电磁场与电磁波理论基础 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:孙国安

出品人:

页数:356

译者:

出版时间:2003-7

价格:32.00元

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isbn号码:9787810505321

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• 电磁场
• 电磁波
• 理论物理
• 电磁学
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• 物理学
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• 电磁理论
• 基础

《跨越边界：现代信息时代的量子纠缠与超导技术》 本书旨在深入探讨信息科学与凝聚态物理学交叉领域的前沿热点，聚焦于量子纠缠现象的物理本质、工程实现及其在下一代信息技术中的革命性潜力，同时系统阐述高温超导材料的微观机制、性能调控以及其在能源传输和精密测量中的应用前景。全书内容高度聚焦于物理学的基本原理与尖端技术的工程化挑战，不涉及传统意义上的“电磁场”与“麦克斯韦方程组”的经典理论基础构建，而是直接切入量子尺度和宏观量子效应的复杂性。 第一部分：量子纠缠的几何与信息论视角 本部分将从信息论的框架出发，重新审视量子力学的核心概念——纠缠。我们不再将重点放在电磁场的波动性和源头上，而是聚焦于量子态的代数结构和拓扑性质。 第一章：量子态的数学描述与度量 本章首先回顾必要的线性代数和希尔伯特空间知识，但很快将重点转移到非局域性的描述上。我们引入密度矩阵形式，详细剖析纯态与混合态的区别，并着重介绍纠缠的量化指标。 1.1 希尔伯特空间与张量积结构：理解复合系统的自由度。 1.2 纠缠熵（Entanglement Entropy）：以冯·诺依曼熵为核心，探讨其作为系统分离程度的精确度量。着重分析区域划分对纠缠熵的影响，以及它与系统界面、拓扑序的关系。 1.3 纠缠的几何表示：引入Bloch球、高维超球体，并讨论如何使用特定的几何结构（如“量子态簇”）来可视化简单量子比特对的纠缠程度。 1.4 纠缠的单配性（Monogamy of Entanglement）：深入探讨一个量子比特可以与其其余所有比特共享纠缠的上限，这对于构建量子网络至关重要。 第二章：纠缠的生成、操控与度量 本章侧重于实验物理层面，探讨如何在受控环境下创建和维持高度纠缠的态，以及如何精确测量这些脆弱的状态。 2.1 固态量子比特中的纠缠生成：聚焦于超导电路（Transmon Qubits）和半导体量子点中的耦合机制。详细分析双量子比特门操作（如CNOT、iSWAP）的物理实现和退相干抑制技术。 2.2 光子偏振与时间-能量纠缠：讨论基于自发参量下转换（SPDC）的纠缠光子对的产生效率、亮度及其在自由空间通信中的挑战。 2.3 量子态层析（Quantum State Tomography）：介绍重建未知量子态所需的最小测量集，重点讨论基于投影测量的实际操作限制和误差分析，区别于经典信号的探测方法。 2.4 纠缠的远距离传输与放大：探讨量子中继器（Quantum Repeaters）的基本原理，不涉及经典电磁波的中继放大，而是专注于量子存储、纠错码在传输过程中的作用。 第二部分：高温超导体的微观机制与能带工程 本部分完全脱离电磁场的经典叙事，转而深入探讨凝聚态物质内部的集体量子行为，特别是铜氧化物和铁基超导体中的非常规配对机制。 第三章：非常规配对机制的理论模型 本章不依赖于BCS理论的电子-声子耦合，而是探索电子-电子相互作用在驱动超导配对中的核心地位。 3.1 强关联电子系统：引入Hubbard模型及其在高维系统中的应用，重点分析费米面附近电子行为的局域性和涨落。 3.2 $d$-波与$p$-波配对：对比传统s波超导体与高温超导体的对称性差异。详细分析电子有效相互作用的性质（如磁涨落、赝能隙行为）如何导致非常规的配对态。 3.3 拓扑超导体：探讨马约拉纳零能模的理论预测，分析其在边界或涡旋核心处的存在性，以及它们作为潜在无耗散量子比特的潜力。 第四章：材料合成、结构-性能关系及应用挑战 本章关注实验材料科学，探讨如何通过精确控制晶体生长和掺杂来优化超导体的临界温度和临界电流密度。 4.1 铜氧化物（Cuprates）的层状结构与电荷转移：分析CuO2平面层内电荷密度波（CDW）与超导态的竞争与共存，以及应力、氧空位对$T_c$的敏感影响。 4.2 铁基超导体（Iron-Based Superconductors）：讨论其多能带结构（Multi-band Superconductivity）的证据，以及如何通过调节铁层间隔来影响配对强度。 4.3 临界参数的工程优化：研究如何通过磁场、压力对临界电流密度（$J_c$）的影响。重点讨论晶界钉扎效应在提升大电流应用能力中的关键作用。 4.4 新型超导应用构想：探讨超导量子干涉器件（SQUID）的最新迭代，以及在无损能源传输网络中，超导电缆的稳定化和成本控制问题。 第三部分：前沿交叉与未来展望 第五章：量子信息与拓扑物质的交汇 本章将量子信息理论与拓扑物理的最新发现结合起来，探讨如何利用物质固有的拓扑保护来构建更健壮的计算和通信系统。 5.1 拓扑量子计算的优势：阐述非阿贝尔任意子的编织操作如何抵抗局域扰动，从而实现内在的容错性。 5.2 拓扑序的实验识别：介绍低温霍尔效应测量、边界态谱分析等实验技术，用于区分真正的拓扑相与其他物态。 5.3 量子场论在凝聚态系统中的应用：借鉴高能物理中的概念，如AdS/CFT对应，来理解某些强关联电子系统的低能有效场论。 全书的叙事主线是围绕“非定域性”和“集体量子行为”展开，从微观的量子态的纠缠特性，延伸至宏观的、突破经典极限的量子材料特性，为读者提供一个深入理解当代物理学两大革命性前沿领域的全面视角。

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在深入探讨高频和辐射问题时，这本书的叙述方式展现出了一种独特的严谨与前瞻性。它并没有将天线理论作为一个孤立的部分来处理，而是将其自然地融入到电磁波的辐射场模型中。比如，对小振子和磁环天线的分析，都是建立在对特定电流分布的假设和对近场、远场分离的深刻理解之上的。作者在引入渐近场概念时，非常清晰地解释了为什么我们可以忽略某些随距离衰减较快的项，从而简化计算，这对于理解辐射场的物理本质至关重要。此外，书中对波的极化状态（线极化、圆极化、椭圆极化）的讲解，也采用了非常系统化的方法，从复数的引入到琼斯矩阵的应用，步步为营，让人能够清晰地分辨不同极化波的特性及其在传播中的变化。对于那些希望从基础理论迈向专业射频设计领域的人来说，这本书提供了一个非常坚实的桥梁。它没有跳过那些晦涩的数学工具，而是将它们恰当地嵌入到物理模型的构建过程中，使得数学不再是学习电磁学的障碍，而是理解电磁现象的有力武器。

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我个人感觉，这本书的侧重点似乎更偏向于电磁波的传播特性和边界问题，这一点从它对坡印廷矢量和各种传输线模型的详尽阐述中可以明显看出。不同于市面上一些侧重于电路应用的书籍，它将更多的篇幅用于剖析电磁波如何在不同介质界面发生反射、折射和全反射，这对于需要进行射频或微波设计的工程师来说，提供了非常宝贵的理论支撑。书中对不同入射角下的菲涅尔公式的推导过程，堪称教科书级别的示范，严谨且易于跟随。作者在处理复杂的场量分解时，非常擅长使用图形化的辅助工具，即便是三维空间中的矢量关系，也能通过巧妙的截面图描绘得一清二楚。我尤其欣赏它在讲解传输线中的“分布参数”概念时，引入了瞬态响应的分析，这使得我们能直观地理解为什么高频信号会失真，而不仅仅是记住ABCD矩阵公式。它似乎在潜移默化中引导读者建立起从麦克斯韦方程到实际系统行为的完整认知链条。读完这部分，我对“阻抗匹配”这个概念的理解也提升到了一个新的层次，不再是简单的电阻平衡，而是能量在时域和频域上的有效传递。

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从整体的编排和辅助资源来看，这本书的用心程度远超我的预期。装帧质量一流，纸张厚实，即便是频繁翻阅也不会轻易损坏。更值得称赞的是，书中插图的质量极高，许多复杂的电磁场分布图和矢量箭头都绘制得清晰有力，有效地弥补了纯文本描述的不足。我发现一个非常实用的细节，那就是在每个章节末尾，作者都会设置一个“关键概念回顾”的板块，用非常凝练的语言总结了本章的核心公式和物理图像，这对于考前复习或者快速回顾某个知识点时极为方便。另外，全书的术语翻译和符号约定保持了高度一致性，这在跨学科学习时能有效避免因符号混乱而产生的理解偏差。我尝试在网上寻找相关的辅助视频资源，发现基于这本书内容编写的教学视频和配套习题解答都非常丰富，这表明它在学术界和工程界都有着不错的认可度。总而言之，这是一本集理论深度、逻辑清晰、辅助完善于一体的杰出教材，是电磁学学习者的理想伙伴。

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哇，这本书拿到手里沉甸甸的，封面设计简约大气，那种深邃的蓝色调一下子就让人联想到宇宙的浩瀚和未知的电磁现象。我翻开目录，首先映入眼帘的是对矢量分析和麦克斯韦方程组的系统梳理。不得不说，作者在讲解基础概念时非常细致入微，即便是像散度、旋度这样的基础运算，也配有大量的几何解释和物理图像，这对于我这种初次接触这门学科的人来说简直是救命稻草。很多教科书上来就公式推导，让人云里雾里，但这本书明显花了大力气打地基。它没有急于展示那些复杂的边界条件或波导结构，而是把精力放在了“为什么”和“是什么”上。比如，关于电磁场能量密度的讨论，书中不仅给出了推导，还联系到了能量守恒定律，让我对电磁场不再仅仅视为一堆抽象的数学符号，而是具有实际物理意义的实体。后续章节对静电场和静磁场的处理，逻辑衔接极其流畅，每一步的物理图像都清晰可见。我特别喜欢它在讲解泊松方程和拉普拉斯方程时的那种循序渐进，生怕读者漏掉任何一个微小的概念飞跃。对于想真正扎实掌握电磁学根基的读者来说，这绝对是一本值得反复研读的入门佳作。它的深度与广度拿捏得恰到好处，既有理论的深度，又不失工程应用的远景感。

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这本书的习题设计简直是精妙绝伦，它们绝非简单的数值代入，而是真正考验读者对基本原理的理解和综合运用能力的“试金石”。我之前遇到过很多教材，习题答案要么网上都有，要么就是答案和过程极其简略，让人学了等于白学。但这里的习题，每一个都有其独特的切入点。比如，有一个关于空腔谐振腔模态的问题，它要求读者不仅要计算出特征频率，还要描述出特定模式下电场和磁场的空间分布形态，这迫使我必须回到原始的亥姆霍兹方程去思考，而不是依赖现成的结论。更重要的是，很多习题的设计明显是在模拟真实的工程场景，例如计算一个非均匀介质中的场分布，或者分析不同天线结构对远场辐射方向图的影响。完成这些习题后，我感觉自己仿佛上了一堂高强度的实践课。它不鼓励死记硬背，而是鼓励你像一个真正的物理学家那样去“玩弄”电磁场，去探索它们在各种极端条件下的表现。这种强调深入思考而非表面模仿的学习方式，是这本书最让我感到物超所值的地方。

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