物理學中的理論概念||周末讀書

《物理學中的理論概念》

本書以一種獨創、新穎且全面綜合的方法對物理學中的理論研究進行了探討，並以真實的物理學是科學家不斷探索和實踐的結果的視角闡述主題。作者試圖將本書作為大學本科高年級物理課程的補充讀物，並假定讀者對普通物理的知識已有所了解。利用對7個專題的系列研究，作者著重描述了理論物理學中某些最難的概念、科學家們充滿智慧的艱難探索，以及研究和發現所帶來的激動和欣喜。這些專題研究包括牛頓運動定律和萬有引力定律起源、麥克斯韋方程組、線性/非線性力學與動力學、熱力學與統計物理、量子概念起源、狹義相對論、廣義相對論與宇宙學。

劍橋大學卡文迪許實驗室，在1904年至1989年的85年間一共產生了29位諾貝爾獎得主，這個數字真的很辣眼睛有木有？！卡文迪許實驗室的前主任馬爾科姆·朗蓋爾教授，這位國際公認的大才子，這位僅靠一次講座就可以吸粉無數的大科學家，在劍橋大學傳授物理學課程幾十年，針對大學物理教學中一些被忽略的重要方面，綜合與多位學者以及課堂上聰明且能言善辯的學生的討論，以全力以赴的工作態度加上熱情洋溢的寫作風格，為全世界的讀者奉獻了這本《物理學中的理論概念》，一直被劍橋大學卡文迪許實驗室用作教材。它不僅限於解決實際的物理問題，更注重物理概念的歷史淵源、物理圖像和物理本質。

一般的大學物理教材，總是把知識分割成力學、熱學、電磁學、光學、原子物理學來闡述。而本書打通了這些本不該被分立的知識體系，模糊了彼此的界限，體現職業物理學家處理問題時用到的整體觀，以嚴謹的理論邏輯為主線，七大專題，脈絡清晰，連續而深刻地對物理學整體進行總結和提升。

本書打動人的是，物理學家在沒有先驗知識的情況下，並不知道得到的結果是否正確。但他們靠著實驗糾正其觀察和理論，直到正確的結果出現。甚至無論嘗試多少次，還是得不到正確結果，在嘗盡了所有錯誤的可能之後，被迫重新定義「正確」。物理學家們在廣泛的經歷中獲得直覺，在大量細緻而艱苦的工作中得出結論，他們在物理研究發現過程中有著超乎尋常的想像力和極度的興奮。或許同樣打動人的還有，他們鮮明的個性和內心的「執念」，以及物理學家之間的知識傳承與相互爭吵。

歷史稍縱即逝，唯有思想永存。對於書中的人物故事，你可以做一個看客，或者某一天將它作為一則故事講給你的孩子聽；你也可以作為思想的傳播者，抱著探索世界的心情感受研究和發現帶來的火一般的熱情。

本書由國家級教學名師程福臻教授推薦引進，另一位國家級教學名師向守平教授領銜翻譯，譯者還包括《量子力學基礎》的作者朱棟培教授、2017年度國家傑青袁業飛教授等四位中國科大物理學院教授。適用人群包括但不僅限理工科大學生，大學物理教師，中學物理競賽生，中學物理教師尤其是物理競賽教練，有普通物理基礎的其他讀者。

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【目錄】前言第1章 引言1.1對讀者的說明1.2本書的由來1.3對讀者的告誡1.4物理和理論物理的本質1.5環境的影響1.6本書的計劃1.7致歉和鼓勵的話1.8參考文獻專題1 牛頓運動定律和萬有引力定律起源第2章 從托勒密到開普勒——哥白尼的革命2.1古代史2.2哥白尼的革命2.3第谷·布拉赫——天堡之主2.4開普勒與天體和諧2.5參考文獻第3章 伽利略與物理科學的本質3.1引言3.2作為實驗物理學家的伽利略3.3伽利略望遠鏡的發現3.4問題的要點3.5對伽利略的審判3.6伽利略相對論3.7反思3.8參考文獻第4章 牛頓與引力定律4.1引言4.2林肯郡（1642~1661）4.3劍橋（1661~1665）4.4林肯郡（1665~1667）4.5劍橋（1667~1696）4.6鍊金術士牛頓4.7對古代經典的解讀4.8倫敦（1696~1727）4.9參考文獻第4章附錄 關於圓錐截面和有心軌道的注釋專題2 麥克斯韋方程組第5章 麥克斯韋方程組的起源5.1電磁學的發端5.2法拉第及其力線——沒有數學的數學5.3麥克斯韋怎樣導出電磁場方程組5.4赫茲與電磁波的發現5.5反思5.6參考文獻第5章附錄有用的矢量場第6章 改寫電磁學史6.1引言6.2麥克斯韋矢量方程組6.3電磁學的高斯定理6.4與時間無關的場是保守力場6.5電磁學的邊界條件6.6安培環路定理6.7法拉第電磁感應定律6.8本構方程6.9導出庫侖定律6.10導出畢奧薩伐爾定律6.11解釋介質中的麥克斯韋方程組6.12電磁場的能量密度6.13結束語6.14參考文獻專題3 線性/非線性力學與動力學第7章 力學與動力學方法7.1牛頓運動定律7.2「最小作用」原理7.3歐拉拉格朗日方程7.4小振動與簡正模式7.5守恆定律與對稱性7.6哈密頓量與泊松括弧7.7提示7.8參考文獻第7章附錄流體運動第8章 量綱分析、混沌與自組織臨界性8.1引言8.2量綱分析8.3混沌簡介8.4標度律與自組織臨界性8.5超越計算8.6參考文獻專題4 熱力學與統計物理第9章 熱力學基礎9.1熱量和溫度9.2熱的分子動理論與熱質論9.3熱力學第一定律9.4熱力學第二定律的起源9.5熱力學第二定律9.6熵9.7熵增原理9.8合併了熱力學第一、第二定律的微分式9.9參考文獻第9章附錄麥克斯韋關係和雅克比行列式第10章 氣體動理論與統計力學的起源10.1氣體動理論10.2氣體動理論（第一版本）10.3氣體動理論（第二版本）10.4麥克斯韋速度分布10.5氣體的黏滯度10.6熱力學第二定律的統計性質10.7熵與概率10.8熵與態密度10.9吉布斯熵與信息10.10結束語10.11參考文獻專題5 量子概念起源第11章 1895年前的黑體輻射11.1 1890年物理的狀態11.2輻射發射和吸收的基爾霍夫定律11.3斯特藩玻爾茲曼定律11.4維恩位移律及黑體輻射譜11.5參考文獻第12章 1895~1990：普朗克與黑體輻射譜12.1普朗克的早期生涯12.2熱平衡中的振子與它們的輻射12.3諧振子的平衡輻射譜12.4通向黑體輻射譜12.5普朗克輻射定律的最初形式12.6瑞利與黑體輻射譜12.7黑體輻射定律與實驗的比較12.8參考文獻第12章附錄瑞利1900年帶原始腳註的文章第13章 黑體輻射的普朗克理論13.1引言13.2統計力學的玻爾茲曼方法13.3普朗克的分析13.4普朗克和自然單位13.5普朗克和h的物理意義13.6為什麼普朗克找到了正確的答案13.7參考文獻第14章 愛因斯坦和光的量子化14.1愛因斯坦的奇蹟年14.2關於光的產生和轉化的一個啟發性觀點14.3固體的量子理論14.4德拜的比熱容理論14.5再論氣體比熱容14.6結束語14.7參考文獻第15章 量子假說的勝利15.11909年的情況15.2盒中粒子的漲落15.3隨機疊加的波的漲落15.4黑體輻射中的漲落15.5第一屆索爾維會議15.6玻爾的氫原子理論15.7愛因斯坦（1916）「關於輻射的量子理論」15.8故事結語15.9參考文獻第15章附錄存在雜訊時對信號的探測專題6 狹義相對論第16章 狹義相對論——不變數的研究16.1引言16.2幾何和洛倫茲變換16.3三維矢量和四維矢量16.4相對論動力學——動量和力的維矢量16.5描述運動的相對論方程16.6頻率四維矢量16.7洛倫茲收縮和磁場起源16.8反思16.9參考文獻專題7 廣義相對論與宇宙學第17章 廣義相對論初步17.1引言17.2相對論引力的本質特徵17.3各向同性的彎曲空間17.4通往廣義相對論之路17.5施瓦西度規17.6圍繞點質量的粒子軌跡17.7行星軌道近日點進動17.8施瓦西時空中的光線17.9黑洞附近的粒子和光線17.10施瓦西黑洞周圍的圓軌道17.11參考文獻第17章附錄各向同性彎曲空間第18章 宇宙學技術18.1引言18.2約瑟夫·夫琅禾費18.3攝影術的發明18.4新一代望遠鏡18.5天文學基金18.6電子革命18.7第二次世界大戰的影響18.8紫外線、X射線、γ射線天文學18.9反思18.10參考文獻第19章 宇宙學19.1宇宙學和物理學19.2基本宇宙學數據19.3羅伯遜沃克度規19.4宇宙觀測19.5歷史插曲——穩態理論19.6標準世界模型19.7宇宙的熱歷史19.8早期宇宙的核合成19.9最好的宇宙學模型19.10參考文獻第19章附錄空宇宙的羅伯遜沃克度規後記索引