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出版者:

作者:王人伟

出品人:

页数:242

译者:

出版时间:2001-7

价格:10.00元

装帧:

isbn号码:9787301034934

丛书系列:

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经典物理学前沿：从牛顿到量子力学的百年探索 图书简介 本书旨在为物理学爱好者、高校学生及研究人员提供一个全面而深入的视角，审视经典物理学从其黄金时代——牛顿力学体系的确立——到二十世纪初量子革命爆发前夕的演进历程与核心思想。我们不关注高中代数与解析几何的应用，而是将焦点集中在那些塑造了现代科学图景的基础理论、实验突破以及思想范式的深刻变革上。 全书共分六个主要部分，共计二十二章，力求勾勒出物理学在宏观世界和微观领域认识上发生的质的飞跃。 --- 第一部分：经典物理学的基石——牛顿体系的辉煌与局限 (约 300 字) 本部分详述了艾萨克·牛顿爵士所构建的宏伟力学框架。我们从开普勒的行星运动定律和伽利略的运动学观察出发，系统梳理了牛顿三大运动定律和万有引力定律的数学形式及其在天体力学中的卓越应用。我们将深入探讨拉格朗日力学和哈密顿力学作为牛顿体系的解析替代形式，如何通过能量和动量守恒等更深刻的原理，为后续的理论发展奠定了代数基础。这一部分重点解析了牛顿力学如何成功解释了从抛体运动到太阳系结构的几乎所有宏观现象，同时也预示了其在处理高速或微观现象时的内在矛盾，为引入新物理学埋下伏笔。 --- 第二部分：热力学与统计物理学的崛起 (约 350 字) 随着工业革命的推进，能量转换和热现象的研究成为物理学的核心议题。本部分将详细介绍热力学第一、第二和第三定律的建立过程。重点分析了卡诺循环、熵的概念及其不可逆性原理在物理学中的哲学意义。我们细致考察了焦耳对能量守恒的实验确认，以及克劳修斯和开尔文对热现象的精确表述。 随后，我们将过渡到统计物理学的建立。玻尔兹曼通过分子运动论，将宏观的热力学量与大量微观粒子的随机运动联系起来。我们探讨了微正则系综、正则系综等统计力学的基本工具，并讨论了均方根速度、气体分子速率分布函数等关键结果。这部分内容强调了概率和统计方法如何被引入到确定性的经典物理框架中，并成功解释了气体的宏观性质。 --- 第三部分：电磁学的统一与光学的革命 (约 400 字) 这是经典物理学中最为辉煌的成就之一。本部分的核心是对麦克斯韦方程组的深入剖析。我们追溯了法拉第的感应定律、安培环路定律以及高斯定律的实验基础，并重点分析了麦克斯韦引入位移电流后，如何将电、磁、光现象统一在一个优雅的数学框架内。我们将详细推导电磁波的波动方程，证明光即是电磁波，并探讨电磁场对物质的相互作用。 此外，本部分还将涵盖波动光学的基础，如光的干涉、衍射现象的解释，以及菲涅尔和杨氏的实验证明。同时，我们也会讨论经典电动力学在处理电子运动时所遭遇的困难，例如电子在电磁场中加速辐射能量的问题，这些难题直接指向了狭义相对论的诞生。 --- 第四部分：回归绝对时空观的挑战——狭义相对论的建立 (约 250 字) 本部分着重探讨了十九世纪末期，迈克耳孙-莫雷实验对“以太”概念的致命打击，以及洛伦兹变换的数学结构。我们系统阐述了爱因斯坦在1905年提出的狭义相对论的两条基本公设：光速不变原理和相对性原理。通过详尽的数学推导，我们将得出时间膨胀、长度收缩、质速关系以及著名的质能等效关系 $E=mc^2$。这部分内容阐明了时间和空间如何不再是独立的、绝对的背景，而是相互联系的统一体——时空。 --- 第五部分：引力的几何化——广义相对论的构思 (约 200 字) 在狭义相对论的基础上，本部分引导读者进入爱因斯坦对引力的全新理解。我们将探讨等效原理的核心思想，即引力与加速度的不可区分性。随后，我们将进入微分几何的领域，解析黎曼几何如何为引力提供数学工具。重点阐述了爱因斯坦场方程的物理意义——物质（能量-动量张量）告诉时空如何弯曲，弯曲的时空告诉物质如何运动。我们将简要回顾水星近日点进动、引力红移等关键的早期实验验证。 --- 第六部分：微观世界的序幕——经典物理学的崩溃与量子思想的萌芽 (约 200 字) 本部分作为本书的总结和展望，聚焦于经典理论无法解释的“紫外灾难”和黑体辐射问题。我们将详细分析普朗克引入能量量子化假设（$E=h u$）的革命性意义。随后，我们将考察爱因斯坦对光电效应的解释，以及卢瑟福模型的核结构发现。这些不和谐的音符标志着一个新时代的开始——虽然尚未形成完整的量子力学理论，但经典物理学的堡垒已然开始动摇。本书在介绍这些前量子现象后结束，为后续量子力学理论的诞生做好铺垫。 --- 本书结构严谨，逻辑清晰，旨在提供一个严谨的物理学发展史的叙事，侧重于核心概念的物理意义和数学推导，而非初等计算技巧。阅读本书，你将体验到人类理性如何一步步揭示宇宙深层规律的壮阔历程。

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