具体描述
本教材是根据教育部2000年颁发的“机械工程力学（少学时）教学大纲”编写的，通过了全国中等职业教育教材审定委员会审定，系中等职业教育国家规划教材。
本教材包括杆件静力分析、构件的承载能力分析和运动分析与动力分析等三篇共十六章的内容。其中第一篇包括忏件静力分析丛础、力系的简化、重心与形心、物体的受力分析、平面力系的平衡问题、简单轮轴类零部件的受力分析和杆件基本变形时的内力分析等七章。第二篇包括材料与零部件失效、杆件基本变形时的强度条件、圆轴弯扭组合变形的强度计算、圆轴的疲劳失效、杆件的刚度计算、压杯稳定等六章。第三篇包括运动分析初步、点和刚体的合成运动以及刚体统定轴转动的动力分析等三章。
本教材在传统内容的继承，现代科技成果的引进以及知识的传授、能力和素质培养等方面，进行了积极探索；在教材体系、课程内容、表述方法等方面也都作了一些新的尝试，是一部内容新。体系新，重视基础，强调应用，注重能力培养的新教材。
本教材附有大量思考题、练习题以及旨在培养创造性思维和创新能力的题目。此外，本教材还有配套的基本概念题集供学生使用和教师参考。
理论物理前沿探索：量子场论与引力统一的宏大叙事 图书名称：时空织锦的微观结构：高能物理与宇宙学的最新交汇 图书简介 本书旨在深入剖析当代理论物理学的两大核心支柱——量子场论（Quantum Field Theory, QFT）与广义相对论（General Relativity, GR）——在面对宇宙终极规律时的张力与融合趋势。我们不关注传统工程学科的范畴，而是将目光投向物质最深层的构成、能量的本质以及时空本身的量子化难题。 第一部分：量子场论的精炼与拓展 (Refining Quantum Field Theory) 本部分首先对标准模型（Standard Model, SM）进行一次深刻的复盘与批判性审视。我们不会停留在描述基本粒子及其相互作用的表层，而是深入探讨其数学基础——共变量子化、路径积分表述及其重整化群（Renormalization Group, RG）的物理图像。 1.1 非阿贝尔规范场论的拓扑结构 我们将详细分析 SU(3) $ imes$ SU(2) $ imes$ U(1) 规范群的内在结构。重点讨论量子色动力学（QCD）中的渐近自由（Asymptotic Freedom）现象，并结合晶格QCD的数值模拟结果，深入探讨夸克-胶子等离子体（QGP）的相变行为。更进一步，我们探讨拓扑非平庸性在场论中的体现，例如瞬子（Instantons）和磁单极子（Magnetic Monopoles）的存在性及其对真空特性的影响。我们着重分析畴壁（Domain Walls）、涡旋线（Vortex Lines）和墙（Walls）等拓扑缺陷在早期宇宙冷却过程中的潜在残留。 1.2 希格斯机制的自洽性与真空稳定性 我们构建精确的有效场论（Effective Field Theory, EFT）框架来描述标准模型之外的物理现象。围绕希格斯玻色子（Higgs Boson）的精确测量，我们推导其自耦合参数 $lambda$ 的实验约束。随后，我们引入量子引力修正（虽然是低能近似下的处理）来考察真空的稳定性。通过计算费米子和规范玻色子的圈图修正，我们精确评估了电弱（Electroweak）真空的寿命，并探讨了是否存在“真空衰变”的可能，即宇宙当前状态并非绝对真空。 1.3 手征微扰论与非微扰效应 对于强相互作用区域，微扰论失效。本节聚焦于手征对称性（Chiral Symmetry）的自发破缺及其引起的低能激发——π介子和核子的产生。我们将阐述西格玛模型（Sigma Model）的有效拉格朗日量，并利用重整化群流动来理解低能有效理论如何从高能理论中涌现。 第二部分：广义相对论的量子化挑战 (The Quantum Challenge to General Relativity) 本部分将焦点从规范场转向时空本身的几何结构，探讨将引力纳入量子力学框架的必要性与困难。 2.1 经典引力场的背景独立性与量子困难 我们从爱因斯坦场方程的几何解释出发，强调广义相对论的背景独立性（Background Independence）。这种特性与量子场论中依赖固定闵可夫斯基背景的表述形成了根本性的矛盾。我们将分析将引力量子化时的核心问题：如何处理时空度规 $g_{mu
u}$ 自身的量子涨落？我们考察经典的“引力子”概念，并解释为何直接套用标准量子电动力学的过程（如费曼图）会导致在紫外区不可重整化。 2.2 圈图修正与有效引力理论 尽管不可重整化，我们仍可将广义相对论视为一个有效的量子场论。本节计算了不同量纲下的牛顿常数 $G_N$ 的能量依赖性，并明确指出这表明引力在普朗克尺度（Planck Scale）以下是一个有效的、但非基本的理论。我们推导了最低阶的量子引力修正项，这些修正项在极低能量下可被忽略，但在高能或强引力场（如黑洞视界附近）至关重要。 2.3 黑洞热力学与信息悖论的几何体现 我们将黑洞视为量子引力的非微扰预测的“沙盒”。详细讨论霍金辐射（Hawking Radiation）的半经典推导，并分析其导致的黑洞信息悖论。我们引入量子场论在弯曲时空中的处理方法，探讨AdS/CFT对应（反德西特空间/共形场论对应）如何提供一个解决信息悖论的潜在途径——即将黑洞的量子态映射到一个无引力的边界量子场论上。 第三部分：前沿统一理论的几何构造 (Geometric Constructions in Unification Theories) 本部分专注于当前最有希望统一量子场论与量子引力的框架——弦理论与圈量子引力（Loop Quantum Gravity, LQG）。 3.1 弦理论：从一维振动子到多维流形 我们不将弦理论视为一个简单的“粒子是弦”的图像，而是将其作为描述所有基本力的统一框架。我们从玻色子弦（Bosonic String）的开放弦与闭合弦的动力学出发，过渡到超弦理论（Superstring Theory）对费米子的容纳。重点分析D-膜（D-branes）的概念——它们是弦的端点，也是场论存在的载体。我们将详细讨论卡拉比-丘流形（Calabi-Yau Manifolds）的紧致化，解释为何需要六个额外的空间维度以及这些紧致化如何决定了低能物理中的粒子种类和耦合常数。 3.2 M理论与景观 (The Landscape) M理论作为所有五种超弦理论的统一框架，其核心在于时空维度的动力学。我们讨论如何通过T对偶、S对偶等变换来理解不同弦理论之间的等价性。随后，我们深入探讨“弦理论景观”（String Theory Landscape）的概念——即紧致化方式的巨大数量（可能高达 $10^{500}$ 种）导致了宇宙学常数和基本粒子质量谱的巨大差异，并引出人择原理的哲学讨论。 3.3 圈量子引力的背景独立构造 作为对弦理论背景依赖性的反思，本节介绍圈量子引力（LQG）的路径。LQG试图直接对时空几何进行“量子化”，而非将引力视为一个场作用于背景之上。我们将详细阐述阿斯泰卡（Ashtekar）连接变量及其在Hamiltonian约束下的演化。重点解释“圈空间”（Holonomy）和“自旋网络”（Spin Networks）如何定义了离散化的空间结构，以及“自旋泡沫”（Spin Foams）如何描述时空的演化。我们将分析LQG如何自然地解决了大爆炸奇点问题（Loop Quantum Cosmology, LQC）并预测“大反弹”（Big Bounce）。 结语：未竟的旅程 本书的最终目的在于展现理论物理学家面对自然界终极奥秘时的思维图景。从规范场的精确计算到时空结构的根本重构，我们探索的是人类理解自身所处宇宙的边界。我们强调，当前所有统一框架（无论是弦理论还是LQG）都尚未提供一个可被实验完全验证的完整图景。我们期待新的实验信号——无论来自高能对撞机对超对称的发现，还是来自引力波观测对量子引力效应的揭示——来指引理论物理学的下一段征程。本书是为对基础物理学有深刻兴趣的读者准备的，它要求读者具备扎实的微分几何、群论和量子力学基础。
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