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出版者:

作者:郭维东

出品人:

页数:314

译者:

出版时间:2009-2

价格:29.50元

装帧:

isbn号码:9787109133280

丛书系列:

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凝聚态物理导论：探寻物质的微观世界 书籍简介 《凝聚态物理导论》旨在为物理学、材料科学、化学等相关专业的学生及研究人员提供一个全面而深入的理解凝聚态物质的理论框架和实验方法。本书聚焦于描述宏观物质性质如何从其微观组分（原子、电子、分子）的相互作用中涌现出来的核心科学问题。凝聚态物理是现代物理学中最活跃、成果最丰硕的分支之一，它涵盖了从晶体结构、电子输运到超导、拓扑物态等极其广阔的领域。 本书的叙述逻辑遵循由简入繁、由现象到理论的渐进路线。我们首先从固体材料的晶体结构与对称性入手，这是理解所有凝聚态系统基石。详细阐述了晶体学、布拉维点阵、倒易点阵的概念，并引入了群论的工具来描述晶体的对称操作。在此基础上，我们将深入探讨晶格振动（声子）。通过建立牛顿运动方程并应用量子力学，我们详细推导了色散关系，并解释了声子在比热、热导率中的关键作用。这部分内容为理解固体中的热力学性质奠定了基础。 接下来，本书的核心部分将聚焦于凝聚态物质中的电子理论。我们从经典的德鲁德模型出发，逐步过渡到量子力学的描述。能带理论是理解导体、半导体和绝缘体性质的关键。本书将详细讲解薛定谔方程在周期势场中的解法——布洛赫定理，并阐释费米面、有效质量等重要概念。我们不仅会分析理想晶体中的电子行为，还会探讨晶体缺陷、杂质与电子散射对材料电学性质的实际影响。 在对电子的独立粒子描述建立之后，我们必须面对电子间的强关联效应。这是凝聚态物理最富挑战性也最迷人的领域。本书将系统介绍处理多体问题的基本方法，包括平均场理论（如哈特里-福克方法）。随后，我们将深入探讨范霍夫奇异点、电子-电子相互作用的后果，并引入朗道费米液体理论来描述正常金属的行为。 为了描述那些无法用标准费米液体理论解释的复杂量子态，本书将花费大量篇幅介绍低维电子系统和强关联模型。一维系统的特殊性，如嵌套、电荷密度波（CDW）和自旋密度波（SDW），将在薛定谔方程的精确解或近似处理下得到剖析。对于强关联系统，如过渡金属氧化物中的莫特绝缘体，我们将讨论Hubbard模型及其在理解电荷局域化和磁性方面的应用。 磁性是凝聚态物理中另一个重要的主题。本书将从磁性起源开始，区分抗磁性、顺磁性和铁磁性。随后，重点分析交换相互作用的微观本质，并介绍平均场理论在磁性描述中的应用，如布洛赫的分子轨道理论。对于长程磁有序态，如铁磁体和反铁磁体，我们将详细讨论其磁结构、磁畴壁，以及如何通过自旋波（磁振子）来描述这些有序态的低能激发。 理解电子的集体激发和响应是凝聚态物理的精髓所在。本书将介绍线性响应理论，这是连接微观涨落与宏观可观测量的桥梁。通过计算极化率和磁化率，我们将解释介电常数、贝里相位等概念，从而连接到介电材料、铁电体和磁性材料的宏观现象。 进入更前沿的领域，本书将介绍超导现象。我们将从宏观的伦敦方程和金兹堡-兰道（Ginzburg-Landau, GL）理论入手，理解超导体的宏观特性。随后，我们将深入到微观层面，详细阐述BCS理论，包括库珀对的形成机制、能隙的起源，以及超导体的关键参数。对于高温超导和铁基超导等非传统超导体，本书将讨论当前主流的理论模型和实验证据。 最后，本书将展望拓扑凝聚态物理这一新兴领域。我们将介绍拓扑不变量的概念，并以量子霍尔效应和拓扑绝缘体为例，展示系统拓扑性质如何保护边缘态和表面态的鲁棒性。这部分内容将展示凝聚态物理如何与其他前沿领域（如高能物理）交叉融合，为下一代电子器件的设计提供新的思路。 全书贯穿了大量的理论推导、清晰的物理图像和与实验现象的紧密结合。为巩固学习效果，每章末均附有适量的习题，旨在帮助读者熟练掌握所学概念和计算技巧。本书力求在严谨的数学推导和直观的物理洞察之间取得平衡，确保读者不仅学会“如何计算”，更重要的是理解“为何如此”。

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这本书的插图和例题设置，简直是为那种醉心于理论细节的硬核工程师量身定制的。我发现，它在处理湍流模型的部分，简直是教科书级别的详尽。作者不仅阐述了雷诺平均（RANS）方法的原理，还深入探讨了涡流的生成、尺度以及如何用各种模型（比如$k-epsilon$和$k-omega$）来“驯服”这些复杂的随机运动。我当时正在做一个关于管道内部流动阻力的课题，书里的图表，特别是关于摩擦系数随雷诺数的非线性变化曲线，直接帮我锁定了问题所在。更棒的是，它对相似性原理的讨论非常到位，通过量纲分析，作者展示了如何将复杂的物理问题简化，并通过模型试验来预测实际工程中的表现。不过，我要稍微吐槽一下，对于初次接触CFD（计算流体力学）的读者来说，书中的数学符号密集程度简直能吓跑一片人。它假设读者已经熟练掌握了高等数学和部分微分方程，如果缺少这些基础，直接阅读会像在看天书，你必须时刻备着一本高等数学参考书在旁边随时查阅。

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读完前三分之一，我最大的感受是，这套书的作者似乎对“完美”的物理描述有着近乎偏执的追求。它对流体力学基本方程组的推导过程，简直是百科全书式的详尽。从物质导数到应力张量的定义，从柯西应力公式到能量方程的完整形式，每一个步骤都像是经过了千锤百炼，不留一丝含糊。特别是对流体本构关系那一段，作者花了大量的篇幅来区分牛顿流体、非牛顿流体，甚至还提到了粘弹性流体的特性，这在很多主流教材中只是匆匆带过的一笔。这种深度，让这本书的学术价值飙升，但也使得阅读体验变得非常“慢热”。我得说，如果你是想快速了解如何计算飞机升力或者水泵效率，这本书可能不是最快的路径，但如果你想知道为什么升力是那个样子，以及在微观尺度上，分子间的相互作用如何被宏观地概括成粘性应力，那么这本书就是你的圣经。它教会我的不是“怎么做”，而是“为什么会这样”。

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这部《流体力学》绝对是我的近几个月来读过最让人头疼却又醍醐灌顶的教科书了。我本来以为自己对物理学有那么点儿底子，至少高中学的那些水流和空气动力学概念还是挺稳固的。结果翻开目录，迎面就是一堆张量分析、纳维-斯托克斯方程的详细推导，瞬间感觉自己像个小学生。我记得有一次，试图理解边界层分离的物理图像，光是那个动量积分方程的推导过程，我就来回看了不下五遍，那些偏导数和边界条件简直要把我的脑细胞都榨干了。作者的叙述方式非常严谨，几乎每一个公式的出现都有其深刻的数学或物理背景支撑，这对于追求知其所以然的读者来说，无疑是宝藏。但对于我这种更偏爱直观理解和工程应用的初学者来说，前期的铺垫实在太过厚重。我尤其欣赏它对无粘流和粘性流的对比分析，清晰地勾勒出了理想化模型与真实世界现象之间的鸿沟，只是这个鸿沟的跨越过程，需要极大的毅力和时间投入。这本书没有提供太多“一分钟学会”的捷径，它要求你沉下心来，与数学进行一场艰苦的搏斗，但一旦你成功地理解了某个核心概念，那种成就感是无与伦比的。

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这本书的章节组织结构，体现了一种非常清晰的“由浅入深，由简入繁”的逻辑链条，尽管这个“浅”和“繁”的跨度非常大。初期对静力学和运动学的处理，简直是为零基础读者准备的友好入口，用最直观的浮力例子和流线图来建立直觉。但是，当主题转向可压缩流和激波理论时，风格骤变。作者对马赫数、等熵关系以及斜激波的几何分析，简直是教科书级别的典范——图示清晰，公式推导干净利落，步骤跳转非常少。我特别欣赏它对“绝热流动的能量方程”的处理，它把热力学与流体力学的结合点展示得淋漓尽致。但这种结构带来的一个问题是，不同章节之间的“陡峭感”太明显了。从考察压力容器内静液面到分析超音速喷管膨胀过程，读者需要在一瞬间切换思维模式，这对集中注意力的要求极高。对我个人而言，这更像是一部参考手册，而不是一本可以一口气读完的“小说”。

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如果用一个词来形容我的阅读体验，那就是“扎实”。这本书的价值在于其无与伦比的全面性和对基本原理的忠诚度。它没有像某些市场上的畅销书那样，为了追求时髦而过度强调最新的计算方法或者实验技术。相反，它将焦点牢牢地钉在了流体力学数百年来沉淀下来的核心理论框架上。我发现它对流体动力学的“控制性方程”的讨论，是其他任何我读过的教材都无法比拟的深度。作者不仅仅是罗列了那些方程，而是花了大篇幅去解释为什么需要这些方程，它们的局限性在哪里，以及在不同物理条件下（如低速、高压、高粘度）应该如何简化它们。这使得读者在面对一个全新的、未曾谋面的流体力学问题时，不会感到手足无措，因为你知道应该从哪一套基本原理出发去构建自己的模型。总而言之，这是一部需要耐心、需要反复研读，但绝对能够为你打下坚不可摧理论基础的经典之作。

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