物理学家的几何学

物理学家的几何学 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:清华大学出版社
作者:(美)弗兰克尔(Frankel.T.)
出品人:
页数:694
译者:
出版时间:2005-4
价格:84.00元
装帧:简裝本
isbn号码:9787302073512
丛书系列:天元基金影印系列丛书
图书标签:
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具体描述

This book is intended to provide a working knowledge of those parts of exterior differential forms, differential geometry, algebraic and differential topology, Lie groups, vector bundles, and Chern forms that are essential for a deeper understanding of both classical and modern physics and engineering. Included are discussions of analytical and fluid dynamics, electromagnetism (in flat and curved space), thermodynamics, elasticity theory, the geometry and topology of Kirchhoff’s electric circuit laws, soap films, special and general relativity, the Dirac operator and spinors, and gauge fields, including Yang-Mills, the Aharonov-Bohm effect, Berry phase, and instanton winding numbers, quarks, and the quark model for mesons. Before a discussion of abstract notions of differential geometry, geometric intuition is developed through a rather extensive introduction to the study of surfaces in ordinary space; consequently, the book should be of interest also to mathematics students.

This book will be useful to graduate and advanced undergraduate students of physics, engineering, and mathematics. It can be used as a course text of for self-study.

This second edition includes three new appendices, Appendix C, Symmetries, Quarks, and Meson Masses (which concludes with the famous Gell-Mann/Okubo mass formula); Appendix D, Representations and Hyperelastic Bodies; and Appendix E, Orbits and Morse-Bott Theory in Compact Lie Groups. Both Appendix C and D involve results from the theory of representations of compact Lie groups, which are developed here. Appendix E delves deeper into the geometry and topology of compact Lie groups.

历史的棱镜:从古希腊到二十世纪的科学与哲学思辨 一部跨越两千年的思想史诗,揭示知识结构的演变与人类心智的边界 本书并非聚焦于某一特定科学领域的进展,而是将目光投向科学思想本身的历史脉络、方法论的深层结构,以及科学与哲学、艺术、社会结构之间错综复杂的互动关系。我们试图描绘一幅宏大的图景:人类理解世界的方式是如何一步步被塑造、挑战、颠覆与重建的。 第一部分:开端与范式(从亚里士多德到哥白尼) 本部分深入探讨了西方思想的源头,重点分析了亚里士多德物理学作为一种世界观的内在逻辑与外在表现。我们细致考察了其将“自然”视为有目的(目的因)的哲学基础,以及这种框架如何统治了近两千年的自然观察。 逻辑的牢笼与宇宙的秩序: 详细梳理了亚里士多德关于物体运动的自然场所、四元素理论(土、水、气、火)的体系构建。重点分析了其“自然运动”与“受迫运动”的二元区分,如何内化了对宇宙的直觉理解。我们对比了这种本体论视角与早期米利都学派朴素的物质一元论的差异。 中世纪的整合与神学约束: 探讨了经院哲学如何将亚里士多德的体系与基督教神学进行兼容并蓄。以托马斯·阿奎那的工作为核心,分析了“天界”与“地界”的严格区分,以及这种结构如何为中世纪的知识分子提供了一个安全且可预测的宇宙模型。 文艺复兴的裂缝: 介绍早期的人文主义对僵化教条的反思。本章着重分析了达芬奇在解剖学和工程学实践中流露出的对经验观察的重视,尽管其理论体系仍根植于古老的框架之中。我们探讨了“观察”如何开始从“印证”转向“质疑”。 第二部分:革命的引擎:数学、实验与视角的转换 本部分的核心是十五世纪末至十七世纪的科学革命,考察了人类如何首次系统性地将精确的数学语言应用于描述自然现象,并构建了新的知识生产范式。 哥白尼的移位与世界观的动摇: 深入解析了《天体运行论》的数学动机与哲学后果。我们关注的并非日心说的“正确性”,而是它如何迫使观察者将地球从宇宙的中心移开,引发了关于人与宇宙关系的深刻反思。伽利略的望远镜观测如何将这一数学模型转化为可感知的、经验性的证据,从而为现代科学的“观察-实验”循环奠定了基础。 笛卡尔的机械论与心物二元: 探讨了笛卡尔如何通过彻底的怀疑论(方法论的怀疑)建立起一个纯粹基于几何学和运动的机械宇宙观。我们详细分析了“广延性”(Res Extensa)与“思维性”(Res Cogitans)的严格分离,以及这种二元论如何塑造了随后数个世纪的哲学辩论,尤其是在确定科学解释的边界时。 经验的崛起与归纳法的困境: 聚焦于弗朗西斯·培根对归纳法的提倡。本章批判性地审视了培根理想中的“洁净心灵”与实际科学实践之间的张力。我们分析了早期皇家学会的运作方式,它们如何试图在宗教、政治和新发现之间建立一个中立的知识广场。 第三部分:成熟与冲突:牛顿的世界与启蒙的遗产 十七世纪末,牛顿的综合性工作标志着经典物理学的顶峰。本部分旨在解构牛顿体系的内在统一性及其对后续哲学思想的深远影响。 万有引力的统一性: 考察了《自然哲学的数学原理》如何以前所未有的方式,用一个普适的数学定律统一了天上与地上的运动。我们重点探讨了牛顿对绝对空间与绝对时间的坚持,以及他为何需要引入“上帝的行为”来解释引力作用的“超距性”——这种“神学权宜之计”如何成为后世对经典物理学质疑的焦点。 莱布尼茨的批判与形而上学的路线分歧: 将牛顿的经验主义/形而上学倾向与莱布尼茨的唯理主义进行了细致的对比。通过分析两者关于空间本质(关系说对绝对说)的争论,我们展示了科学理论的底层假设如何与更广泛的形而上学立场紧密相连。 启蒙运动中的科学: 分析了科学理性如何被社会哲学家用作重塑社会和政治秩序的蓝图。从洛克的经验主义到伏尔泰对牛顿的推崇,探讨了科学的“确定性”被如何借用来论证自由和自然权利。 第四部分:地基的松动:十九世纪的挑战与新视角的生成 进入十九世纪,一系列新的发现开始侵蚀牛顿体系的绝对权威,并在物理学、地质学和生物学领域引发了深刻的认识论危机。 能量与守恒的场域: 考察热力学定律,特别是能量守恒和熵增定律的发现。这些定律首次将“时间的方向性”引入物理学,挑战了牛顿力学中时间可逆的图景。我们分析了麦克斯韦电磁场理论的革命性意义,它引入了“场”的概念,使得物质不再是孤立的粒子,而是连续的、相互作用的实体。 地质学的时间尺度与达尔文的挑战: 尽管不直接是物理学,但查尔斯·莱尔在地质学上提出的“均变论”将地球的历史拉伸到前所未有的深度,这直接影响了物理学家对宇宙年龄的估计,并为达尔文的进化论提供了必需的“深厚时间”背景。达尔文的思想如何从生物学领域溢出,冲击了人类在宇宙中的特殊地位。 非欧几里得几何学的回归: 追溯了高斯、罗巴切夫斯基和黎曼的工作。我们详细分析了非欧几何如何在数学上被证明是自洽的,这最终解放了“空间”这一概念,使其不再必须服从于欧几里得的直觉或牛顿的绝对框架。这为二十世纪的物理学突破提供了必要的数学工具。 第五部分:概念的重塑:二十世纪的知识结构断裂 本部分探讨了二十世纪初物理学理论的范式转换,关注这些转换如何彻底颠覆了我们对实在、因果性和客观性的理解。 狭义相对论的革命: 分析了爱因斯坦如何通过重新审视“同时性”的概念,消解了牛顿绝对时空的基础。本章侧重于洛伦兹变换所揭示的观测者依赖性,以及质能等价如何打破了物质与能量的传统区分。 量子力学的概率性幽灵: 深入探讨了普朗克、玻尔、海森堡等人的工作。我们聚焦于“观测行为”在描述微观世界中的核心作用,以及波函数坍缩的概念对“实在独立于观测者存在”这一传统信念的挑战。我们对比了爱因斯坦对“上帝不掷骰子”的坚持与哥本哈根解释的内在不确定性。 科学哲学的反思: 探讨了波普尔的“可证伪性”原则、蒯因对整体论的强调,以及库恩的“范式转换”理论。这些后设的分析,标志着对科学进步本质的深刻反思:科学是否是一种线性积累,还是一种断裂式的革命? 结语:边界的未来 本书最后一部分对当代科学的前沿领域进行了简要的哲学评述,包括宇宙学对“初始条件”的探究,以及对“信息”在物理学中地位的重新评估。我们总结道,每一次重大的科学突破,都伴随着人类对自身心智局限性的痛苦认识,而知识的进步,往往是人类在既有认知框架的废墟上,重新审视“何为可知”的过程。这部历史,本质上是一部关于人类如何学会质疑自身感知的编年史。

作者简介

目录信息

读后感

评分

这本书最伟大的价值从第三部分开始展现. 非常有趣. 值得花时间啃. 当然,要研读这有趣的部分,微分几何的基础是要稍微有了解的,这就是此书的第一部分和第二部分的主要内容了.

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这本书最伟大的价值从第三部分开始展现. 非常有趣. 值得花时间啃. 当然,要研读这有趣的部分,微分几何的基础是要稍微有了解的,这就是此书的第一部分和第二部分的主要内容了.

用户评价

评分

这本书给我带来的最大冲击,在于它彻底颠覆了我过去对“理论物理”的刻板印象。我过去总觉得理论物理是关于“推导”和“计算”的,而这本书则更侧重于“构建”和“直觉”的培养。它不是教你如何解题,而是教你如何“看”世界。书中对对称性在物理定律中扮演核心角色的阐述,简直是醍醐灌顶。作者层层递进地展示了,从最基础的运动守恒到最前沿的粒子物理,几何原理是如何像一条无形的金线,贯穿始终,提供了一种统一的视角。我感觉自己不再是仅仅在接收信息,而是在学习一种看待现实的全新“语法”。这种语法是如此的优雅和强大,以至于当我再次回顾一些经典的物理实验描述时,我都能从中洞察出更深层次的结构美感。这种认知上的升级,远比记住几个公式来得更有价值。

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这本书的语言风格有一种独特的、近乎诗意的严谨性,这是我在线性代数或微分几何教材中从未体验过的。它成功地在保持专业术语的准确性的同时,避免了过度依赖于繁复的符号推导。在我看来,它更像是一部关于“形式美学”的论述,只不过它的载体是自然界的运行法则。我特别喜欢作者在解释某些复杂拓扑结构时所采用的类比手法,那些类比并非粗糙的比喻,而是建立在深刻理解基础上的、高度凝练的意象重构。例如,书中描述时空弯曲时所使用的那些比喻,它们不仅仅是为了帮助理解,本身就构成了一种独立的审美对象。翻阅这本书时,我常常需要停下来,不是因为不明白,而是因为那些文字组合在一起产生的韵律感让我驻足欣赏。这让我意识到,真正的深刻理解往往是伴随着对事物内在秩序的审美愉悦而产生的,这本书完美地体现了这一点。

评分

坦白讲,这本书的厚度和内容的密度,初次翻阅时确实带来了一定的阅读压力,它要求读者必须保持高度的专注力。这不是那种可以用来消磨时间、放松心境的读物,它更像是一场需要全神贯注的智力跋涉。然而,正是这种需要全身心投入的特性,使得最终的收获格外丰厚。我发现,当我强迫自己去理解那些看似“跳跃”的推理环节时,我的思维敏捷度也得到了极大的锻炼。书中关于理论的构建步骤,有时显得非常大胆且非线性,这恰恰反映了科学前沿探索的本质——需要敢于跳出既有框架的勇气。最终,合上书本的那一刻,我感受到了一种智力上的满足感,那不是因为我“学到了”某个新知识点,而是因为我的思维工具箱里多了一套全新的、更精密的工具,一套让我有信心去面对更复杂问题的工具。这本书,无疑是一次对心智的精炼过程。

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这本书的封面设计简直是一场视觉盛宴,那种深邃的蓝色调搭配着细密的、仿佛星图般的金色线条,一下子就抓住了我的眼球。我拿到手时,那种厚重扎实的纸张质感,让人忍不住想要立刻翻开它。我本来对物理学的某些分支抱持着敬而远之的态度,总觉得那里面充满了只有少数天才才能理解的晦涩公式。然而,这本书的排版和插图处理得极其精妙,即便是最抽象的概念,似乎也能通过那些优雅的图形得到具象化的表达。我特别欣赏作者在引言中构建的那个宏大叙事框架,它不是直接抛出定律,而是像一个经验丰富的向导,带着你一步步走入那个由空间、结构和对称性构筑起来的奇妙殿堂。阅读的过程,与其说是学习,不如说是一种探索,那种感觉就像是站在一个巨大的、未知的几何迷宫入口,空气中弥漫着理性与美感的混合气息。我至今还记得初次看到书中某个关于高维空间投影的示意图时那种豁然开朗的震撼,它让原本死板的数学语言瞬间鲜活了起来,充满了灵动的生命力。

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说实话,我最初抱着一种略微怀疑的态度开始阅读,毕竟市面上关于科普读物的“标题党”现象并不少见。但随着阅读的深入,我发现这本书的作者显然是一位深谙如何与读者“对话”的行家。他的叙述节奏把握得恰到好处,从不急于灌输知识点,而是巧妙地设置一个个“认知钩子”,让你心甘情愿地跟着他的思路走下去。我尤其欣赏其中对历史脉络的梳理,它没有将那些伟大的物理学家塑造成神坛上的雕像,而是还原了他们研究过程中那些充满挣扎、偶然与灵感的真实心路历程。比如,他对某些基本假设的提出背景的描述,让我深刻理解了科学理论的建立并非一蹴而就,而是建立在无数次失败和细致入微的观察之上。这本书的阅读体验是渐进式的,初读时你会惊叹于其知识的广博,再读时则会品味出其中蕴含的哲学思辨,那种对“世界如何运作”的终极追问,深深地烙印在了我的脑海里。

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如果想领略物理学的美,规范场论和广相是必然的结果,但倘若仅从传统的张量分析进入这两门理论还未能有畅快淋漓的感觉。最好的途径就是直接从微分几何的语言开始。然而此书实为枯燥,各中解释过于啰嗦详细,不适合快速入门,建议仅作为词典之用。推荐《规范场,纽结和引力》一书,实为入门所适用

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平庸的教材

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