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出版者:国防工业出版社

作者:李恩普 编

出品人:

页数:236

译者:

出版时间:2004-4

价格:24.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787118033571

丛书系列:

图书标签:

• 大学物理
• 物理实验
• 实验教学
• 高等教育
• 理工科
• 物理学
• 实验报告
• 教学参考书
• 大学生
• 实践教学

现代科学前沿探索：基础理论与实验方法新论 本书聚焦于当代物理学研究的前沿领域，旨在为高等院校物理专业、研究生以及科研人员提供一套全面、深入、与时俱进的理论框架与实验技术指南。本书内容涵盖了经典物理学在现代背景下的拓展，以及量子力学、固体物理、光学和电磁学等核心分支的最新发展和实验验证。 --- 第一部分：新世纪物理学的理论基石与范式转换 第一章：时空几何的再认识：从狭感到广义相对论的深度剖析 本章详细阐述了爱因斯坦狭义相对论的十大基本原理，并着重于洛伦兹变换在高速运动粒子动力学中的精确应用。随后，本书深入探讨了广义相对论的核心——黎曼几何的数学基础，包括张量分析、测地线方程和爱因斯坦场方程的完整推导过程。重点分析了黑洞物理的最新观测证据，如事件视界的结构和引力波的产生机制。此外，本章还包含了对引力理论的后牛顿近似处理，为精确的天体物理计算奠定基础。 第二章：量子场论的初步构建：粒子、相互作用与规范对称性 本章是理解粒子物理学的基础。我们从非相对论性量子力学的路径积分表述出发，过渡到对量子场论（QFT）的系统介绍。重点解析了狄拉克方程的内在结构及其与自旋的关联。随后，深入研究了量子电动力学（QED）的费曼图技术，详细讲解了散射振幅的计算步骤，包括一阶和二阶修正的物理意义。规范场理论部分，引入了洛伦兹群和杨-米尔斯理论的基本概念，阐明了基本相互作用（电磁、弱、强）的量子化基础，而非简单地罗列实验现象。 第三章：凝聚态物理学的拓扑革命：从能带到体边对应 凝聚态物理正经历一场由拓扑概念驱动的深刻变革。本章首先回顾了布洛赫定理和晶格振动（声子）的理论，为深入研究打下基础。核心内容集中于拓扑绝缘体和拓扑半金属。我们使用K-理论和陈（Chern）数等数学工具，精确定义了拓扑不变量，并解释了它们如何稳定地保护边缘态。详细讨论了量子霍尔效应的非微扰输运理论，以及最新的拓扑超导体的研究进展及其潜在应用，例如马约拉纳费米子的寻找。 --- 第二部分：高精度测量与先进实验技术 第四章：超快光学与阿秒科学：时间分辨率的极限探索 本章聚焦于如何打破皮秒、飞秒的时间尺度，进入阿秒（$10^{-18}$秒）量级的物理测量领域。详细介绍了产生超短激光脉冲的关键技术，包括锁模原理（如克尔透镜锁模和半导体可饱和吸收镜SESAM）。理论上，重点解析了高次谐波产生（HHG）的物理机制，即电子在强激光场中被电离、加速并与原子核复合的过程。本章提供了阿秒脉冲的表征方法（如自相关测量）以及利用这些脉冲探测电子动力学的具体案例。 第五章：低温物理与量子相变：极端环境下的物质行为 本章探讨了将物质冷却至毫开尔文甚至纳开尔文级别所揭示的奇特量子现象。核心内容包括：稀释制冷机的工作原理和极限温度的突破。详细分析了玻色-爱因斯坦凝聚（BEC）的形成条件和宏观量子态的观测。对于费米子系统，深入讨论了超流体氦-3的$p$波配对机制以及超冷原子气体中的Feshbach共振调控技术，这使得研究人员能够在不同相互作用强度下模拟凝聚态系统的基本模型。 第六章：高能粒子探测器的原理与数据分析 本章面向大型加速器实验（如LHC）中的探测技术。内容侧重于探测器的工作原理，而非简单的组件介绍。详细分析了电磁量能器（如铅玻璃、晶体）和强子量能器（如铁-闪烁体）的能量沉积和分辨机制。对于径迹探测，重点区分了漂移室、微模式气体探测器（GEMs/Micromegas）和硅像素探测器的优劣。数据处理方面，本章引入了现代机器学习算法在粒子识别和背景剔除中的应用，强调了蒙特卡洛模拟（Geant4）在实验设计中的关键作用。 --- 第三部分：前沿交叉领域与计算模拟 第七章：量子信息与计算：从比特到量子比特的桥梁 本章将理论物理与信息科学相结合。首先回顾了量子纠缠、叠加态的数学描述和贝尔不等式。重点讨论了实现可扩展量子计算的几种主要物理平台：超导电路（Transmons）、离子阱和中性原子阵列。针对每种平台，详细分析了其相干时间、门操作保真度和可扩展性的瓶颈。此外，本章还介绍了量子纠错码的基本结构，以及量子退火等非通用量子计算模型的适用范围。 第八章：计算物理方法：第一性原理与分子动力学模拟 现代物理研究越来越依赖高精度计算。本章侧重于密度泛函理论（DFT）在材料科学中的应用。详细讲解了 Kohn-Sham 方程的求解流程、各种交换关联泛函（LDA, GGA, meta-GGA）的局限性与发展趋势。在动力学模拟方面，深入分析了分子动力学（MD）的算法选择（如Verlet积分），以及如何通过玻尔兹曼平均和Metropolis算法进行统计力学采样，以预测材料在非平衡态下的热力学性质。 第九章：引力波天体物理学的实验验证与信号处理 引力波的直接探测标志着天文学进入新纪元。本章不再重复干涉仪的结构介绍，而是聚焦于信号的提取与分析。详细阐述了激光干涉仪的噪声源建模，特别是射频噪声、散粒噪声和牛顿噪声的物理起源。核心内容在于信号处理：如何利用匹配滤波技术从高斯噪声中提取微弱的啁啾信号，以及如何使用后牛顿近似的波形模板库进行参数估计（如黑洞质量和自旋）。本章还探讨了高频引力波源的可能性，如脉冲星和早期宇宙的背景辐射。 --- 总结： 本书旨在构建一个理论深度与实验前沿紧密结合的学习体系，引导读者超越基础概念的简单复述，直接面对当前物理学研究中最具挑战性和创新性的问题。每一章的论述都力求在理论的严谨性和实验的可行性之间找到最佳平衡点，为有志于从事尖端科学研究的人员提供坚实的知识储备。

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我必须承认，这本书的深度远远超出了我对一本“大学实验指导书”的预期。它不满足于仅仅提供一套固定的实验流程，而是将实验的原理与现代物理学的最新发展巧妙地结合起来。例如，在介绍电磁学实验时，书中不仅有基础的霍尔效应测量，还拓展到了利用这些基础原理去理解半导体材料的特性，这种前瞻性的内容让我感觉我学的不仅仅是操作技巧，而是正在触碰物理研究的前沿。它的习题设计也十分巧妙，不再是简单的数值代入，而是要求结合实验数据进行深入的误差分析和理论推导，真正考验了读者的逻辑思维能力和对实验不确定性的理解。这本书的价值在于，它将实验操作从一个机械的过程，提升到了一个富有创造性和批判性的科学探索过程。

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这本书的装帧质量和纸张选择，体现了出版方的专业水准。拿在手里就能感受到它的分量感和耐用性——这对于需要频繁翻阅、甚至可能沾染一些试剂的实验用书来说，至关重要。内页的纸张具有很好的抗反光性，即使在强光下的实验室环境中阅读，文字和图表依然清晰锐利，这极大地减轻了长时间实验的眼睛疲劳。而且，书本的装订非常牢固，我经常需要把它平摊在实验台上，它能完全平整打开而不会卷曲或掉页，这在操作精密仪器时是非常实用的细节。这种对物理载体的重视，从侧面反映了编著者对实验工作严谨态度的尊重，值得称赞。

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对于自学或者需要巩固基础的同学来说，这本书的结构逻辑性无懈可击。它的章节编排遵循了从易到难、从宏观到微观的经典学习路径。每一章开始都会有一个清晰的“实验目标”和“预期成果”的陈述，让学习者从一开始就明确方向。更棒的是，在每个实验的最后，都有一个专门的“讨论与拓展”部分，这部分内容极其丰富，它会引导读者思考如果改变某个参数，实验结果会如何变化，或者如何设计一个更精密的测量方案。这种结构化的引导，让学习过程变成了一个自我驱动的探索，而不是被动接受。我个人觉得，这本书的作者对教学心理学有非常深刻的理解，能准确把握学生在学习实验过程中的认知拐点。

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这本书的排版设计简直是教科书级别的典范，让人一拿到手就心情愉悦。不同于那些把文字堆砌在一起、密密麻麻的传统教材，它在版式布局上做得极为考究。色彩的运用恰到好处，关键公式和实验步骤被巧妙地用醒目的颜色区分开来，即使长时间阅读也不会产生视觉疲劳。最让我印象深刻的是，它在章节的过渡和实验的引入部分，都有一些简短而引人入胜的背景介绍，让人对接下来的实验内容充满了期待感，而不是单纯地觉得是在应付任务。这种对阅读体验的重视，无疑极大地提升了学习效率。它就像是一位耐心的导师，知道在什么时候该给你知识的重量，什么时候该给你视觉上的喘息，这种细腻的关怀，在技术类书籍中是相当难得的。

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这本书真是个宝藏，尤其是对于初次接触实验物理的同学来说，简直是救星。它没有那种让人望而生畏的晦涩理论，而是用非常直白、清晰的语言，手把手地教你如何操作，每一步的原理都解释得明明白白。我记得有一次我在做一个光学实验时遇到了困难，按照书上的步骤总是不对，但这本书的图示非常精细，每一个仪器的摆放、读数的技巧，都配有高清的插图，我对照着书上的图一步步调整，最终成功了。它不仅仅是教你“怎么做”，更重要的是让你理解“为什么这么做”，这对于培养严谨的科学态度至关重要。而且，书里还包含了许多常见错误的分析和排查方法，简直是实验现场的“急救手册”。读完这本书，我感觉自己对物理实验的恐惧感完全消失了，取而代之的是一种掌控实验的信心。

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