后費(fèi)曼物理學(xué)講義:基礎(chǔ)物理的啟發(fā)之旅
定 價:148 元
- 作者:[英] 尼古拉斯·曼頓(Nicholas Manton) 著,李新洲,翟向華,奚萍,李平,林瑞輝 譯
- 出版時間:2021/1/1
- ISBN:9787547850916
- 出 版 社:上?茖W(xué)技術(shù)出版社
- 中圖法分類:O4
- 頁碼:514
- 紙張:膠版紙
- 版次:1
- 開本:16開
《后費(fèi)曼物理學(xué)講義》是對大學(xué)物理教學(xué)的一次革新,是繼《費(fèi)曼物理學(xué)講義》之后的又一次有益嘗試。
本講義以整體統(tǒng)一的觀點(diǎn)闡釋整個物理世界,易于理解,且富有啟發(fā)。全書不僅探討物理理論基礎(chǔ),從牛頓力學(xué)、麥克斯韋電磁理論、愛因斯坦相對論直到粒子物理、宇宙學(xué)以及超弦,還介紹了新的物理發(fā)現(xiàn):引力透鏡、黑澗、石墨烯、超重核、玻色一愛因斯坦凝聚、中微子振蕩,以及希格斯玻色子和引力波的發(fā)現(xiàn)。
本講義徹底打破了傳統(tǒng)教材體系,物理學(xué)不再被人為地割裂成一個個專題,不再滿足于講述發(fā)現(xiàn)史上的一顆顆珍珠,尋覓各個分支中的一塊塊鉆石,而是將這些發(fā)現(xiàn)和成果鑲嵌成一頂美輪美奐的物理學(xué)皇冠。
倘若一個人想在較短時間內(nèi)洞悉物理學(xué)全貌,《后費(fèi)曼物理學(xué)講義:基礎(chǔ)物理的啟發(fā)之旅》是一本極好的教材,或許還是現(xiàn)有的一本教材。
讓我們開啟基礎(chǔ)物理學(xué)的啟發(fā)之旅吧!
我的許多朋友,盡管智力上乘,接受過最好的高等教育,在各自專業(yè)領(lǐng)域取得過令人敬佩的成就,但是他們的幾何知識停留在2 300年前的歐幾里得《幾何原本》;他們對時空的認(rèn)識停留在300年前的牛頓絕對空間、絕對時間;他們對物質(zhì)的認(rèn)識停留在100年前玻爾的原子論。當(dāng)我與他們講述起非歐幾何、廣義相對論或量子詮釋時,他們或?qū)⑽铱醋鞴秩,或(qū)⑽铱醋魇ト。究其根源,在于國?nèi)的大學(xué)物理或者普通物理教材,在數(shù)十年中雖有改進(jìn),但沒有徹底革新,以至于他們談到現(xiàn)代物理學(xué)時,只知道夸克、黑洞和糾纏這樣一些名詞,至多再加上一些從科幻小說或電影中來的不正確知識。事實(shí)上,真正的教育家懂得教學(xué)的目的,不僅是增加就業(yè)機(jī)會,還在于提升受教育者的學(xué)識、道德修養(yǎng)和工作能力。物理教學(xué)的目的,還在于使受教育者保持對世界的好奇心,勇于探索自然的奧秘。
物理科學(xué)的知識指數(shù)式地增長,面對浩瀚的知識海洋,人們未免會感到學(xué)得太慢,老得太快。如何能進(jìn)入現(xiàn)代物理領(lǐng)域是一個緊迫的問題,要找到一本理想的教材并非易事。流行的費(fèi)曼講義的內(nèi)容不夠現(xiàn)代化,朗道和栗弗席茨教程又偏頗于理論。作為無垠宇宙無數(shù)個體中的一個,以一己之力去體驗(yàn)或了解宇宙的本源,難免會有些自不量力。循著歷史軌跡,亦步亦趨,循序前進(jìn),也絕非佳法。除少數(shù)異稟者,大部分人難以進(jìn)入現(xiàn)代物理王國,很可能成為倭仁式的腐儒,皓首窮《太上感應(yīng)篇》一經(jīng)。我們需要對物理教學(xué)進(jìn)行改革,首先要對教材進(jìn)行改革。我們需要一本既簡明又全面,既重理論又涉及實(shí)驗(yàn)與觀測,而且用全局觀敘述物理的教材!逗筚M(fèi)曼物理學(xué)講義:基礎(chǔ)物理的啟發(fā)之旅》是這樣一本理想教材的候選者,這是一本可供綜合性大學(xué)、理工科大學(xué)和師范院校的通用教材。它以最小作用量原理作為主線,串聯(lián)起牛頓力學(xué)到今日物理的整個物理學(xué)。它也講述了大量的發(fā)現(xiàn)過程,包括當(dāng)代的宇宙微波背景觀測,希格斯粒子和引力波的發(fā)現(xiàn)。
《后費(fèi)曼物理學(xué)講義:基礎(chǔ)物理的啟發(fā)之旅》,石破天驚,徹底打破了傳統(tǒng)教材體系,物理學(xué)不再被人為地割裂成一個個專題,不再滿足于講述發(fā)現(xiàn)史上的一顆顆珍珠,尋覓各個分支中的一塊塊鉆石,而是將這些發(fā)現(xiàn)和成果鑲嵌成一頂美輪美奐的物理學(xué)皇冠。作為一個整體來講述物理學(xué)好處極多。比如,將牛頓力學(xué)的場論描述安排在電磁理論之后,那么引力場自然而然成了靜電學(xué)的類比了。又比如,諸如苯環(huán)那樣的分子結(jié)構(gòu)也可以納入最小作用量原理講述,足以使科學(xué)功利主義者汗顏。再比如,宇宙基本特性之一,引力的逆平方律,盡管牛頓猜出了它,但只是作為一條經(jīng)驗(yàn)定律,然而,本書用淺顯的幾何學(xué)導(dǎo)出了它,不得不使人感嘆物理學(xué)之美,《后費(fèi)曼物理學(xué)講義:基礎(chǔ)物理的啟發(fā)之旅》安排之巧。瞎子摸象,不會得到象的整體形象。物理學(xué)本身是一個整體,整體就得用整體的方法講述,決不能急用先學(xué),那不可能一通百通。
在科幻影片盛極一時那些日子里,黑洞潮汐曾引起眾人的關(guān)注,而不少學(xué)者不經(jīng)意間對潮汐力說錯了話。這與我國的傳統(tǒng)教材有關(guān),中學(xué)以后的任何課程不再講述自由落體。事實(shí)上,兩個自由落體不僅有向下的加速度,它們之間還存在相對加速度!逗筚M(fèi)曼物理學(xué)講義:基礎(chǔ)物理的啟發(fā)之旅》用一個簡單的圖示,就闡明了潮汐力,并用拉普拉斯方程的解做出了定量計(jì)算。學(xué)習(xí)物理是為了明白物之理,使自己變得瀟灑和從容,擁有一份與他人無干,只有自己領(lǐng)悟的快樂。將《后費(fèi)曼物理學(xué)講義:基礎(chǔ)物理的啟發(fā)之旅》作為精讀教材,會使人多一點(diǎn)恬靜,少一點(diǎn)狂躁;多一點(diǎn)自由,少一點(diǎn)功利;多一點(diǎn)善自珍攝,少一點(diǎn)投機(jī)取巧。
400多年前,伽利略在帕多瓦將望遠(yuǎn)鏡指向了月球,這個事件標(biāo)志著近代科學(xué)的開始?茖W(xué)為何發(fā)端于西方是一個見仁見智的問題。中國古代有各種各樣的科學(xué)活動,如在天文學(xué)、數(shù)學(xué)、氣象學(xué)、地震學(xué)和醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的研究,但是中國古代社會沒有為“科學(xué)而科學(xué)”的純科學(xué)留下空間。古代中國的司天監(jiān)歸屬禮部,司法機(jī)構(gòu)稱為刑部,其中端倪,不難看出一二。盡管我們無法回答下述問題:近代科學(xué)發(fā)生于西方,究竟是歷史命運(yùn)的頓挫,還是地緣乾坤的定數(shù)?但是,我們明確知道功利主義對現(xiàn)今社會十分有害,所以極力提倡用《后費(fèi)曼物理學(xué)講義:基礎(chǔ)物理的啟發(fā)之旅》作為大學(xué)本科的通才教育的教材,為了讓學(xué)子心中留下一點(diǎn)純科學(xué)的空間。
本書在翟向華教授、奚萍副教授和李平、林瑞輝兩位博士的齊心協(xié)力下,我們在譯文上花費(fèi)了大量精力,想必會得到廣大讀者的喜愛。鑒于本書碩大的篇幅、廣博的題材,又限于我們的學(xué)識,謬誤之處難免,望讀者指正。
曼頓和米都取名尼古拉斯,即希臘語中的勝利者。確實(shí)如此,他們已在物理教材革命中取得了一場大勝利。他們說,撰寫本書是人生一大幸事;我們也說,翻譯本書何嘗不是人生一大樂事呢?
[英]尼古拉斯·曼頓(Nicholas Manton),劍橋大學(xué)應(yīng)用數(shù)學(xué)和理論物理系教授,研究主要集中在粒子和核物理,特別是孤子理論和應(yīng)用。他是英國皇家學(xué)會會員,曾獲得倫敦?cái)?shù)學(xué)學(xué)會頒發(fā)的懷特海獎。
[英]尼古拉斯·米(Nicholas Mee),劍橋大學(xué)理論粒子物理學(xué)博士。他是軟件公司Virtual Image的主管,在許多科學(xué)和藝術(shù)項(xiàng)目中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。著有科普圖書《希格斯力:宇宙對稱的破裂》和《引力:破解宇宙密碼》。
李新洲,曾任復(fù)旦大學(xué)、華東理工大學(xué)、上海師范大學(xué)教授,上海師范大學(xué)天體物理中心主任。他是一位在國內(nèi)學(xué)術(shù)界有較大影響力的理論物理學(xué)家,同時熱心科普工作,著有《時空的密碼》《物理學(xué)的統(tǒng)一之路》等,譯有《相對論的意義》《黑洞戰(zhàn)爭》《不論:科學(xué)的極限與極限的科學(xué)》《相對論之路》等。
引言
第1章 基本概念
1.1 變分原理
1.2 歐幾里得時空
1.3 偏微分
1.4 e,π和高斯型積分
1.5 拓展閱讀材料
第2章 物體的運(yùn)動
2.1 引言
2.2 牛頓運(yùn)動定律
2.3 最小作用量原理
2.4 多體運(yùn)動與牛頓第三定律
2.5 3維空間中的單體運(yùn)動
2.6 中心力
2.7 逆平方律的吸引力
2.8 G與地球質(zhì)量
2.9 組合體和質(zhì)心運(yùn)動
2.10 開普勒2體問題
2.11 拉格朗日點(diǎn)
2.12 能量守恒
2.13 摩擦力和耗散
2.14 拓展閱讀材料
第3章 場
3.1 場
3.2 標(biāo)量場方程
3.3 波
3.4 散度和旋度
3.5 電磁場和麥克斯韋方程
3.6 靜電場
3.7 電磁波
3.8 靜磁學(xué)
3.9 電磁場的最小作用量原理
3.10 洛倫茲力
3.11 場的能量與動量
3.12 粒子與場的動力學(xué)
3.13 拓展閱讀材料
第4章 狹義相對論
4.1 引言
4.2 洛倫茲變換
4.3 相對論性動力學(xué)
4.4 關(guān)于4矢量的更多討論
4.5 麥克斯韋方程的相對論特征
4.6 相對論性最小作用量原理
4.7 拓展閱讀材料
第5章 彎曲空間
5.1 球面幾何
5.2 非歐雙曲幾何
5.3 高斯曲率
5.4 黎曼幾何
5.5 張量
5.6 黎曼曲率張量
5.7 測地線方程
5.8 應(yīng)用
5.9 拓展閱讀材料
第6章 廣義相對論
6.1 等效原理
6.2 牛頓引力場和潮汐力
6.3 閔可夫斯基空間
6.4 彎曲時空幾何學(xué)
6.5 引力場方程
6.6 廣義相對論的經(jīng)典測試
6.7 愛因斯坦方程的史瓦西解
6.8 粒子在史瓦西時空中的運(yùn)動
6.9 史瓦西時空中的光線偏折
6.10 史瓦西內(nèi)部解
6.11 黑洞
6.12 引力波
6.13 愛因斯坦-希爾伯特作用量
6.14 拓展閱讀材料
第7章 量子力學(xué)
7.1 引言
7.2 量子力學(xué)中的位置與動量
7.3 薛定諤方程
7.4 波函數(shù)的詮釋——可觀測量
7.5 期望值
7.6 測量之后
7.7 不確定關(guān)系
7.8 散射與隧道
7.9 量子力學(xué)中的變分原理
7.10 拓展閱讀材料
第8章 3維量子力學(xué)
8.1 引言
8.2 位置和動量算子
8.3 角動量算子
……
第9章 原子、分子和固體
第10章 熱力學(xué)
第11章 核物理
第12章 粒子物理
第13章 恒星
第14章 宇宙學(xué)
第15章 物理學(xué)前沿
圖片來源注解
術(shù)語索引
人名索引