Nonlinear Dispersive Waves

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出版者:Cambridge University Press
作者:Mark J. Ablowitz
出品人:
页数:362
译者:
出版时间:2011-10-17
价格:USD 115.00
装帧:Hardcover
isbn号码:9781107012547
丛书系列:
图书标签:
  • 数学
  • Waves
  • Nonlinear
  • Dispersive
  • Cambridge
  • 2011
  • 非线性波
  • 色散波
  • 偏微分方程
  • 波动方程
  • 物理数学
  • 流体力学
  • 动力系统
  • 数值模拟
  • 稳定性
  • 混沌理论
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具体描述

The field of nonlinear dispersive waves has developed enormously since the work of Stokes, Boussinesq and Korteweg-de Vries (KdV) in the nineteenth century. In the 1960s, researchers developed effective asymptotic methods for deriving nonlinear wave equations, such as the KdV equation, governing a broad class of physical phenomena that admit special solutions including those commonly known as solitons. This book describes the underlying approximation techniques and methods for finding solutions to these and other equations. The concepts and methods covered include wave dispersion, asymptotic analysis, perturbation theory, the method of multiple scales, deep and shallow water waves, nonlinear optics including fiber optic communications, mode-locked lasers and dispersion-managed wave phenomena. Most chapters feature exercise sets, making the book suitable for advanced courses or for self-directed learning. Graduate students and researchers will find this an excellent entry to a thriving area at the intersection of applied mathematics, engineering and physical science.

《非线性色散波》 一部探索复杂波动力学的深度研究 《非线性色散波》并非一本关于特定书籍内容的介绍,而是一次对“非线性色散波”这一广泛且迷人的物理学分支的深入探讨。本书旨在为读者提供一个全面且详实的视角,揭示这些看似简单的波动现象背后隐藏的复杂数学原理与物理机制,以及它们在自然界和工程领域中广泛而深刻的应用。 核心概念:非线性和色散的交织 本书的核心在于解构“非线性”与“色散”这两个关键概念,并揭示它们在描述波传播时的独特互动。 色散 (Dispersive): 简单的波,如光波在真空中的传播,其速度仅依赖于介质的性质,而与波的频率或波长无关。然而,在许多现实世界的介质中,波的传播速度会随着其频率(或波长)的变化而变化。这种现象称为色散。例如,白光通过棱镜时会分解成七彩光谱,就是因为不同颜色的光(不同频率)在玻璃中的传播速度不同。色散效应会导致波包(由一系列不同频率的波叠加而成)的形状随时间发生展宽和扭曲。 非线性 (Nonlinear): 在线性系统中,叠加原理成立,即两个波的叠加效果等于它们各自效果之和。然而,在非线性系统中,这种简单的叠加不再适用。当波的幅度足够大,或者介质的响应不再与其引起的扰动成正比时,非线性效应就会显现。非线性行为可能导致波的形状在传播过程中发生显著改变,例如产生新的频率分量,或者形成极其稳定的孤立波。 《非线性色散波》的理论基石 本书将深入剖析支撑非线性色散波研究的数学框架和理论模型。 偏微分方程: 大多数非线性色散波的描述都依赖于复杂的偏微分方程。其中,KdV方程(Korteweg-de Vries方程) 是一个里程碑式的例子,它成功地描述了浅水中的长波传播。KdV方程能够产生具有惊人稳定性的孤子(solitons),这些孤子在相互碰撞后能够保持其形状和速度不变,仿佛没有发生过相互作用。本书将详细介绍KdV方程的推导过程,分析其解的性质,并探讨其在水波、等离子体物理等领域的应用。 其他经典模型: 除了KdV方程,本书还将涵盖其他重要的非线性色散波模型,例如: Sine-Gordon方程: 描述了非线性振子链、晶体位错等物理现象。 非线性薛定谔方程 (NLS): 在光学、原子物理、生物物理等领域扮演着核心角色,能够描述光纤中的光孤子、超冷原子中的玻色-爱因斯坦凝聚等。 Kadomtsev-Petviashvili (KP) 方程: KdV方程的推广,能够描述二维的非线性色散波。 求解方法: 面对这些复杂的非线性偏微分方程,本书将介绍多种分析和数值求解方法,包括: 反散射变换(Inverse Scattering Transform, IST): 一种强大的解析工具,能够精确求解某些可积非线性方程,如KdV方程。 微扰方法: 用于处理非线性项较弱或问题略微偏离可积系统时的情况。 数值模拟技术: 如有限差分法、有限元法等,用于在计算机上近似求解方程,探索复杂情况下的波行为。 关键现象与概念的解析 除了方程本身,《非线性色散波》还将深入探讨由非线性色散共同作用产生的关键现象。 孤子(Solitons): 如前所述,孤子是本书的核心研究对象之一。它们是能够独立传播且在相互作用后保持形态不变的波包。本书将详细阐述孤子的形成机制、稳定性条件以及它们在能量和信息传输中的潜力。 波包展宽与压缩: 色散效应导致波包随时间展宽,而非线性效应则可能在一定条件下导致波包的压缩,甚至形成孤子。本书将分析这两种效应的此消彼长,以及它们如何塑造波的演化。 自聚焦与自陷: 在光学介质中,强光(高幅度波)的非线性效应可能导致光波束的聚焦(自聚焦),甚至在其传播过程中形成稳定的光束(自陷)。这在光通信和激光技术中具有重要意义。 混沌与湍流: 在某些更复杂的非线性色散系统中,会出现混沌行为和湍流现象,展现出高度的不可预测性和复杂性。本书将触及这些前沿领域,介绍研究这些现象的分析工具。 跨学科的应用领域 非线性色散波现象并非仅存在于理论物理的象牙塔中,它们是理解和描述众多自然现象和工程挑战的关键。 流体力学: 从海浪的传播到浅水波的形成,从河流中的波浪到大气中的扰动,非线性色散波理论为我们理解这些现象提供了强大的数学工具。 光学: 光纤通信中的光孤子、激光束的传播、非线性光学效应(如二次谐波产生)等,都与非线性色散波密切相关。 等离子体物理: 等离子体中的电磁波传播、粒子加速等现象,也常常表现出非线性色散行为。 凝聚态物理: 在晶格振动(声子)、超导材料、原子链模型等方面,非线性色散波也扮演着重要角色。 生物医学: 神经信号的传播、DNA链的振动模式等,也被发现可以用非线性色散波理论来描述。 本书的价值与贡献 《非线性色散波》致力于为读者提供一个坚实的理论基础和广阔的视野。它不仅是一本关于物理现象的书,更是一次关于如何运用抽象数学工具来理解和预测复杂世界行为的探索。本书将激励读者深入思考波的本质,探索非线性世界的奥秘,并激发他们在各自领域中应用这些知识解决实际问题的创造力。通过对非线性色散波的系统性学习,读者将能够更好地理解和分析从微观粒子到宏观宇宙中的各种动态过程。

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我是一名对宇宙万物充满好奇的探索者,而《非线性色散波》这本书,恰如其分地满足了我对科学求知的渴望。作者以一种非常独特的方式,将那些抽象的物理概念,如“色散”、“非线性”以及“孤立波”,描绘得生动而形象。我特别喜欢书中关于“时间晶体”的讨论,虽然这可能与书中核心内容稍有偏离,但它所展现出的那种超越传统时空观的奇妙景象,让我对物理学的边界有了更深的想象。作者在书中对“混沌”与“有序”的辩证关系的阐述,更是让我思考,在我们所处的这个复杂世界中,所谓的“秩序”是否只是一种暂时的、脆弱的平衡,而真正的本质是永恒的动态演化?书中对“孤立波”的描绘,也让我着迷,它不再是教科书上冷冰冰的公式,而是一个能够在时空长河中独立存在、穿越一切阻碍的“生命体”。这种拟人化的描绘,让我对这些抽象概念产生了深刻的共鸣。这本书让我明白,科学的魅力不仅在于揭示规律,更在于唤醒我们对未知世界的好奇心和探索精神。

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我最近刚收到这本《非线性色散波》,翻阅了一段时间,感觉它就像一本深邃的海洋,我只是站在岸边,小心翼翼地窥探其中的波澜壮阔。这本书的语言风格非常独特,它不像我过去读过的许多科普或者专业书籍那样,上来就抛出一堆公式和定义,而是更倾向于用一种富有诗意和想象力的语言来描绘这些抽象的物理现象。例如,作者在描述孤立波(soliton)的形成和传播时,用了“如同幽灵般穿梭于时空的长河,却又不曾被时间的长河所冲散”这样的比喻,一下子就抓住了我这种非专业读者的好奇心。我能感受到作者对这些概念的深刻理解,以及他试图将这种理解传递给读者的努力。虽然我可能无法完全理解书中的所有数学推导,但通过这些生动形象的描述,我得以一窥非线性色散波世界的奇妙之处。我特别欣赏的是,作者并没有回避复杂性,而是通过精妙的比喻和类比,将那些看似高深莫测的理论,转化为可以被理解的意象。这种“知其然,更知其所以然”的讲述方式,让我觉得阅读过程本身就是一种智力上的享受,而不是枯燥的知识灌输。它激发了我对物理学更深层次的探索欲望,让我开始思考,那些我们习以为常的物理规律背后,是否还有更隐秘、更精彩的故事等待被发掘。我甚至开始尝试用书中的一些比喻来理解日常生活中的一些现象,比如信息在网络中的传播,或者某些社会现象的演变,虽然这可能与本书的本意不符,但这正是好书的魅力所在,它能拓展你的思维边界,让你看到事物的多种可能性。这本书不仅仅是关于物理学,它更像是一种思维训练,一种让你用全新的视角去审视世界的方式。

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拿到《非线性色散波》这本书,我第一时间就被其丰富的理论体系所吸引。作为一名在流体力学领域深耕多年的学者,我一直对非线性动力学中的各种复杂现象充满兴趣,而色散波的非线性行为正是其中极具挑战性的一个分支。这本书的作者显然对这一领域有着极其深入的理解,他对各类非线性色散方程的推导和分析都显得游刃有余,并且能够敏锐地捕捉到不同模型之间的共性与差异。我特别欣赏书中关于“孤立波”理论的论述,作者不仅详细介绍了其数学本质,还结合了大量的实验数据和模拟结果,来佐证其理论的有效性。例如,在讨论高阶色散效应对孤立波形状和稳定性的影响时,作者引用了最新的研究成果,并对未来可能的研究方向进行了展望。此外,书中对色散波在光学、等离子体、生物医学等多个领域的应用也进行了广泛的探讨,这对于我将理论知识应用于跨学科研究具有重要的参考价值。虽然书中包含大量复杂的数学公式和推导过程,但作者的讲解清晰而有条理,逻辑性极强,使得我能够跟随他的思路,逐步深入理解那些看似晦涩的理论。总而言之,这是一本高质量的学术专著,为非线性色散波的研究者提供了一个全面而深入的视角。

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收到《非线性色散波》这本书,我的第一感觉是它的装帧设计非常用心,那种厚重感和纸张的质感,都透露着一种严谨和专业。我本身是做相关领域的研究的,所以对这本书的内容抱有很高的期待,想看看它在理论深度和研究前沿性方面有哪些突破。初读之下,我发现这本书在数学模型构建和方程求解方面下了非常大的功夫,引用的文献也非常权威且具有代表性。作者对KdV方程、非线性薛定谔方程等经典模型进行了深入的剖析,并且结合了一些最新的研究成果,比如关于高阶非线性效应、多维色散波以及它们在等离子体物理、光学、水波等领域的应用。令我印象深刻的是,作者在讲解一些复杂数学推导时,并没有简单地罗列公式,而是详细地阐述了每一步的逻辑和物理意义,这对于我这样需要将理论应用于实际问题的研究者来说,非常有价值。书中的图表也非常清晰,能够直观地展示波的传播特性、相互作用以及稳定性等关键问题。虽然一些部分的内容对我来说是既熟悉又需要重新梳理的,但作者提供的新视角和更深入的分析,确实让我受益匪浅。我尤其关注了书中关于孤立波相互作用的章节,其中关于“借道”现象的讨论,以及它在光纤通信中的潜在应用,都让我觉得非常有趣且有启发性。这本书无疑是该领域的一部重要参考著作,能够帮助研究者系统地梳理和深化对非线性色散波的理解。

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初次接触《非线性色散波》,我便被它所展现出的宏大叙事所震撼。这本书并非仅仅是关于物理现象的罗列,更像是带领读者进行一场跨越时空的思想旅程。作者用一种近乎哲学家的笔触,探讨了波的本质,以及在非线性和色散的交织作用下,这些看似寻常的物理实体所展现出的惊人行为。我尤其着迷于书中关于“混沌”与“有序”之间辩证关系的阐述,作者通过对某些特定方程的分析,揭示了看似随机的波动中,可能隐藏着深刻的规律性,而这些规律性又往往是脆弱的,容易被微小的扰动所打破。这种对复杂系统内在逻辑的探索,让我开始反思我们对“确定性”的认知是否过于简单化。书中对于“孤立波”的描述,也给我留下了深刻的印象。作者并未将其仅仅视为数学上的一个解,而是赋予了它一种“生命力”,一种能够独立存在、穿越时空而保持自身形态的奇特能力。这种对抽象概念的具象化处理,让我在阅读过程中,不断产生新的联想和思考。它让我意识到,科学的魅力不仅仅在于发现规律,更在于理解规律背后的深刻哲理。

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《非线性色散波》这本书,用一种引人入胜的方式,揭示了物理世界隐藏的数学之美。我一直认为,物理学的魅力在于它能够用简洁的数学语言来描述复杂的世界,而这本书恰恰展现了这一点。作者在书中对各种非线性色散方程的推导和分析,让我深刻体会到数学工具的强大。他并没有仅仅停留在数学的层面,而是将这些数学方程与具体的物理现象紧密结合,例如在光学领域中,如何利用非线性色散效应来控制光束的传播,甚至制造出“光孤子”;在水动力学中,如何解释巨浪的形成和传播机制。我尤其欣赏书中对“色散”概念的深入剖析,它解释了为什么不同的频率成分会以不同的速度传播,以及这种现象如何与非线性效应相互作用,从而产生各种奇特的光谱和波形。书中关于“能量耗散”与“能量守恒”的辩证讨论,也让我对能量的转化和传递有了更深的理解。虽然书中充斥着大量的数学公式,但作者的讲解非常清晰,并且总是能提供一些直观的图示来辅助理解,这使得即使是像我这样对数学不是特别精通的读者,也能从中获得启发。

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阅读《非线性色散波》这本书,对我而言是一次重塑认知体系的体验。我过往对波动现象的理解,大多停留在线性叠加和简单衰减的层面,而这本书则完全颠覆了我原有的认知。作者以一种非常系统和严谨的方式,层层递进地揭示了非线性效应和色散效应如何共同塑造了波的复杂行为。我特别欣赏书中对于“自聚焦”和“自扩散”现象的深入剖析,这些都是在非线性作用下出现的令人费解但又极其重要的现象。作者通过详细的数学推导,解释了这些现象的产生机制,并且展示了它们在实际应用中的巨大潜力,例如在光纤通信中用于稳定信号传输,或者在激光技术中用于产生特殊的光束。书中对“通量守恒”和“能量守恒”在非线性波动中的体现也进行了深入的讨论,这让我对物理学中的基本守恒定律有了更深刻的理解。虽然书中涉及的数学公式非常多,但作者的讲解逻辑清晰,层层递进,能够引导读者逐步理解那些复杂的概念。这本书让我明白,科学的进步往往来自于对看似“反常”现象的深入挖掘,而这些“反常”背后,往往隐藏着更深刻的规律。

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我被《非线性色散波》这本书的广度和深度所折服。它不仅仅是一本关于特定物理现象的教科书,更像是一扇门,打开了通往更广阔科学领域的大门。作者在书中探讨了非线性色散波在宇宙学、天体物理学,甚至在某些统计物理模型中的潜在联系,这让我感到非常惊喜。我尤其欣赏书中关于“混沌边缘”的讨论,作者描绘了在一个看似有序的非线性系统中,如何由于微小的扰动而突然进入混沌状态,以及这种混沌状态的产生和演变过程。这让我开始思考,我们在许多领域中追求的“稳定性”,是否只是一种表象,而其背后隐藏着的是一种动态的、不断演化的复杂性。书中对“元稳定孤立波”的介绍,更是让我着迷,它颠覆了我对于“孤立”的传统理解,即事物在独立存在的同时,也可能与其他事物发生微妙的、非局域性的相互作用。这种对事物之间相互联系的深刻洞察,让我对世界万物的运行规律有了全新的认识。

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《非线性色散波》这本书,给我最大的感受是它展现了数学的力量,以及数学如何能够精确地描述和预测自然界中最复杂的现象。作为一名工程师,我总是习惯于寻找实际问题的解决方案,而这本书则提供了一个强大的理论框架,来理解和控制那些我们无法直接观察到的微观和宏观世界中的波动行为。作者在书中对各种非线性色散方程,如NLS方程、KdV方程等的求解方法进行了详细的介绍,并且展示了如何利用这些方程来模拟和预测实际的物理过程。我特别关注了书中关于“孤立波”的稳定性和相互作用的章节,这些知识对于我理解和设计一些高性能的通信系统和信号处理算法至关重要。作者在解释这些复杂数学概念时,总是能结合实际的工程应用场景,这让我能够清晰地看到理论与实践之间的紧密联系。例如,他将孤立波的“不碰撞”特性与信息传输的稳定性联系起来,让我对如何提高通信效率有了新的思路。虽然书中不乏高深的数学推导,但作者的讲解方式非常清晰,并且总是会提供一些直观的类比,这让我能够更好地理解那些抽象的概念。

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我是一名对物理学充满好奇的普通爱好者,平时会阅读一些科普读物,但《非线性色散波》这本书还是让我感到有些挑战。不过,正是这种挑战,让我感觉自己像是在攀登一座知识的山峰。这本书的开篇就给我一种“大开眼界”的感觉,它不仅仅是介绍一些概念,而是试图构建一个完整的理论框架,让我理解为什么这些“非线性”和“色散”的特性会同时出现,并且它们是如何影响波的本质的。书中运用了大量的数学公式,这一点确实让我感到头疼,但作者似乎也意识到了这一点,所以在公式的推导过程中,都会附带一些详细的文字解释,试图将数学的严谨性和物理的直观性结合起来。我尤其对书中关于“孤立波”的章节印象深刻,作者用一种非常生动的方式描绘了孤立波的“不衰减”和“不扩散”的特性,就像是大海中的一股独立的力量,可以穿越时间和空间的阻碍。虽然我不能完全理解所有的数学推导,但这种“孤立存在”的形象,已经深深地印在了我的脑海里。这本书让我明白了,我们平时看到的很多现象,比如海浪、光信号,甚至是某些经济规律,都可能隐藏着非线性色散的规律。这就像是打开了一个新的观察世界的“滤镜”,让我对周围的世界有了更深刻的认识。

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