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出版者:山东科学技术出版社

作者:刘希明

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2002

价格:25

装帧:

isbn号码:9787533132156

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宇宙的织布机：经典物理的边界与新时代的黎明 一部跨越学科、追溯本源的宏大叙事 本书旨在深入探讨人类认知中最为基础和深刻的结构——物质的实在性、能量的本质以及时空的内在逻辑。我们不再满足于牛顿力学的宏伟蓝图，也不沉溺于麦克斯韦方程组的优雅完备。相反，我们把目光投向那些经典理论在极端条件（极高速、极微观）下暴露出的深刻裂痕，并沿着这些裂痕，追溯性地审视经典物理学是如何一步步构建起我们对世界的直观理解，以及这种理解的局限性所在。 第一部分：静水深流——经典世界的辉煌与僵局 第一章：机械论的黄昏：从开普勒到拉格朗日 本章从伽利略的理想实验出发，描绘了牛顿力学构建的确定性宇宙图景。我们详细解析了变分原理在经典物理中的核心地位，重点阐述了拉格朗日力学如何通过能量函数（动能与势能之差）将复杂的运动轨迹转化为简洁的数学形式。这不是对已知理论的简单复述，而是侧重于分析这种“优化”思维模式对后续物理学（包括场论的建立）所产生的深远影响。 然而，我们随即转向经典物理学的两大“顽疾”：黑体辐射和光电效应。这两朵“乌云”不仅是理论解释上的失败，更是哲学上的警钟——它们暗示着能量的连续性假设在微观层面可能站不住脚。我们将通过详尽的数学推导，重现瑞利-金斯定律的“紫外灾难”，并探讨普朗克为解决这一矛盾所做的最初、也是最革命性的假设——能量的量子化。 第二章：场的胜利与边界：电磁学的完成与危机 麦克斯韦方程组的统一是经典物理的顶峰。本章细致梳理了电场、磁场、感应场和位移电流的耦合关系，展示了光作为电磁波的本质。我们分析了洛伦兹变换在经典电磁学背景下的自然出现，它如何初步揭示了时空概念的相对性。 但这种胜利并非没有代价。我们深入探讨了“以太”假说的历史命运，并重点分析了迈克尔逊-莫雷实验的精确性如何宣告了绝对参考系概念的破产。接着，我们转向相对性理论的早期准备工作：如何从经典电磁学的角度理解动量守恒与能量守恒在不同惯性系下的张力，为爱因斯坦的狭义相对论铺设了严格的数学和实验基础。 第二部分：结构的重塑——时空、物质与视角的转换 第三章：时空的几何化：狭义相对论的几何冲击 本章完全聚焦于狭义相对论（SR）的内部逻辑。我们摒弃了传统的“光速不变”作为公理的叙述方式，转而采用四维时空（闵可夫斯基空间）的几何结构作为出发点。我们将详细介绍张量符号的引入，如何将空间（x, y, z）与时间（ct）合并为一个不可分割的整体。 重点分析了洛伦兹变换的矩阵形式，以及如何利用其不变性（度规张量 $eta_{mu u}$）来推导时间膨胀、长度收缩以及相对论动量和能量关系。我们特别关注质量-能量等价原理 ($E=mc^2$) 在经典动能公式修正后的自然涌现，揭示了质量并非绝对不变，而是能量的一种体现形式。 第四章：引力的回归：从欧几里得到黎曼的飞跃 本章是对广义相对论（GR）的深入预览，它标志着经典物理对“力”的概念的彻底颠覆。我们首先回顾了等效原理——引力与加速度的不可区分性，将其作为连接惯性系与加速系的桥梁。 随后，我们将重点引入黎曼几何的基本概念，不涉及复杂的微分几何术语，而是侧重于物理意义的阐述：什么是弯曲时空？什么是测地线？我们将详细分析爱因斯坦场方程的前身——对引力势的拉普拉斯方程的推广，以及为何只有度规张量 $g_{mu u}$ 才能完整描述引力场。我们将讨论水星近日点进动等关键观测证据，展示经典万有引力定律在描述强引力场时的系统性偏差。 第三部分：物质的颗粒性——从波粒二象性的雏形到结构解析 第五章：原子的困境：波尔模型的历史局限 在进入真正的量子革命之前，本章考察了卢瑟福散射实验揭示的原子核结构，以及经典电磁学在解释原子稳定性方面的彻底失败——轨道电子将持续辐射能量并螺旋坠入原子核。 我们详细分析了波尔模型的“成功”：量子化的轨道、角动量限制以及对氢原子光谱的精确预测。然而，本书强调的是其局限性：为什么只有特定的轨道被允许？为什么它无法解释复杂原子光谱中的精细结构和斯塔克效应？波尔模型作为一种“半经典”的混合体，其成功恰恰凸显了其内在的矛盾性，为更深层次的理论变革埋下了伏笔。 第六章：光的粒子性证据：德布罗意物质波的先声 在经典物理的框架下，光作为电磁波已经被完美描述。本章聚焦于解释光具有粒子属性的实验证据，特别是康普顿散射。我们利用相对论动量和能量的概念，精确计算了X射线光子与自由电子碰撞后的波长变化，证明了光子携带确定的动量，这是对经典波动光学观点的决定性修正。 接着，我们将深入分析德布罗意提出的“物质波”假说，它将波粒二象性从光扩展到所有物质。我们展示了如何通过假设粒子的德布罗意波长 ($lambda = h/p$) 与有限的、被约束的运动（如原子轨道）相结合，能够自然地导出现代量子力学中的“驻波条件”，从而为后续的波函数理论提供了一个基于对称性和谐振的直观物理图像。 本书通过这种结构，旨在为读者提供一个清晰的认知路径：我们如何从一个看似完美无缺的经典世界出发，如何被一系列无法调和的实验矛盾所驱使，最终不得不抛弃连续性、确定性和绝对性的基本假设，转而走向一个基于概率、量子化和相对时空的新物理图景。重点在于“为何如此”，而非仅仅“是什么”。

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从一个资深物理爱好者，同时也是一名尝试进行跨学科研究的业余人士的角度来看，这本书在“连接性”方面做得尤为出色。它并没有将物理学知识孤立起来，而是频繁地引用了数学分支，比如线性代数的抽象空间结构、泛函分析中的算子理论，来解释量子力学的内在逻辑。作者在论述过程中，那种严谨的逻辑推导，仿佛在向你展示构建整个物理世界大厦的蓝图。最让我欣赏的是，它在阐述完数学工具后，会立即返回到具体的物理图像，解释“为什么我们需要这个数学工具”。这种双向的互动和强调工具与现象之间的对应关系，极大地提升了我对抽象数学工具实用价值的认识，让原本枯燥的数学部分也变得生动起来，真正做到了理论指导实践，实践反哺理论的良性循环。

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这本书的排版和插图设计，简直是业界良心！我拿起它的时候，首先被它那种沉稳又不失现代感的封面设计所吸引。内页的纸张质地非常适合长时间阅读，眼睛一点都不容易疲劳。更让我惊喜的是，那些复杂的数学推导过程，作者都处理得井井有条。他们没有为了追求篇幅而强行堆砌冗长的文字解释，而是巧妙地利用了大量的图表和示意图来辅助说明。特别是对角动量理论的阐述部分，那些三维空间的旋转和变换，通过精美的矢量图展现出来，瞬间就具象化了，比我之前看过的任何教材都要直观得多。而且，书中的一些历史背景和关键实验的还原部分，写得如同精彩的科普纪录片脚本一般引人入胜，让我不仅学到了理论，还了解了这些理论背后的科学家的心路历程，极大地增强了阅读的趣味性和代入感。

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天呐，这本书真是把我带入了一个全新的物理学世界！我一直觉得量子力学很玄乎，书本上的公式和概念总是让我望而生畏，但这位作者的叙述方式简直是化繁为简的大师。开篇就用非常生动的比喻，将那些抽象的波函数和薛定谔方程讲得像日常生活中的小故事一样清晰易懂。我尤其欣赏它在讲解叠加态和测量问题时所采用的哲学思辨，它不仅仅是在罗列公式，更是在引导读者去思考我们对实在的认知极限。读完前几章，我竟然对不确定性原理有了一种近乎直觉的理解，那种豁然开朗的感觉，简直是太棒了！作者似乎完全明白初学者在面对这些高深理论时会遇到的思维陷阱，提前就铺设好了平缓的阶梯，让我每一步都走得踏实而充满信心。对于那些曾经被“高深莫测”的量子物理劝退的人来说，这本书绝对是重拾信心的最佳选择，它让你感觉自己真的有能力去触碰宇宙最深层的奥秘。

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这本书的习题设计简直是出了名的“魔鬼级别”，但同时也是最能检验和巩固知识的利器。我做完前几章的练习题后，感觉自己对解题的套路和基本技巧都有了质的飞跃。这些题目可不是那种简单套用公式就能解决的填鸭式练习，它们往往需要将不同章节的知识点进行巧妙的整合与交叉运用。尤其是一些涉及势垒穿透和微扰理论的数值计算题，计算量是相当可观的，逼迫你必须把每一步的物理意义都弄得一清二楚，否则很容易在复杂的代数运算中迷失方向。虽然我经常需要花上大半天时间才能攻克一个难题，但当最终得出正确结果时，那种成就感是无与伦比的。对于真正想掌握这门学科精髓的学生来说，这些挑战是不可或缺的“肌肉训练”。

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我得说，这本书的深度绝对配得上“高等”二字，但它的广度更让人印象深刻。它没有固步自封于基础的非相对论量子力学框架，而是非常流畅地过渡到了相对论量子场论的初步概念。作者似乎对现代物理学的前沿动态有着非常敏锐的洞察力，在讨论完标准模型的基本构成要素时，还专门开辟了一个小章节，探讨了当前物理学界对于引力量子化等重大未解难题的最新思考和实验进展。这种“承上启下”的处理方式，让这本书的价值远超一本普通的教科书，它更像是一份精心准备的、通往前沿研究领域的“路线图”。虽然某些更深层次的群论应用部分对我来说略显吃力，但作者在这些地方也提供了充足的参考资料链接和进阶阅读建议，体现了一种对读者学习路径负责的态度。

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