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出版者:Cambridge University Press

作者:Giampiero Esposito

出品人:

页数:610

译者:

出版时间:2004-04-19

价格:USD 100.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780521833240

丛书系列:

图书标签:

• 物理学
• 经典力学
• 量子力学
• 力学
• 物理
• 教材
• 大学物理
• 理论物理
• 科学
• 教育

《经典到量子：一场物理学革命的蜕变》 这本书并非一部机械地堆砌公式与定理的教科书，而是一次关于物理学核心观念演进的深入探索。它将带领读者踏上一段跨越时空的旅程，审视人类如何从宏观世界的精确描述——经典力学，一步步走向微观领域那令人着迷却又充满悖论的量子世界。 第一部分：经典世界的坚实基石 在进入量子世界的奇妙旅程之前，我们必须首先理解并赞叹经典力学所构建的宏伟图景。牛顿力学，作为这一时期的璀璨明珠，以其简洁而普适的定律，成功解释了从苹果落地到行星运行的一切宏观现象。我们将详细解析牛顿的三大运动定律，理解力、质量、加速度之间的内在联系，以及万有引力定律如何将天上与地下的运动统一在一个优雅的框架之下。 进一步地，我们会深入到能量守恒、动量守恒等基本物理原理，探讨它们在各种经典系统中的应用，例如刚体的运动、流体的行为以及热力学定律如何描述能量的转化与传递。这部分内容将强调经典力学作为一种强大的预测工具，其在工程、天文学等众多领域的巨大成功，以及它所建立的决定论的世界观——即给定初始条件，未来的状态便能被精确预测。 我们会触及拉格朗日力学和哈密顿力学等更抽象但更为强大的经典力学表述。这些形式化方法不仅深化了我们对经典力学结构的理解，也为后来量子力学的发展埋下了重要的思想火种。通过对这些经典理论的细致回顾，读者将能够深刻体会到经典物理学所展现出的逻辑严谨性、数学优美性以及其在解释自然现象时的强大能力。 第二部分：裂痕的显现与理论的曙光 然而，正如历史发展往往伴随着挑战与突破，经典物理学在解释某些新兴的实验现象时，也开始显露出其局限性。本书将聚焦于那些预示着一场革命即将到来的关键时刻。 黑体辐射问题，这一看似简单的现象，却让经典理论陷入了无法解释的困境。普朗克的量子假设，如同在经典物理学的大厦中投下的一枚重磅炸弹，首次提出了能量是不连续的，只能以离散的“量子”形式存在。我们会详细分析普朗克是如何通过引入这个革命性的概念，成功地拟合了实验数据，尽管当时他本人可能也未完全意识到其深远意义。 紧接着，爱因斯坦在解释光电效应时，更是大胆地将普朗克的量子概念推广到光本身，提出了光量子（光子）的概念。这一突破不仅解释了光电效应中的“阈值频率”和“饱和电流”等经典理论无法解释的现象，更进一步确立了光的波粒二象性。我们将细致梳理光电效应的实验细节，以及爱因斯坦的理论是如何在逻辑上推导出这一惊人结论的。 原子光谱的离散性，也给经典物理学家出了一个难题。卢瑟福原子模型的成功，揭示了原子的核式结构，但经典电磁理论却预言，绕核运动的电子会不断辐射能量，最终螺旋式地坠入原子核，导致原子不稳定。原子光谱为何呈现出分立的谱线？这一问题呼唤着新的理论。 第三部分：量子世界的奇诡法则 面对经典物理学无法解释的种种现象，量子力学应运而生，以前所未有的方式颠覆了我们对微观世界的认知。本书将引导读者进入这个全新的、充满概率与不确定性的领域。 玻尔原子模型，在普朗克的量子化概念和卢瑟福模型的基础上，引入了电子轨道的量子化和辐射跃迁的观念，成功地解释了氢原子光谱。我们将深入剖析玻尔模型的几个重要假说，以及它如何迈出了从经典到量子的关键一步。 然而，玻尔模型仍然存在局限性。德布罗意提出的物质波概念，将波粒二象性推广到了所有物质粒子，这是理解量子世界另一个核心的飞跃。我们将探讨德布罗意波的数学形式，以及它如何通过后来的实验（如电子衍射实验）得到了证实。 海森堡不确定性原理，是量子力学最令人印象深刻的成果之一。它揭示了微观粒子在某些成对的物理量（如位置与动量）上，无法同时被精确测量。我们将详细阐述不确定性原理的含义，以及它对我们理解世界根深蒂固的决定论观念所带来的挑战。 薛定谔方程，作为量子力学最基本的动力学方程，描述了量子系统的演化。我们将介绍薛定谔方程的数学形式，并探讨波函数及其概率解释的意义。通过对波函数的理解，读者将认识到量子力学中的概率性本质，以及它如何与经典物理学中的确定性形成鲜明对比。 最后，本书将简要触及量子力学在测量问题、自旋、量子纠缠等更深层次的现象。这些概念不仅揭示了量子世界的奇特性，也为现代科技（如量子计算、量子通信）的发展奠定了基础。 结语：一场永无止境的探索 《经典到量子：一场物理学革命的蜕变》并非旨在提供一个终结性的答案，而是希望激发读者对物理学深层原理的好奇与思考。从经典力学的宏伟统一，到量子力学的奇诡概率，物理学的发展史本身就是一部不断挑战自我、突破认知的伟大史诗。通过对这一转变过程的细致梳理，读者将更深刻地理解科学的本质，以及人类探索未知世界的勇气与智慧。本书的目标是，让读者在阅读后，能够以一种全新的视角去审视我们所处的世界，感受科学进步的魅力，并对未来物理学可能带来的更多惊喜充满期待。

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关于量子力学的引入部分，简直是一场视觉和认知的盛宴。作者对波粒二象性的阐述，没有采用那种人云亦云的简单类比，而是非常精妙地引入了早期实验的历史背景，让我们真切感受到物理学家们在面对反直觉现象时的挣扎与突破。我尤其喜欢他描绘海森堡等人如何构建矩阵力学的场景，那种紧张感和探索欲跃然纸上。更令人称道的是，书中对哥本哈根诠释的讨论，采取了一种近乎辩论式的写作手法，列举了薛定谔、爱因斯坦等人的质疑，然后才引出作者自己的分析框架。这种多角度的剖析，使得即便是那些被讨论烂了的概念，也焕发出了新的活力。它没有试图给出一个“最终答案”，而是鼓励读者去拥抱量子世界的内在矛盾性，这才是真正的科学精神的体现。

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这本书在数学工具的使用上把握得极佳，尺度感拿捏得令人赞叹。对于初学者来说，它提供了足够的数学背景铺垫，像是为攀登高峰准备了稳固的脚手架，让你在接触狄拉克符号或薛定谔方程的偏微分形式时，不至于感到无所适从。但同时，它又巧妙地避开了过度冗长和抽象的纯数学推导，所有的数学工具都是为阐释物理概念服务的，绝不喧宾夺主。例如，在讨论角动量量子化时，作者通过对具体算符操作的展示，清晰地揭示了其代数结构的内在美感，而不是仅仅展示一堆公式的罗列。这使得即便是数学基础相对薄弱的读者，也能通过理解物理图像，逐步建立起对抽象数学语言的直觉性把握，成功架起了“数”与“理”之间的桥梁。

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这本书的封面设计得相当有品味，那种深邃的蓝色调配合烫金的字体，立刻给人一种庄重而专业的印象。我是在一个偶然的机会中发现了它，当时我正在寻找一本能够系统梳理物理学发展脉络的读物。这本书的篇幅看起来很可观，内容想必是相当扎实的。我特别欣赏作者在序言中流露出的那种对物理学美学的执着，他似乎不仅仅想讲述公式和定律，更想探讨隐藏在这些背后的哲学思考。翻开前几页，文字的排版清晰易读，注释详尽，这对于初次接触这个领域的读者来说非常友好。我预感这会是一次深入而富有启发性的阅读体验，它承诺带你从宏观的、可观测的经典世界，逐步迈入那个充满概率和不确定性的微观领域，这种跨越本身就令人神往。作者的叙述节奏掌握得恰到好处，不会让人感到过于仓促或拖沓，仿佛一位经验丰富的向导，引领着我们穿越物理学的历史长廊。

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我必须强调这本书在结构上的宏伟蓝图。它不仅仅是一本描述物理理论的教科书，更像是一部贯穿了近四百年科学思想演变的心灵史诗。作者的笔触时而细腻，时而雄浑，他将科学发现置于特定的社会和哲学背景之下进行考察，使得那些伟大的理论突破不再是孤立的事件，而是人类认知边界拓展的必然结果。读完最后关于量子场论前沿的展望时，我感到了一种强烈的敬畏感——我们所知的物理图景，仍然是如此的宏大且充满未解之谜。这本书的价值在于，它不仅传授了知识，更重要的是，它培养了一种批判性的、历史性的和充满好奇心的科学视野，让你在合上书本之后，看待世界的方式都潜移默化地发生了改变。

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说实话，当我真正沉下心来阅读其中关于牛顿力学的部分时，我感到了一种久违的、对基础知识的重新审视。作者没有简单地重复教科书上的定义，而是深入挖掘了这些经典理论的哲学根基及其局限性。比如，他对“绝对时空观”的批判性分析，让我对伽利略变换和洛伦兹变换之间的微妙张力有了更深层次的理解。这种处理方式非常高明，它将枯燥的数学推导与深刻的物理洞察巧妙地融合在一起。书中关于能量守恒和熵增的讨论，也展现了作者对热力学第二定律的独特见解，他似乎更侧重于从信息论的角度去阐释“时间之箭”的不可逆性，而非仅仅停留在宏观现象的描述上。整体阅读下来，感觉像是经历了一次智力上的深度按摩，每一个章节的结尾都留下了值得回味和进一步思考的余地，绝非那种读完即忘的快餐式科普读物。

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