed materials, plasmonics, nonlinear effects, and optics. Peter Markos and Costas Soukoulis begin by establishing the analogy between wave propagation in electronic systems and electromagnetic media and then show how the transfer matrix can be easily applied to any type of wave propagation, such as electromagnetic, acoustic, and elastic waves.The transfer matrix approach of the tight-binding model allows readers to understand its implementation quickly and all the concepts of solid-state physics are clearly introduced. Markos and Soukoulis then build the discussion of such topics as random systems and localized and delocalized modes around the transfer matrix, bringing remarkable clarity to the subject. Total internal reflection, Brewster angles, evanescent waves, surface waves, and resonant tunneling in left-handed materials are introduced and treated in detail, as are important new developments like photonic crystals, negative index materials, and surface plasmons. Problem sets aid students working through the subject for the first time.

《流转的织锦:从微观粒子到宇宙洪流的无形之舞》 想象一下,在宇宙的无垠画布上,存在着一种无形的、却又无处不在的力量,它穿越时空,连接万物,赋予世界以生机与活力。这种力量,便是“波”。从微观粒子跳跃的量子涨落,到宏观世界中涟漪的扩散,再到星辰大海间引力波的低语,波以其多姿的形态,演奏着宇宙最深沉的乐章。《流转的织锦》便是一次深入探寻这种无形之舞的旅程,它并非一本单纯的物理学教科书,而是一部带领读者穿越科学边界,感受波的魅力,理解其在自然界乃至人类文明中的重要作用的科普读物。 本书的核心,在于揭示“波”这一基本概念的普适性与深刻性。我们将从最基础的机械波入手,例如水波的荡漾,声波的传播,来体会波动的基本属性:频率、振幅、波长和速度。你会了解到,正是这些看似简单的参数,决定了我们所听到的声音的音高,所看到的光的色彩,甚至是我们身体内各种生命活动的节律。我们将解析波的叠加原理,理解为何两束波相遇时,会产生干涉,为何我们能通过降噪耳机来屏蔽嘈杂的噪音,又为何全息成像能够捕捉并重现三维空间的景象。这些现象,都根植于波的叠加与干涉,如同同一旋律在不同乐器上的演绎,交织出更为丰富的听觉体验。 接着,我们将目光投向电磁波的奇妙世界。从我们赖以沟通的无线电波,到加热食物的微波,再到医疗诊断中不可或缺的X射线,直至照亮世界的可见光,电磁波家族的成员极其丰富,它们以不同的频率和波长,渗透到我们生活的方方面面。本书将详细阐述麦克斯韦方程组所揭示的电磁波的本质,解释光是如何以恒定的速度在真空中传播,以及光波的偏振现象,如何帮助我们设计出偏光眼镜,减少眩光。我们还将探讨电磁波在天文学中的作用,望远镜如何捕捉来自遥远星系的电磁信号,帮助我们窥探宇宙的过去与未来。 然而,“波”的概念远不止于此。《流转的织锦》还将带领读者进入量子世界的微观尺度,那里,粒子表现出令人惊叹的波动性。德布罗意波的存在,揭示了电子、质子甚至原子都可能展现出波的特性,这一观点彻底颠覆了我们对物质的传统认知。我们将探讨量子叠加态和量子纠缠,理解为何一个粒子可以同时处于多种状态,又为何两个粒子在被纠缠后,无论相距多远,都能瞬时地相互影响。这些看似违反直觉的现象,却构成了量子力学精妙的基石,也为未来的量子计算和量子通信等革命性技术奠定了理论基础。 本书还将触及更加宏大的尺度,即宇宙中的引力波。爱因斯坦的广义相对论预言了引力波的存在,它们是宇宙大事件(如黑洞合并、中子星碰撞)在时空中产生的涟漪。当这些涟漪抵达地球时,会极微弱地拉伸和压缩我们所处的空间,科学家们通过精密的干涉仪,终于在近些年探测到了这些来自宇宙深处的“天籁之音”。引力波的探测,为我们提供了一种全新的观测宇宙的窗口,它能够穿透尘埃和气体,直接揭示宇宙中最剧烈、最神秘的事件,让我们对宇宙的演化和基本规律有更深入的认识。 《流转的织锦》并非仅仅罗列科学事实,它更致力于用生动形象的比喻和通俗易懂的语言,将复杂的科学概念化繁为简。读者将会在书中看到,声波的传播如同水面上涟漪的扩散,光波的折射如同光线穿过水面时的弯曲,而量子叠加则可以类比为一枚硬币在空中旋转时的不确定状态。通过这些类比,即使是没有任何物理学背景的读者,也能逐步建立起对波的直观理解。 本书还将追溯波的研究历史,从古希腊哲学家对声音和光本质的早期探索,到惠更斯、牛顿、杨、麦克斯韦、普朗克、爱因斯坦等伟大科学家的贡献,再到现代物理学的前沿进展,读者将体验到人类探索自然奥秘的漫长而辉煌的历程。我们将了解,每一次科学的飞跃,都是建立在前人的智慧之上,是对未知世界不断挑战和突破的结果。 此外,《流转的织锦》还将探讨波在技术发展中的实际应用。例如,超声波技术在医学诊断和治疗中的广泛应用,雷达和声呐在导航和探测中的重要作用,激光技术在通信、制造和医疗美容等领域的颠覆性影响。本书将让你看到,那些在实验室里被发现的抽象原理,是如何转化为改变我们生活的实际工具的。 更进一步,本书还将思考波作为一种普遍存在形式,对我们理解世界和自身可能带来的哲学启示。生命的节律、意识的涌动,乃至社会信息的传播,是否都与某种形式的“波”息息相关?这种跨越不同领域的联想,旨在激发读者进行更广阔的思考,认识到“波”作为一种基本模式,可能贯穿于自然、生命和智慧的每一个层面。 《流转的织锦:从微观粒子到宇宙洪流的无形之舞》,邀您一同踏上这场穿越物质世界和能量世界的奇妙旅程。它将打开你的视野,让你重新审视那些习以为常的现象,发现隐藏在平静表象之下的澎湃活力。通过理解波的语言,你将能更好地理解这个生动而复杂的宇宙,以及我们在这个宇宙中的位置。这是一次关于连接、关于流动、关于宇宙最根本运动规律的探索,一次让你看见无形、感受力量、领悟深邃的阅读体验。

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读后感

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用户评价

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这本书的排版和图示设计简直是灾难,我必须指出这一点。大量的概念依赖于视觉辅助,但插图的质量之低,分辨率之差,常常让我怀疑这本书是否经过了认真的校对。例如,在解释多模态光纤的有效群速度色散时,那张色散曲线图模糊得像隔着一层毛玻璃,我不得不去网络上寻找其他资料来对照理解作者想表达的核心观点。然而,讽刺的是,文字描述本身又是如此的精妙绝伦。作者对“相速度”和“群速度”的区分,简直是教科书级别的清晰度。他通过一个有趣的类比——火车进站时的乘客(相速度)与火车本身(群速度)——瞬间理清了困扰我多年的概念混淆。这种文字叙事的强大力量,几乎弥补了视觉呈现上的所有缺陷。总的来说,这是一本需要用耐心去“解码”的优秀作品,它在内容深度上无可挑剔,但在装帧工艺上显得有些粗糙。

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老实说,我对这本书的结构感到有些困惑,它似乎刻意回避了主流教科书的线性叙事模式。如果你期望从第一章看到第二章,逐步建立起完整的理论框架,那你可能会失望。它更像是一系列相互关联但又相对独立的“思想片段”的集合。其中关于“随机介质中波的散射”那一章,简直是艺术品。作者没有使用那些令人望而生畏的概率密度函数,而是构建了一个动态的微观模型,通过粒子碰撞的类比来解释多重散射现象。我感觉自己不是在读物理学,而是在看一场微观尺度的芭蕾舞。更妙的是,作者巧妙地将人文关怀融入其中,提到了早期科学家在实验数据不确定性面前的挣扎与坚持,这使得冰冷的物理定律充满了人性的温度。尽管有些读者可能会抱怨其理论推导不够详尽,但我认为这种“重意境轻步骤”的写法,恰恰成就了它独特的魅力,它迫使读者必须主动思考,去填补那些被省略的数学鸿沟。

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这本书真是让人耳目一新,虽然我本意是想找一本关于声学物理的深度探讨,但这本书的视角却完全超出了我的预期。它并没有直接陷入复杂的傅里叶分析或波动方程的推导,而是用一种极其细腻、近乎诗意的笔触,描绘了信息在介质中传输的“生命周期”。我特别欣赏作者对于“边界条件”的哲学性解读。在传统的物理教材中,边界条件往往只是一个需要满足的数学约束,但在这里,它们被赋予了角色——是信息流动的“守门人”,是决定波形最终命运的“命运之手”。书中用大量篇幅探讨了非线性效应如何悄无声息地改变信号的本质,这一点对于任何从事信号处理或通信工作的人来说都是醍醐灌顶的。比如,它没有直接给出KdV方程,而是通过一个生动的例子——河流中孤立波的形成——来解释能量如何在分散与集中的拉锯战中找到平衡点。那种对现象背后深层机制的洞察力,远超我以往读过的任何一本技术书籍。整个阅读过程更像是一场智力探险,而不是枯燥的学习。

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我是一个偏爱严谨数学证明的读者,因此,坦白讲,初读这本书时我感到一丝不适。它的论证风格非常“松散”,更像是一种高阶的启发式教学,而非严格的数学物理论证。比如,在讨论超材料(Metamaterials)的负折射率现象时,作者花费了巨大的篇幅去描述“想象中的”原子结构如何共同作用来逆转相位速度,却很少给出洛伦兹力的精确矢量形式。这就像是先给你看一幅绚烂的油画,让你感受它所表达的情感和结构,但却不告诉你颜料是如何混合的。不过,读到后半部分,我开始理解这种取舍的价值了。它成功地将那些原本需要深厚数学功底才能接触的概念,用直观的物理图像传递给了更广泛的受众。这本书的真正价值,或许不在于提供可供计算的公式,而在于构建一种看待世界的“新范式”——它教会你如何去“感受”波,而不是仅仅“计算”波。对于希望跨界学习或寻求灵感的工程师来说,这简直是宝藏。

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我是在一个极为特定的背景下阅读这本著作的——我正在研究地震波在复杂地质结构中的非弹性衰减机制。这本书虽然没有直接涉及地球物理的特定应用,但它在“能量耗散与系统记忆效应”方面的探讨,却与我的研究课题产生了惊人的共鸣。作者将能量耗散不仅仅视为热力学过程,而将其描述为一种信息熵的不可逆增加,这为我理解岩石微裂纹扩展过程中能量的捕获和转化提供了一个全新的理论框架。他引入的“局域化弛豫时间”概念,虽然理论模型非常抽象,但其背后的物理直觉异常敏锐,它暗示了在某个尺度上,材料对外界扰动的响应不再是瞬时的,而是带有历史依赖性的。这本书的伟大之处在于,它成功地架设了一座桥梁,将基础物理学的抽象概念与复杂的实际工程问题连接了起来,迫使我必须跳出地震学的狭隘视角,去思考更宏观的物理规律是如何在极端条件下显现的。

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