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出版者:

作者:上海交通大学数学系

出品人:

页数:341

译者:

出版时间:2011-8

价格:38.00元

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isbn号码:9787313076144

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• 量子力学
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《地球深部物理过程与物质循环》 内容简介 本书聚焦于地球内部的极端物理环境、物质的相变行为以及由此驱动的深部物质循环过程，旨在为地球科学、材料科学以及行星科学领域的研究者提供一个全面、深入的理解框架。全书结构严谨，内容涵盖从地壳深部到地核的各个关键深度区间，探讨了在超高压、超高温条件下物质的力学、热学和化学性质如何发生根本性改变，并阐明这些变化如何影响地球的动力学演化。 第一部分：地幔物理状态与动力学基础 本部分首先建立了理解地球深部物理过程所需的理论基石。重点阐述了高压物理学在地球科学中的应用，特别是高压晶体学的基本原理，以及如何通过金刚石对顶砧（DAC）实验、后洛希极限（Post-Perovskite）理论计算等前沿手段来模拟地幔深处的条件。 第一章：地球内部结构与物性参数的约束 详细梳理了地震学对地幔结构的分层（如过渡带、D”层）的观测证据。深入讨论了地震波速的异常与温度、压力、相变、含水量之间的耦合关系。重点解析了橄榄石（Olivine）在不同压力下的晶格畸变及其对地震波各向异性的影响。同时，引入了地球化学的约束，讨论了放射性元素衰变热对地幔温度场的贡献估算方法。 第二章：高温高压下的岩石流变学 本章是理解地幔对流的物理基础。探讨了岩石在深部条件下如何表现出粘滞性流动。详细分析了扩散蠕变（Nabarro-Herring和Coble蠕变）、位错蠕变等主要的变形机制，并引入了应力-应变率关系的本构模型。特别关注了水和挥发分在降低岩石强度（湿岩石与干岩石的流变学对比）中的关键作用，以及这如何影响俯冲带的减薄速率和地幔柱的上升速度。 第三部分：地幔相变与物质循环的动力学效应 地幔中最重要的物理过程之一是橄榄石结构向更高密度相的转变。本部分对此进行了深入剖析。 第三章：镁硅酸盐在过渡带的相转变 详尽描述了橄榄石（$alpha$-橄榄石）向瓦斯利石（Wadsleyite，$eta$相）和林伍德石（Ringwoodite，$gamma$相）的转变过程，以及其对地震波速度的贡献。重点讨论了这些相变带的动力学影响：相变潜热如何影响热对流模式，以及弥散过程（Metastability）在地震活动中的潜在角色。此外，还分析了过渡带对水循环的“海绵”效应，即高压相能够储存远超地表环境的水量。 第四章：D”层与下地幔物质的不均匀性 D”层被认为是地核-地幔边界（CMB）附近一个极其复杂的区域。本章探讨了后橄榄石（Post-Perovskite, PPV）相的形成条件、晶体结构及其对CMB热边界层的影响。研究了俯冲板块的终点行为，即板块如何沉降至CMB，以及由此引起的局部物质富集和热异常。通过对钙钛矿（Perovskite）和后钙钛矿的结构稳定性分析，解释了下地幔的物质组成与上地幔的差异。 第三部分：地核的形成、物质循环与极端物理 本部分将视角转向地球内部压力最大的区域——地核，关注液态外核的物理过程及其与地磁场的联系。 第五章：内、外核的物质组成与物性参数 基于地震学低速带和高低速区，探讨了外核主要由液态铁镍合金构成，并含有轻元素（如S、O、Si、H）的证据。详细阐述了如何利用布里渊散射光谱法和密度泛函理论（DFT）计算来约束液态铁在数百万个大气压下的电导率和热导率。阐明了内核的结晶过程，讨论了内核的剪切波阻滞现象及其对地震波传播的影响。 第六章：地核-地幔相互作用与物质交换 此章探讨了地核与地幔在物理和化学上的边界联系。研究了地幔物质（如俯冲的富集物质或熔融的硅酸盐）在极端压力下渗入CMB的可能性，以及由此引发的热驱动对流。分析了CMB处的液-固界面动力学，包括硅酸盐熔融物在边界层的积累，以及它们如何通过浮力驱动向上迁移，影响地幔柱的起源。 第七章：高压下材料的电磁特性与地球发电机 虽然本书侧重物理过程，但地核的电磁性质是其核心动力学特征。本章简要介绍了理解地磁场维持机制所需的物理输入：外核液态金属的电导率和粘滞性。探讨了在极高压力下铁基合金的电子结构如何决定其输运性质，进而影响地球发电机理论中的阿尔芬波的传播和科里奥利力的主导地位。 结论：深部过程对地球表面的耦合 最后，本书总结了深部物质循环（如深部水圈、岩浆房演化）如何通过火山活动、地幔柱喷发和构造应力传播等方式，对地表环境（如大气成分演变、生物圈的演化）产生长期而深远的影响。全书旨在强调，理解地球的过去、现在和未来，必须建立在对其内部极端物理环境和物质相变规律的精确认识之上。 本书适合从事地球物理学、矿物物理学、高压材料科学、以及行星科学研究的高年级本科生、研究生及专业研究人员参考。书中穿插了大量最新的实验数据和理论模型的对比分析，强调了跨学科研究方法的重要性。

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这本书的叙述风格非常吸引人，有一种循循善诱的感觉。作者仿佛是一位经验丰富的导师，在课堂上耐心地解答着我的每一个疑问。他不会急于给出答案，而是通过一步步的引导，让我自己去发现解决问题的路径。尤其是在处理一些复杂的证明时，他会先讲述问题的背景，然后分析难点，再提出解决思路，最后给出严谨的证明。这种“问题导向”的学习方式，让我更能理解数学证明的逻辑性和严谨性。

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坦白说，我曾经因为数学物理方法太过抽象而对它望而却步。但这本书彻底改变了我的看法。它不仅在理论讲解上深入浅出，更在例题的设计上独具匠心。那些例题不仅仅是枯燥的计算，而是充满了巧妙的思考过程。作者往往会在例题的解析中，引导读者去思考问题背后的物理机制，以及数学方法是如何巧妙地契合这些机制的。让我印象深刻的是，有一道关于简谐振动的例子，作者通过引入复数的方法，将复杂的三角函数运算变得异常简洁，这让我看到了数学工具的优雅与强大。

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这本书给我最大的启发在于，它让我看到了数学工具的普适性。很多在力学中出现的数学方法，在电磁学、量子力学甚至统计物理学中都能够找到应用。作者在讲解不同的数学概念时，都会穿插相应的物理应用案例，让我能够清晰地看到不同学科之间的联系。例如，求解偏微分方程的方法，在波动方程、热传导方程中都有体现，让我感受到数学的统一性和力量。

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读完这本书，我感觉自己仿佛拥有了一双能够“看见”物理世界背后数学结构的眼睛。作者在讲解诸如傅里叶分析、微分几何等概念时，并没有仅仅停留在形式上的推导，而是极力去揭示其在物理学中的深刻内涵。例如，在介绍傅里叶级数时，他通过分析不同函数的周期性与分解的关系，让我体会到了“万物皆可拆解”的深刻哲学意味，以及这种分解方式在信号处理、热学传导等领域的神奇应用。

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读这本书的过程，我感觉自己像是在进行一次穿越物理世界的数学探险。作者的讲解方式非常生动有趣，他会用类比、故事等方式来帮助理解抽象的概念。我特别喜欢他对某些数学定理的“故事化”叙述，让我能够更容易地记住它们，并理解它们在物理学中的地位。例如，在讲解格林函数时，作者通过类比“响应”和“激励”的概念，让我对格林函数在解决线性系统问题中的作用有了深刻的认识。

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我特别喜欢这本书在数学和物理之间建立的紧密联系。它不是一本纯粹的数学书，也不是一本纯粹的物理书，而是将两者完美融合。在学习的过程中，我不仅巩固了数学知识，更加深了对物理概念的理解。比如，在讲解张量时，作者将其与物理量在不同坐标系下的变换联系起来，让我不再觉得张量是一个抽象的概念，而是能够直观地理解其物理意义，以及在广义相对论等领域的重要性。

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对于我这样基础相对薄弱的读者来说，这本书的价值简直无法估量。它在讲解数学概念时，会巧妙地回顾相关的基础知识，避免了读者因为基础不牢而产生的挫败感。而且，作者在讲解过程中，会经常引用一些经典的物理问题作为引子，让我对学习的数学工具充满期待。比如，在引入积分变换时，他会先讨论信号的分解与合成问题，这让我对学习拉普拉斯变换和傅里叶变换充满了兴趣。

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这绝对是我读过的最“接地气”的数学物理方法类书籍了。很多时候，我们学到的数学工具，总感觉像是空中楼阁，不知道它到底能解决什么实际问题。但这本书不同，它紧密联系着物理学中的各种经典问题，比如量子力学中的薛定谔方程的求解，电磁学中的波动方程，以及经典力学中的拉格朗日方程等等。作者在讲解每一个数学方法时，都会先将其置于一个具体的物理背景下，然后逐步导出所需的数学工具。这让我意识到，数学并不是独立于物理学而存在的，而是解决物理问题的强大武器。

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我一直对科学研究中的数学工具充满好奇，但苦于缺乏系统性的学习，总是感觉隔靴搔痒。直到我翻开了这本书，才像是终于打通了任督二脉。首先，它并没有像很多教材那样，上来就抛出一堆晦涩难懂的公式和定理，而是从最基础的概念入手，循序渐进地讲解。比如，在介绍微分方程时，作者花了大量的篇幅来阐述其物理意义，以及在不同物理场景下的应用，让我能够直观地理解方程背后的含义，而不是仅仅将其视为一串符号。这种“由浅入深，由易到难”的教学方式，极大地降低了我的学习门槛。

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这本书的阅读体验非常流畅，作者的语言简洁明了，逻辑清晰。即便是对于一些比较复杂的数学推导，他也能将其分解成易于理解的步骤，并给出充分的解释。而且，在讲解过程中，作者还会适时地提出一些启发性的问题，引导我主动思考。这种“主动学习”的模式，让我能够更深入地掌握所学的知识，而不是被动地接受。我记得，在讲解守恒律时，作者通过探讨诺特定理，让我看到了对称性与守恒量之间深刻的数学联系，这让我对物理学的美感有了更深的体会。

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