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出版者:重庆大学出版社

作者:武昭晖

出品人:

页数:302

译者:

出版时间:2004-8-1

价格:25.00元

装帧:平装(无盘)

isbn号码:9787562431312

丛书系列:

图书标签:

• 工程力学
• 力学
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• 高等教育
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• 材料力学
• 结构力学
• 理论力学

《宏观宇宙的隐秘律动：经典物理学前沿探索》 本书简介 《宏观宇宙的隐秘律动：经典物理学前沿探索》是一部面向对经典物理学基础理论有一定了解，并渴望深入理解其在当代科学前沿应用与哲学意义的读者而撰写的深度综述。本书并非基础教材的重复，而是聚焦于那些在宏观尺度上支配我们世界运行的经典力学、热力学、电磁学理论体系，在现代科学语境下所展现出的深刻内涵、尚未完全解决的挑战，以及它们如何与量子世界、相对论框架形成巧妙的对话与张力。 本书的结构围绕三大核心支柱构建：“精确性的边界与系统的涌现”、“能量的流动与秩序的建立”、“场的统一性与时空的几何化”。 第一部分：精确性的边界与系统的涌现——经典力学的现代诠释 本部分深入探讨了牛顿力学自建立以来的哲学演变和数学工具的精进，尤其关注其在复杂系统中的局限性与新生。 一、经典力学的“不可积”之困境： 我们摒弃了对单体运动的简单分析，转而聚焦于多体问题的复杂性。重点阐述了庞加莱不全积分理论在行星运动、三体问题（及N体问题）中的决定性作用。讨论了混沌理论（Chaos Theory）如何从经典力学的范畴内“涌现”出来，揭示了对初始条件的极端敏感性，这挑战了拉普拉斯决定论的根基。我们将详细分析洛伦兹吸引子等奇异吸引子的数学结构，探讨确定性系统如何产生不可预测的行为。 二、拉格朗日与哈密顿的几何视角： 本章是对变分原理的深度挖掘。我们不仅回顾了欧拉-拉格朗日方程，更重要的是，深入剖析了哈密顿力学如何将动力学转化为对相空间几何结构的研究。重点讨论了泊松括号的结构，以及它如何成为连接经典力学与量子力学（通过对易子关系）的桥梁。分析了规范场理论的早期雏形在经典力学中的体现，例如鞍点、鞍面在势能面上的意义。 三、刚体动力学与陀螺的优雅： 尽管看似基础，刚体动力学的深入研究揭示了深刻的对称性破缺。本书详细解析了欧拉方程的数学本质，并通过对陀螺进动与章动现象的分析，展示了角动量守恒在非惯性系中的复杂体现。我们还将介绍辛几何（Symplectic Geometry）在描述保守系统演化中的优越性，以及如何利用它来分析更复杂的机械系统，如陀螺仪导航的精度极限。 第二部分：能量的流动与秩序的建立——热力学的深刻洞察 本部分超越了理想气体状态方程，探讨了热力学第二定律在信息论、耗散结构以及宏观统计学中的意义。 一、熵的统计学起源与信息论的连接： 玻尔兹曼的统计力学是理解熵的关键。我们不仅复习了玻尔兹曼熵公式 $S = k ln W$，更侧重于吉布斯熵在描述宏观系综时的普适性。深入探讨了最大熵原理（Maximum Entropy Principle）在推导各种统计分布（如指数分布）中的应用，这表明热力学定律可以被视为信息缺失或不确定性的量化表达。 二、不可逆性与耗散结构理论： 经典热力学最令人困惑的正是时间之箭——不可逆性。本章集中讨论昂萨格倒易关系，尽管其最初是对线性响应的描述，但它揭示了远离平衡态时系统如何通过微小扰动进行能量交换。接着，我们将介绍普里高津的耗散结构理论，分析自组织现象（如贝纳尔对流、化学振荡）如何可能在开放的、远离热力学平衡的系统中出现，它们是系统在“非平衡态”下维持有序性的标志。 三、经典统计力学的极限与遗留问题： 我们讨论了等概率假设（Ergodicity Hypothesis）的严格性挑战，以及它在实际应用中受到的质疑。此外，还会探讨焦耳-汤姆孙效应的微观基础，以及如何利用经典统计方法来预测宏观热力学性质，同时指出其在描述黑体辐射等领域必然失败的原因（从而引出量子化的必要性）。 第三部分：场的统一性与时空的几何化——经典电磁学的宏伟叙事 本部分专注于麦克斯韦方程组的内在美感及其在现代物理学中的根基地位，强调其对时空观念的颠覆性影响。 一、麦克斯韦方程组的内在一致性与规范性： 麦克斯韦方程组是物理学中最优雅的成就之一。我们不将它视为四个独立定律的集合，而是探究其作为微分形式的内在完备性。重点分析了位移电流的引入如何解决了安培环路定理在时变电场中的矛盾，并直接导向了电磁波的存在及其速度的确定。讨论了规范势（标量势 $phi$ 和矢量势 $mathbf{A}$）的概念，揭示了电磁场理论的规范不变性，这预示了现代场论的核心思想。 二、电磁波的传播与相对论的萌芽： 本章的核心是电磁波在真空中的恒定速度 $c$ 与观测者的运动状态无关这一事实。我们将详细剖析洛伦兹变换是如何从坚持麦克斯韦方程组在所有惯性系中形式不变的哲学要求中“推导”出来的。通过分析电磁场张量 $F^{mu u}$，展示了电场和磁场如何被统一在四维时空中，光速的恒定性如何不可避免地重塑了时间与空间的观念。 三、经典场论的遗留难题与辐射反作用： 尽管麦克斯韦理论无比成功，但它在处理点电荷自身的动力学时遇到了困难。深入探讨了自能问题（Self-Energy Problem）和洛伦兹-阿布劳特方程（Lorentz-Abraham-Dirac Equation）。分析了点电荷辐射时所产生的反作用力（辐射阻尼），以及该方程中出现的“超光速”或“前驱”解，这些难题清晰地表明了经典电磁学在处理高能、微观尺度时的局限性，为寻求更深层次的理论（如量子电动力学）埋下了伏笔。 --- 本书旨在通过对经典物理学这些支柱理论的“深度解析”而非“基础教授”，引导读者体会物理学思想的演进，认识到即使是看似“经典”的理论，依然蕴含着通向现代科学前沿的深刻洞察和尚未完全消弭的内在张力。这是一次对“宏观宇宙”——我们日常经验所依据的物理法则——进行系统性、批判性反思的旅程。

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