The Science of Radio

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出版者:Springer
作者:Paul J. Nahin
出品人:
页数:466
译者:
出版时间:2001-6-8
价格:USD 84.95
装帧:Paperback
isbn号码:9780387951508
丛书系列:
图书标签:
  • RF
  • DSP
  • 无线电
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具体描述

From the reviews: "...The notes and problems at the end of each chapter are very helpful. [...] In the final analysis, the book is definitely worth owning. [...] It is an extremely well written - but unusual - book that I highly recommend for all physicists." The Physics Teacher

《微观世界的奇妙旅程:原子结构与量子现象》 本书简介 在这部引人入胜的著作中,我们将一同潜入物质最深层的奥秘——原子及其所遵循的奇特规则。本书旨在为对基础物理学、化学以及材料科学抱有浓厚兴趣的读者提供一份全面而深入的指南,带领大家领略微观世界的壮丽与复杂。我们摒弃繁复的数学推导,专注于概念的清晰阐述与历史脉络的梳理,使复杂的量子现象变得触手可及。 第一部分:古典物理的黄昏与原子模型的诞生 本书开篇将回顾十九世纪末经典物理学的辉煌及其面对微观现象时的局限性。我们将探讨电磁学理论的成就,以及一系列无法用经典理论解释的实验现象,例如黑体辐射和光电效应,这些“疑难杂症”最终催生了革命性的量子概念。 卢瑟福的原子核与玻尔的能级: 详细介绍卢瑟福的散射实验如何确立了原子的核式结构,以及玻尔如何成功地将普朗克的量子假设引入原子结构,构建出第一个成功的量子化模型——玻尔模型。我们将剖析能级、跃迁与光谱线的内在联系,理解为何原子会发出特定颜色的光。 波粒二象性的提出: 随后,本书将聚焦于德布罗意革命性的“物质波”假设,探讨电子等微观粒子如何同时展现出粒子和波的特性。通过对双缝干涉实验在电子束中的重现的深入分析,我们将直观理解波粒二象性这一量子力学的核心基石。 第二部分:薛定谔方程与概率的统治 一旦接受了物质的波动性,传统的确定性物理学便让位于概率的领域。本部分将着重阐述如何用数学框架来描述这种概率性,以及由此带来的对电子在原子内行为的全新认知。 薛定谔方程的物理意义: 我们将详细解释薛定谔方程的物理内涵,特别是波函数 $Psi$ 本身的意义——它并非物质的直接描绘,而是描述找到粒子的概率密度。本书将通过图示和类比,帮助读者建立对“概率云”取代经典轨道的直观理解。 量子数与原子轨道: 基于薛定谔方程的解,我们将系统性地介绍描述电子状态的四个量子数(主量子数 $n$、角量子数 $l$、磁量子数 $m_l$ 和自旋量子数 $m_s$)。通过清晰的图形展示,读者将熟悉 $s, p, d, f$ 等不同形状的原子轨道,理解它们如何决定了原子在空间中的分布特性。 泡利不相容原理与元素周期表: 泡利不相容原理是构建宏观世界秩序的关键。本书将解释为何两个电子不能拥有完全相同的量子态,并以此原理为基础,逻辑严密地推导出元素周期表的结构,揭示元素化学性质的周期性根源。 第三部分:自旋、量子纠缠与现代应用基础 微观世界的奇异性远不止于此。本书的后半部分将探索那些挑战我们日常直觉的深层量子现象,并将其与前沿技术的发展联系起来。 电子自旋的内禀属性: 电子自旋的概念起源于实验观察,但其本质是粒子的一种内禀角动量。我们将探讨斯特恩-盖拉赫实验如何首次证实了自旋的量子化,以及自旋在磁性材料中的核心作用。 多电子原子的复杂性与能级结构: 对于多电子原子,电子间的相互作用使得能级结构远比氢原子复杂。本书将介绍洪特定则和朗德间隔定则,用以解释原子光谱的精细结构和复杂多样的激发态行为。 量子隧穿效应: 这一现象彻底颠覆了经典物理中“要越过障碍必须有足够的能量”的观念。我们将用定性的方式描述粒子如何“穿透”能量势垒,并探讨其在扫描隧道显微镜(STM)和核衰变过程中的关键作用。 量子纠缠与非定域性: 埃因斯坦称之为“鬼魅般的超距作用”的量子纠缠,是量子信息科学的基石。本书将通过贝尔不等式的思想实验,阐明纠缠态的特性——两个粒子无论相隔多远,其测量结果都存在着非定域的关联。我们将简要展望纠缠在量子计算和量子通信中的潜力。 总结与展望 《微观世界的奇妙旅程》旨在消除读者对量子物理的畏惧感,展现其内在的美感和逻辑的严谨性。通过对原子结构和基本量子现象的透彻解析,读者将能够以全新的视角审视我们周围的物质世界,理解半导体、激光、核磁共振等现代技术的科学原理,并为探索更前沿的物理学领域打下坚实的基础。本书是一次对物质本源的深刻探索,一次对人类智力极限的挑战与赞美。

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读后感

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不得不说,《The Science of Radio》在内容的深度和广度上都给我留下了深刻的印象。作者在介绍无线电波的各种特性时,比如频率、波长、振幅以及它们之间的关系,讲解得非常透彻。我之前总觉得这些概念很模糊,但通过书中丰富的图例和生动的比喻,我开始真正理解它们在实际应用中的意义。例如,关于不同频率的无线电波在传播方式上的差异,以及它们如何被应用于不同的通信场景,书中都有详细的阐述。从低频的长波可以绕过地表传播,到高频的微波需要视线传播,这些细节的解释让我对无线电通信的覆盖范围和局限性有了更清晰的认识。而且,作者并没有止步于基础原理,还深入探讨了无线电通信中的一些关键技术,比如信号的调制和解调,这部分内容尤其令我着迷。我了解到,无论是AM还是FM,甚至是更复杂的数字调制技术,其核心都是将信息编码到无线电波中,再通过接收端进行解码。这个过程的精妙之处在于,如何在保证信号清晰度的同时,最大程度地提高传输效率和抗干扰能力。书中对各种调制方式的原理、优缺点以及应用场景的分析,让我对现代通信系统的复杂性和高效性有了全新的认知。我甚至开始思考,我们日常使用的智能手机,是如何在如此拥挤的频谱资源中,实现如此高速、稳定的通信的,这背后无疑是无数科学研究和技术创新的结果。《The Science of Radio》这本书,不仅是知识的宝库,更是一次思维的训练。它教会我如何去拆解复杂的问题,如何从宏观到微观去理解一个技术系统,以及如何认识到科学发展是一个不断迭代和进步的过程。我发现自己在与人交流时,偶尔会不自觉地将书中的概念应用到日常的讨论中,这或许就是一本好书所能带来的最深远的影响。

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《The Science of Radio》这本书,就像一位经验丰富的向导,带领我深入探索了无线电通信这个充满魅力的领域。我特别欣赏作者在介绍“频谱”概念时所展现出的宏观视野。我之前对频谱的理解仅限于“频率的范围”,但这本书让我明白,频谱不仅仅是频率的集合,它更是一种稀缺的资源,一种宝贵的公共财富。书中详细介绍了频谱的划分、管理和利用,以及不同频段的特性和应用。例如,低频段适合远距离传播,但带宽有限;高频段带宽大,但传播距离短。这种对频谱特性的深入分析,让我理解了为什么不同的无线通信技术会选择不同的频段,以及频谱资源的争夺和优化是如何影响通信技术的发展。作者还探讨了频谱共享和动态频谱接入等前沿技术,这让我看到了未来无线通信发展的无限可能。读完这部分内容,我再也不会仅仅把手机信号看作是简单的“信号强度”,而是会将其与整个频谱的利用效率和管理策略联系起来。这本书让我意识到,科学研究不仅仅是关于微观粒子的行为,更是关于如何有效地利用自然规律来服务人类社会。

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《The Science of Radio》这本书所带来的体验,与其说是一次阅读,不如说是一场思维的冒险。作者在开篇就以一种极具吸引力的方式,引入了无线电的“魔法”——那些看不见摸不着却能传递声音、图像乃至数据的东西。我最喜欢的部分是关于无线电波的产生机制的讲解,特别是对振荡电路和天线工作的描述。书中没有回避那些复杂的物理定律,而是用一种非常易于理解的方式,将麦克斯韦方程组的理论转化为实际应用中的图景。我仿佛能看到电子在导线中振荡,激发出电磁场,然后这些场又像涟漪一样在空间中扩散开来。作者甚至举了一些非常形象的例子,比如将天线比作一个“发射器”,将无线电波比作“信使”,这些都极大地帮助了我理解那些抽象的概念。更令人称道的是,书中并没有仅仅停留在基础科学层面,而是花了大量的篇幅来介绍无线电技术的历史发展,以及它对人类社会产生的深远影响。从 Marconi 的第一次跨大西洋无线电报,到第二次世界大战中的军事通信,再到如今无处不在的无线网络,这本书清晰地描绘了无线电技术如何一步步改变了我们的世界。我发现自己对那些早期的无线电先驱们充满了敬意,他们的远见卓识和不懈努力,为我们今天的科技生活奠定了坚实的基础。读这本书,我不仅仅是在学习知识,更是在感受科学的力量,感受人类智慧的伟大。我常常会在阅读过程中停下来,思考自己曾经使用过的那些无线设备,它们是如何实现这一切的,而这本书,恰好为我提供了最详尽的解答。

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《The Science of Radio》这本书,以其独特的视角和深入的剖析,彻底改变了我对无线电技术的认知。我尤其被书中关于“编码与解码”部分的讲解所吸引。我之前总觉得,声音或数据直接被发送出去,但这本书让我明白,信息在传输之前,必须经过精妙的编码处理,而在接收端,又必须进行相应的解码。作者详细介绍了各种编码技术,比如模拟信号的编码(AM、FM),以及数字信号的编码(PCM、QAM等)。我了解到,编码的目的不仅仅是为了将信息“打包”,更重要的是为了提高传输效率、增强抗干扰能力,甚至实现数据的压缩。例如,数字信号的编码,让我们可以将海量的声音和视频信息,以相对较低的比特率进行传输,这无疑是现代通信技术飞速发展的重要基石。我甚至开始思考,我们日常使用的MP3、JPEG等格式,背后也都蕴含着类似的编码原理。《The Science of Radio》这本书,让我从一个被动的接收者,变成了一个能够洞察信息传输背后机制的思考者。它不仅仅教授了我知识,更教会了我如何去分析和理解复杂的技术系统。

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《The Science of Radio》这本书,不仅仅是一本科学读物,更是一次对现代社会运行机制的深度解读。我尤其被书中关于“无线电通信与人类社会发展”的宏观叙述所打动。作者没有仅仅停留在技术原理的讲解,而是将无线电技术的发展置于人类文明进步的大背景下进行审视。从早期的军事通信,到广播电视的普及,再到互联网的兴起,无线电技术一直是推动社会发展的重要力量。书中列举了大量生动的历史案例,比如无线电在灾难救援中的作用,在商业贸易中的应用,以及在文化传播中的重要贡献。我意识到,无线电技术不仅仅是传递信息,它更是一种连接人与人、连接世界的力量。它打破了时空的限制,让信息的传递变得前所未有的便捷和高效。读完这本书,我不仅对无线电技术有了更深的理解,更对科技发展如何塑造我们的生活和社会有了更深刻的认识。我开始思考,在未来的社会中,无线电技术还将扮演怎样的角色,它又将如何继续改变我们的世界。这本书,让我从一个旁观者,变成了一个对科技发展充满好奇和思考的参与者。

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《The Science of Radio》是一本能够真正激发读者好奇心的书。作者在探讨无线电波的传播过程时,运用了大量的类比和图示,使得原本枯燥的物理概念变得生动有趣。我尤其对书中关于“路径损耗”和“多径效应”的讲解印象深刻。我之前一直不理解为什么信号有时候会时断时续,或者在某些地方信号特别差,而这本书给出了清晰的解释。书中详细阐述了无线电波在传播过程中会遇到各种障碍,比如建筑物、山体甚至大气层,这些都会导致信号的衰减。而“多径效应”,即信号经过不同路径到达接收端,导致信号叠加失真,更是让我对无线通信的稳定性有了更深的理解。作者还介绍了各种改善信号质量的技术,比如分集接收和信道编码,这些内容让我对现代通信系统的复杂性和智能化有了全新的认识。我发现自己开始用更批判性的眼光去看待身边的无线信号,去思考为什么在某些环境下信号会更好,为什么有时候会突然消失。这本书不仅满足了我的求知欲,更培养了我对技术问题的探索精神。我开始主动去观察和分析,试图将书中的理论与我实际遇到的情况联系起来。例如,在乘坐电梯时,我就会思考为什么信号会突然减弱,以及这是否与书中所讲的“屏蔽效应”有关。《The Science of Radio》让我意识到,科学知识并非仅仅存在于书本中,它就在我们的日常生活之中,等待我们去发现和理解。

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《The Science of Radio》这本书,让我对无线电波这一我们生活中司空见惯的现象,有了全新的、更加深刻的认识。作者在讲解无线电波的接收端原理时,花费了大量篇幅来介绍天线的设计和工作原理。我之前一直以为天线就是一个简单的金属杆,但读完这本书,我才明白它远比我想象的要复杂得多。书中详细介绍了不同类型的 antena,比如偶极天线、单极天线、抛物面天线等等,以及它们各自的特性和适用场景。作者通过生动的图解和严谨的理论推导,让我理解了天线是如何“捕获”那些微弱的无线电波,并将它们转化为电信号,进而传递给接收机。我甚至还学习到了天线的“方向性”的概念,也就是说,天线并不是对所有方向都一样敏感,而是有其特定的接收方向。这让我对无线通信中的信号增益和覆盖范围有了更直观的理解。例如,在基站建设中,为什么需要精心设计天线的布局,以及为什么在某些区域信号会更强,都得到了解答。这本书不仅解释了“是什么”,更重要的是解释了“为什么”。它让我明白了,每一次我们成功地连接到网络,每一次我们清晰地听到电话那头的声音,都离不开天线这个看似不起眼的组件所发挥的关键作用。读这本书,我不再仅仅是无线技术的被动使用者,更成了一个能够理解其背后原理的“内行人”。

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这本《The Science of Radio》着实是一次令人振奋的科学探索之旅,虽然我对其中的某些理论细节可能还没有完全消化,但整体而言,它带来的启发性是毋庸置疑的。我尤其欣赏作者在阐述无线电波的产生和传播原理时,那种将抽象概念具象化的能力。比如,关于电磁波的振荡和辐射,书中的描述让我仿佛能“看见”那些无形的波在空间中穿梭,它们如何在天线中被激励,又如何在空气中传播,甚至如何穿透障碍物。作者并没有停留在理论层面,而是巧妙地将这些科学原理与现实世界中的应用联系起来,从早期的无线电报到如今的Wi-Fi和5G,清晰地勾勒出了无线电技术波澜壮阔的发展历程。这种历史的叙事方式,使得即便是对技术细节不太感兴趣的读者,也能被其宏大的技术图景所吸引。我发现自己越来越关注身边的各种无线设备,开始思考它们是如何工作的,以及它们背后隐藏着的那些精妙的物理定律。《The Science of Radio》就像一把钥匙,为我打开了理解现代信息社会运作机制的一扇重要窗口。它让我意识到,我们习以为常的便捷通讯,背后是多么深厚的科学积累和无数人的智慧结晶。每一次打开手机,每一次连接Wi-Fi,都仿佛是对这本书所讲述的科学原理的一次生动印证。我发现自己对物理学,尤其是电磁学产生了前所未有的兴趣,甚至开始主动去查阅一些更深入的资料,试图去理解那些让我感到困惑但又无比着迷的公式和方程。这本书的影响力,远不止于对无线电技术的了解,它更像是一种思维方式的启迪,让我开始用更科学、更系统的眼光去审视和分析周围的世界,去探究事物的本质和规律。我常常会在深夜翻开这本书,沉浸在那些关于电磁场、波粒二象性、调制解调的讨论中,虽然有时会觉得艰深,但那种智力上的挑战和收获是无法比拟的。这本书让我意识到,科学并非遥不可及,它就蕴藏在我们生活的每一个角落,等待我们去发现和理解。

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《The Science of Radio》这本书,为我打开了一扇通往信息时代核心技术的大门。我特别着迷于作者对于“电磁干扰”(EMI)和“电磁兼容”(EMC)的讨论。我之前在工作生活中,偶尔会遇到电子设备之间相互干扰的现象,比如收音机受到手机的干扰,或者某些电器运行时影响电视信号,但一直不知道其根本原因。这本书让我明白了,所有电子设备都会产生电磁辐射,这些辐射可能会对其他设备造成干扰,而电磁兼容性,就是指设备在不产生对其他设备产生过度干扰的同时,又能容忍一定程度的电磁干扰的能力。作者详细介绍了EMI的产生机制、传播途径,以及如何通过设计和屏蔽来减少EMI。同时,他也介绍了EMC测试和认证的重要性,这让我意识到,一个看似简单的电子产品,背后需要经过多么严格的测试和检验,才能确保其在复杂的电磁环境中稳定可靠地工作。这本书让我对电子产品的设计和制造有了更深的敬意,也让我更加理解了为何会有各种各样的技术标准和规范。

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《The Science of Radio》给我带来的最大感受,就是科学的严谨性和实用性的完美结合。作者在阐述无线电波的调制和解调技术时,并没有回避那些数学公式和工程术语,而是用一种循序渐进、逻辑清晰的方式,引导读者一步步理解其中的奥秘。我尤其对书中关于“信噪比”的讲解印象深刻。我之前总是模糊地知道,信号越好,声音越清晰,但具体是什么决定了信号的好坏,却不甚了了。这本书让我明白,信噪比(Signal-to-Noise Ratio)是一个至关重要的指标,它决定了我们能够多么有效地从充满干扰的环境中提取出有用的信息。作者详细解释了噪声的来源,比如热噪声、散粒噪声等等,以及各种降低噪声、提高信噪比的技术,比如滤波、扩频通信等。这让我意识到,在复杂的电磁环境中,保持通信的稳定性和可靠性是多么大的挑战。读完这部分内容,我不仅对无线通信有了更深的理解,也对工程技术人员所面临的挑战有了更深的敬意。这本书让我明白,科学不仅仅是理论的探索,更是解决实际问题的强大工具。它让我开始关注我们周围的各种电子设备,去思考它们是如何在各种复杂的环境中工作的,以及它们背后隐藏着怎样的科学智慧。

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