Problems And Solutions in Quantum Computing And Quantum Information pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:World Scientific Publishing Company

作者:Yorick Hardy Willi-Hans Steeb

出品人:

页数:348

译者:

出版时间:2006-03-22

价格:USD 96.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9789812567406

丛书系列:

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现代物理学前沿探索：经典力学与电磁学基础理论与应用 本书旨在为物理学、工程学及相关领域的学习者和研究人员提供一套全面而深入的经典物理学基础知识体系，重点关注宏观世界的运动规律与电磁现象的内在联系。我们力求在严谨的数学推导与直观的物理图像之间架起桥梁，帮助读者建立起对物理世界运行机制的深刻理解。全书内容涵盖了牛顿力学、拉格朗日和哈密顿力学、经典场论以及麦克斯韦电磁学理论，并辅以大量贴近实际的例题与分析，以期达到理论学习与解决实际问题能力的同步提升。 第一部分：经典力学的基石与拓展 经典力学是理解宏观物体运动的基石，本书第一部分将从牛顿力学的基本公设出发，系统地构建起描述粒子和刚体运动的框架。 第一章：牛顿力学的完备性与应用 本章首先回顾牛顿三大定律及其在惯性参考系中的应用。重点分析了动量、角动量和能量在保守系统与非保守系统中的守恒性质。我们详细讨论了各种基本力和实际中常见的复杂力场，如万有引力、简谐振动、阻尼振动以及受迫振动系统。特别是对耦合振动系统的分析，通过引入矩阵方法，揭示了系统的正常模式和特征频率，为后续的高级理论打下基础。针对刚体的运动，本章阐述了刚体的平动、转动以及绕定点的复合运动，引入了转动惯量张量和欧拉方程，并通过实例展示了陀螺仪等复杂系统的行为。 第二章：分析力学的优雅视角——拉格朗日力学 本章将视角从力的概念转向能量，引入了变分原理和最小作用量原理。拉格朗日力学的核心——拉格朗日函数（$L = T - V$）的构建方法将得到详尽阐述。通过推导欧拉-拉格朗日方程，展示了如何将复杂的约束条件（如使用拉格朗日乘子法）优雅地融入到运动方程的求解中。本章深入分析了各种经典的约束系统，如单摆、双摆（定性分析其混沌行为的萌芽），以及在非惯性系中的应用，如科里奥利力和离心力的引入。通过这种更具几何意义的描述方式，读者将体会到物理定律的普适性和简洁性。 第三章：哈密顿力学与相空间的结构 哈密顿力学是连接经典力学与统计力学、量子力学的关键桥梁。本章从拉格朗日量到哈密顿量（$H = sum_i p_i dot{q}_i - L$）的勒让德变换过程将被清晰展示。重点阐述了正则坐标和正则动量，并详细推导了哈密顿正则方程。相空间的概念成为本章的核心，我们探讨了相轨迹的性质、泊松括号的定义及其在描述物理量演化中的作用。此外，本章还将介绍正则变换的理论，包括生成函数，以及如何利用生成函数来简化系统的哈密顿量，寻找系统的守恒量，为理解相空间的拓扑结构提供了工具。 第二部分：经典电磁场的统一描述 第二部分将专注于电磁现象的经典理论框架——麦克斯韦方程组的建立、阐释及其在各种介质和边界条件下的应用。 第四章：静电学与静磁学的基本定律 本章从库仑定律和毕奥-萨伐尔定律出发，系统地回顾了静电场（高斯定律）和静磁场（安培环路定律、磁通量守恒）的描述。详细讨论了电势和磁标势的概念，利用它们来简化边界值问题。在电介质中，本章引入了电位移矢量 $mathbf{D}$ 和磁场强度 $mathbf{H}$，并分析了材料极化和磁化现象对场分布的影响。通过求解拉普拉斯方程和泊松方程，讲解了在特定几何形状下的电场和磁场分布，例如平行板电容器、同轴电缆中的场分布。 第五章：麦克斯韦方程组的整合与电磁波的预言 本章是电磁学理论的核心。我们将法拉第电磁感应定律和麦克斯韦引入的位移电流概念相结合，最终推导出完整的麦克斯韦方程组。通过对这些方程组的分析，本章着重讨论了自由空间中电磁波的产生、传播和性质，包括波的纵横比、坡印廷矢量（能量流密度）的定义及其与电磁场能量密度的关系。本章会详细推导平面电磁波在理想导体、电介质和导体中的传播特性，包括反射和折射定律（菲涅耳方程的几何光学近似）。 第六章：电磁场中的能量、动量与规范不变性 在深入理解场方程后，本章将转向电磁场的内在属性。我们将利用麦克斯韦方程组推导出坡印廷定理，清晰地展示能量如何在电磁场中流动和耗散。动量流的概念，通过电磁场的应力张量（能量动量张量）来描述，揭示了电磁场自身携带动量的物理图像。此外，本章将引入电磁场的规范势（矢量磁势 $mathbf{A}$ 和标量电势 $phi$），并探讨洛伦兹规范和库仑规范的选择对场方程形式的影响，突显电磁理论内在的规范不变性，这是后续理论发展（如量子电动力学）的重要思想铺垫。 第七章：电磁场的辐射与时变场的应用 本章关注电磁场中辐射源的理论。我们将从矢量磁势的波动方程出发，推导出林纳德-维歇尔势（Liénard-Wiechert potentials），这些势描述了由运动的点电荷所产生的时变场。重点分析了电偶极子和磁偶极子的辐射场，特别是对于加速电荷的轫致辐射和偶极子辐射的功率公式进行详细的推导和物理意义的阐释。这些辐射理论为理解无线电波、天线辐射等实际工程问题提供了坚实的理论基础。 全书通过对经典力学和电磁学的全面梳理，为读者构建了一个坚实的经典物理学基础，这些基础理论不仅是理解现代物理学所有分支的必备前提，更在工程、材料科学、天体物理等诸多领域具有广泛而直接的应用价值。本书的深度和广度旨在培养读者独立分析和解决复杂物理问题的能力。

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