費曼物理學講義 II:電磁與物質(3)

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出版者:天下文化
作者:理查.費曼Richard P. Feynman
出品人:
页数:293
译者:李精益
出版时间:2009/12/29
价格:NT360
装帧:軟皮精裝
isbn号码:9789862164662
丛书系列:
图书标签:
  • 物理学
  • 电磁学
  • 费曼讲义
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  • 费曼
  • 科普
  • 物理
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具体描述

從化學反應到生命現象,從電力系統、電視廣播、到行動通訊科技,都必須透過電磁學來瞭解,就讓費曼帶領我們探究電磁學的世界。

本書的內容涵蓋

■ 馬克士威方程組:提供最完整且正確的理論,讓我們掌握隨時間任意變化的電磁場,並可求出馬克士威方程組在自由空間中及在有電流與電荷時的解。

■ 交流電路:先從低頻率下的電路特性著手,進入技術應用性的主題。

■ 空腔共振器:高頻率下的共振電路,可由場在其中共振的空腔來替代。

■ 波導:電磁能量在高頻率時,如何在兩物體之間有效傳輸?這時候就需要用到波導。

■ 相對論觀點下的電動力學:使用四維向量的語言,關於世界的各種方程都可化成簡單的形式,包括馬克士威方程。

《量子世界的奥秘:电磁相互作用的精髓》 这本书将带您踏入令人着迷的量子世界,深入探索电磁相互作用的深刻奥秘。我们将以一种既严谨又不失趣味的方式,揭示构成我们宇宙最基本力之一的内在逻辑。 第一部分:量子电动力学的基石 我们将从量子电动力学(QED)的起源讲起,回溯到早期对光和物质相互作用的理解。您将了解光量子——光子的概念是如何诞生的,以及它在经典电磁理论向量子理论过渡中所扮演的关键角色。我们会详细介绍狄拉克方程,这个描述电子及其反电子(正电子)的相对论性量子波动方程,并探讨它如何成功地预测了正电子的存在。 接着,我们将深入QED的数学框架。您将学习如何使用费曼图来可视化和计算粒子之间的相互作用。这些精妙的图示不仅是强大的计算工具,更是理解量子过程的直观语言。我们将详细解析顶点、传播子和外部线等基本组成部分,并通过具体的例子,如电子-电子散射(Møller散射)和电子-正电子湮灭(Bhabha散射),来展示费曼图的应用。 本书还将探讨QED中的关键概念,如重整化。您会理解为什么在计算中会出现无穷大,以及重整化这一革命性的技术是如何使QED成为迄今为止最精确的物理理论之一。我们将讨论裸耦合常数、重整化群以及电荷的跑动现象,揭示在不同能量尺度下电磁相互作用强度的微妙变化。 第二部分:物质与电磁场的互动 本部分将聚焦于电磁场与各种物质形式的相互作用。我们将从原子和分子的光谱学开始,解释原子能级的量子化以及原子如何吸收和发射光子。您将学习到为什么原子会发出特定的颜色,以及这些光谱信息如何揭示原子的结构和性质。 随后,我们将转向固体物理学中的电磁现象。您将理解金属、绝缘体和半导体在电磁场中的行为差异,以及它们的导电性是如何由材料的电子结构决定的。我们将探讨自由电子模型、能带理论,并解释晶体中的电子是如何与电磁波相互作用的,从而产生反射、透射和吸收等光学现象。 此外,我们还会介绍磁性现象的量子起源。您将了解电子的自旋是如何产生磁矩的,以及宏观磁性(如铁磁性、顺磁性和抗磁性)是如何源于大量原子磁矩的集体行为。我们将探讨磁畴、磁畴壁以及磁场如何影响材料的磁化过程。 第三部分:拓展与前沿 在本书的最后部分,我们将对电磁相互作用的理解进行拓展,并展望一些前沿领域。我们将简要介绍弱相互作用和强相互作用,并将它们与电磁相互作用并列,讨论基本粒子的标准模型。您将了解到这些力是如何通过交换特定的玻色子(如W和Z玻色子、胶子)来传递的。 我们还会触及一些更高级的主题,例如介子理论和核力。虽然这些内容超出了纯粹的电磁学范畴,但它们帮助我们理解物质的基本组成和相互作用的普遍性。 此外,本书也将提及一些与电磁学相关的现代技术和应用,例如激光、核磁共振(NMR)和磁共振成像(MRI)。这些技术的原理都深深植根于我们对电磁相互作用的量子理解。 学习目标: 通过阅读本书,您将能够: 理解量子电动力学的基本概念和计算方法,包括费曼图和重整化。 掌握电磁场与原子、分子以及固体材料相互作用的微观机制。 认识磁性现象的量子起源及其在材料科学中的重要性。 初步了解基本粒子标准模型,并将电磁相互作用置于更广阔的物理框架中。 领略物理学理论的精妙之处,以及它们如何驱动科学技术的发展。 本书适合对基础物理学有一定了解,并渴望深入探索量子世界和电磁相互作用本质的读者。无论您是物理学专业的学生,还是对科学充满好奇心的爱好者,这本书都将为您打开一扇通往物理学前沿的大门。

作者简介

理查.費曼 Richard P. Feynman

1918年,費曼誕生於紐約市布魯克林區,1942年,從普林斯頓大學取得博士學位。第二次世界大戰期間,他曾在美國設於新墨西哥州的羅沙拉摩斯(Los Alamos)實驗室服務,參與研發原子彈的曼哈坦計畫(Manhattan Project),當時雖然年紀很輕,卻已經是計畫中的重要角色。隨後,他任教於康乃爾大學以及加州理工學院。1965年,由於費曼在量子電動力學的成就,與朝永振一郎(Sin-Itiro Tomonaga)、許溫格(Julian Schwinger)兩人,共同獲得該年度的諾貝爾物理獎。

費曼博士為量子電動力學理論解決了不少問題,同時他首創了一個解釋液態氦超流體現象的數學理論。之後,他跟葛爾曼(Murray Gell-Mann)合作,研究弱交互作用(例如貝他衰變),做了許多奠基工作。後來數年,費曼成為發展夸克(quark)理論的關鍵人物,提出了在高能量質子對撞過程中的成子(parton)模型。

在這些重大成就之外,費曼博士把一些基本的新計算技術跟記法,介紹給了物理學。其中包括幾乎無所不在的費曼圖,因而改變了基礎物理觀念化與計算的過程,成為可能是近代科學史上,最膾炙人口的一種表述方式。

費曼是一位非常能幹有為的教育家,在他一生所獲多得數不清的各式各樣獎賞中,他特別珍惜1972年獲得的厄司特杏壇獎章(Oersted Medal for Teaching)。《費曼物理學講義》一書最初發行於1963年,當時有位《科學美國人》雜誌的書評稱該書為「……真是難啃,但是非常營養,尤其是風味絕佳,為二十五年來僅見!是教師及最優秀入門學生的指南。」為了增長一般民眾的物理知識,費曼博士寫了一本《物理之美》(The Character of Physical Law)以及《量子電動力學》(Q.E.D.: The Strange Theory of Light and Matter)。他還寫下一些專精的論著,成為後來物理學研究者與學生的標準參考資料跟教科書。

費曼是一位建設性的公眾人物。幾乎家喻戶曉他參與「挑戰者號」太空梭失事調查工作的事跡,尤其是他當眾證明橡皮墊圈不耐低溫的那一幕,是一場非常優雅的即席實驗示範,而他所使用的道具不過冰水一杯!比較鮮為人知的事例,是費曼博士於1960年代中,在加州大學課程委員會任上所做的努力,他非常不滿當時教科書之庸俗平凡。

僅僅重複敘說費曼一生中,於科學上與教育上的無數成就,並不足以說明他這個人的特色。正如任何讀過他即使最技術性著作的人都知道,他的作品裡外都散發著他鮮活跟多采多姿的個性。在物理學家正務之餘,費曼也曾把時間花在修理收音機、開保險櫃、畫畫、跳舞、表演森巴小鼓、甚至試圖翻譯馬雅古文明的象形文字上。他永遠對周圍的世界感到好奇,是位一切都要積極嘗試的模範人物。

費曼於1988年2月15日在洛杉磯與世長辭。

羅伯.雷頓 Robert B. Leighton

1919年生。加州理工學院學士、碩士,1947年從該校取得物理博士學位。然後留在加州理工學院研究、任教,直到1990年退休,整個學術生涯都在這所學校度過。他參與了許多領域的研究,除了粒子物理的基礎研究,也曾帶建造計火星探測器,還為幾個天文台設計強大的望遠鏡。1997年因神經疾病去世。

馬修.山德士 Matthew Sands

1919年生。克拉克大學學士,萊斯大學碩士,1948年從麻省理工學院獲得物理博士學位。隨後於麻省理工學院任教,1950年到加州理工學院,1969年再到加州大學聖克魯兹分校教學與研究,直到1985年退休。這期間曾帶領史丹福直線加速器中心的建造工作。退休之後,仍積極投入中小學的教育事務。

譯者簡介

李精益 譯

美國德州大學奧斯汀分校物理博士,現任文藻外語學院通識教育中心副教授。

審訂者簡介

高涌泉 審訂

美國加州大學柏克萊分校物理博士,現任臺灣大學物理學系教授。

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