普通物理 上册 4/e pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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　　．章前问题：每章开头都有一个多重选择的问题，其选项包括常见的错误观念。学生在开始研读各章之前先回答此问题可以使他们融入教材之中，并且把先入为主的想法找出来。同样的问题后来会在该章中再度出现，通常是在其相关内容已讨论之后的练习题中。章前问题也让学生了解物理学的影响力和实用性。

　　．数值例题中的方法：在解答之前的一段简短前言。略述我们可以着手的方法和步骤。在解答之后有简短的备註。它可能会评论解答、提供另一种方法或提及其应用。

　　．逐步地解例题：在许多的问题解答策略(本书中超过20种)之后，下一个例题是完全地遵循此步骤解题。

　　．本文中的练习题：在例题或推导公式之后，会提供学生一个机会，来验证他们是否有足够的了解以回答简单的问题或作简单的计算。其中有许多是复选题。

　　．更清晰：本书中没有会被看漏的主题与段落，而改善了呈现方式的清晰度和简洁性。此外还去除了可能 影响主要论述的片语和文句：先有要点之后才有详细说明。

　　．向量标记法，箭号：本文和图中的向量符号上方有一个小箭号，因而与手写法类似。

　　．宇宙论的变革：借由相关领域中顶尖专家的帮助，使读者拥有最新的结果。

　　．页面设计：与前一版不同的是，本版特别注重页面的编排。例题与重要的推导和论述都编排在对面页上。学生在阅读时不必来回地翻页。读者可以在书打开来的两页上看见一个重要的部分。

　　．新的应用：LCD、数位相机和电子感测器（CCD、CMOS）、电气危害、GFCI、影印机、喷墨和雷射印表机、金属检测器、水下视觉、变速球、飞机机翼、DNA，以及如何真正地看见影像。

　　．例题修正：详细解说更多的数学步骤，并且加入许多新的例题。所有例题约有10%是估算的例题。

　　．本书内容较其他同等级且具完整内容的书来得精简。较短的解释更容易理解，也较有阅读的意愿。

现代物理学前沿探索：从量子场论到宇宙学 本书特色： 本书旨在为具有扎实经典物理学基础的读者提供一幅现代物理学全景图。它避免了传统教材中对基础概念的过度重复，而是将重点聚焦于二十世纪以来物理学取得的重大突破及其前沿研究方向。本书的结构设计遵循了从微观到宏观的逻辑递进，深入浅出地剖析了量子力学、粒子物理学、凝聚态物理学以及宇宙学等关键领域的核心理论与实验证据。 第一部分：量子力学的深化与扩展 本部分将超越薛定谔方程的基本应用，深入探讨量子力学的现代诠释和更高级的数学框架。 第一章：量子信息与计算的基石 本章首先回顾了量子叠加态和纠缠态的数学形式，随后引入了密度矩阵 formalism，用以描述开放量子系统。我们将详细分析冯·诺依曼熵作为系统纠缠度的度量，并探讨其在信息论中的重要意义。随后，重点将转移到量子计算的基本原理：量子门、量子线路的概念，以及对通用量子计算机的理论模型（如量子图灵机）的介绍。我们将剖析量子纠错码的基本思想，特别是表面码（Surface Codes）的拓扑保护机制，并讨论当前实验中实现量子优越性的主要挑战与进展，例如超导量子比特、离子阱以及拓扑量子计算的探索。本章强调的是，量子信息不再仅仅是物理现象的描述，而是一种可以被操纵和利用的新资源。 第二章：相对论性量子场论导论 本章是通往粒子物理学核心的桥梁。我们将从狭义相对论与量子力学的结合开始，首先阐述克莱因-戈登方程和狄拉克方程的推导及其物理意义，着重分析了负能态的解释问题，并引出正反粒子概念。核心内容在于量子场论的基本概念——场的量子化。我们将使用规范场论的语言，阐述玻色子场和费米子场的对易关系与反对易关系，并介绍费曼图的构建与微扰论的初步应用，例如计算电子自能和光子自能。本章会适度引入路径积分表述的优势，尤其是在处理非微扰效应和统计物理中的联系。目标是使读者理解粒子是场的激发态这一现代观点。 第二部分：粒子物理学与标准模型 本部分聚焦于描述微观物质基本组成和相互作用的粒子物理学理论。 第三章：规范场论与标准模型构建 本章详细阐述了规范对称性的核心作用。从电磁学的 U(1) 规范对称性出发，自然地推广到 SU(2) 和 SU(3) 的非阿贝尔规范群。重点分析了杨-米尔斯理论的拉格朗日量结构，及其与强核力（QCD）和弱核力（电弱统一理论）的内在联系。本书将深入讲解希格斯机制——如何通过自发对称性破缺赋予规范玻色子和费米子质量，同时保持理论的规范不变性。在介绍标准模型（SM）的完整谱系后，我们将讨论其关键的实验证据，如夸克的色荷、中微子振荡（作为SM的拓展）、以及对夸克-胶子等离子体的研究。 第四章：超越标准模型（BSM）的线索 标准模型虽然取得了巨大成功，但仍存在未解之谜（如暗物质、暗能量、质量层级问题）。本章将探讨当前主流的 BSM 理论框架。我们将详细讨论超对称性（SUSY）的动机、最小超对称标准模型（MSSM）的基本内容及其对自然性问题的潜在解决。此外，我们将介绍大统一理论（GUTs）的基本思想，特别是对质子衰变的可能性预测。暗物质的候选粒子（如 WIMPs、轴子）的物理特性及其在直接探测、间接探测和对撞机实验中的寻找策略，将作为本章的重要组成部分进行梳理。 第三部分：凝聚态物理的前沿 本部分从统计力学的角度审视大量粒子系统的集体行为，着重介绍拓扑物态和强关联电子系统。 第五章：拓扑物态的几何起源 本章将凝聚态物理与拓扑学概念结合。我们将从布赫瓦尔德-图灵模型（Chern 理论）出发，解释整数量子霍尔效应的非平庸拓扑不变量——陈数（Chern Number）如何决定了霍尔电导率的精确值。随后，我们将讨论拓扑绝缘体（TIs）的概念，包括体态的能隙和边界态的保护机制（如时间反演对称性保护的拓扑非平庸性）。本章将着重介绍马约拉纳费米子（Majorana Fermions）在凝聚态系统中的实现（如超导线与半导体异质结的耦合），并阐述其在拓扑量子计算中的潜力。 第六章：强关联电子系统与新奇相变 在描述低能物理时，电子间的库仑相互作用往往不能被忽略。本章探讨平均场理论失效的情况。我们将引入朗道费米液体理论的局限性，并详细分析高温度超导现象（高温超导）。重点分析了铜酸盐和铁基超导体的实验特征，并探讨了诸如 Hubbard 模型在描述电子关联中的作用。此外，还将介绍莫特绝缘体、量子自旋液体等强关联系统中的反直觉现象，以及它们与非玻色-爱因斯坦凝聚（BEC）和超流性的联系。 第四部分：从量子到宇宙 本部分将视角拉升至宇宙尺度，探讨引力与量子力学的统一尝试。 第七章：广义相对论的现代应用与宇宙学 本书不会重复介绍爱因斯坦场方程的推导，而是直接从描述黑洞物理和宇宙演化的角度切入。我们将深入分析黑洞视界的性质、信息悖论的提出及其当前的主流解决方案（如防火墙理论的讨论）。在宇宙学方面，重点放在对标准宇宙学模型 $Lambda$CDM 的深入理解上：从暴胀理论（Inflation）如何解决视界问题和平坦性问题，到暴胀留下的原初引力波背景的探测前景。本章还将讨论暗能量的本质，通过观测数据分析宇宙加速膨胀的性质，并引入对修改引力理论（如 f(R) 引力）的初步考察。 第八章：量子引力学的初步尝试 本章是全书对理论物理前沿的最后一次探索。我们将讨论将量子力学引入引力领域的困难。重点介绍弦理论的基本原理，包括一维的弦激发态、超对称性和高维空间（如卡拉比-丘流形）的紧致化概念。同时，也将简要介绍圈量子引力（LQG）的基本思想，即空间和时间本身的量子化，及其对普朗克尺度下时空结构的描述。本章旨在提供一个概念框架，理解物理学家为构建“万有理论”所做的努力与面临的实验困境。 结语：开放性问题与未来展望 本书最后总结了当前物理学界面临的几大未解之谜，包括宇宙中物质-反物质不对称的起源、暗能量的物理本质、是否存在第五种基本力，以及如何构建一个可检验的量子引力理论。这部分旨在激发读者的批判性思维，鼓励他们关注最新的实验结果和理论进展。 适用读者： 本书适合物理学专业高年级本科生、研究生，以及对现代物理学前沿有浓厚兴趣的科研人员和工程师。阅读本书需要具备坚实的数学基础（线性代数、微积分、复变函数）以及扎实的经典力学、电动力学和初步的量子力学知识。

1. 引言、测量、估算
2. 描述运动：一维运动学
3. 二维或三维的运动学；向量
4. 动力学：牛顿的运动定律
5. 运用牛顿定律：摩擦力、圆周运动、拖曳力
6. 万有引力与牛顿的综合论
7. 功与能
8. 能量守恆
9. 线动量
10. 转动
11. 角动量；一般的转动
12. 静态平衡；弹性与断裂
13. 流体
14. 振盪
15. 波动
16. 声音
17. 温度、热膨胀和理想气体定律
18. 气体动力学理论
19. 热与热力学第一定律
20. 热与热力学第二定律

评分☆☆☆☆☆

**评价二：** 这套书的编写风格非常扎实，每一章节都包含了丰富的理论推导和习题。虽然有些地方的数学推导确实需要花点时间去理解，但它并没有为了简化而牺牲严谨性，这一点我非常赞赏。作者在讲解基本概念之后，会紧接着给出详细的数学推导过程，这对于希望深入理解物理本质的学生来说至关重要。而且，书后的习题设计得非常巧妙，从基础的概念检验到复杂的应用题，循序渐进，能够很好地巩固所学知识。我尤其喜欢那些需要结合多个章节知识才能解决的综合性题目，完成它们之后会有一种成就感，也让我意识到物理知识之间的内在联系。书中的一些案例分析也很有启发性，比如在讲到能量守恒时，会分析很多实际工程中的应用，让我看到了物理学在现代科技中的重要作用。尽管如此，对于一些数学基础稍弱的同学，可能需要额外的辅助材料，或者多花一些时间在数学推导的部分。但总体而言，这是一本非常值得细读的教材，它提供的深度和广度，是其他一些泛泛而谈的书籍所无法比拟的。

评分☆☆☆☆☆

**评价五：** 这本书在概念的引入和解释上，可以说是非常到位了。作者并没有一开始就抛出复杂的公式，而是先从一些大家都能理解的现象入手，然后逐步引导读者去思考这些现象背后的物理原理。这种“由浅入深”的学习方式，让我觉得物理学不再是高高在上的理论，而是与我们生活息息相关的学问。我特别欣赏它在讲解每个新概念时，都会给出清晰的定义和明确的边界条件，这让我能够准确地把握每个概念的含义，避免了混淆。而且，书中提供的很多例题，都经过了精心挑选，能够很好地覆盖到该章节的核心知识点。完成这些例题后，我感觉自己对概念的理解又上了一个台阶。尽管如此，有些推导过程可能还是需要反复琢磨，但总体的学习体验是积极的。这本书给了我一种“原来物理是这样的”的全新认知，它成功地激发了我继续深入学习的动力。

评分☆☆☆☆☆

**评价三：** 我必须说，这本书在某些章节的叙述方式上，真的能让人眼前一亮。特别是关于电磁学的内容，作者能够用一种非常直观的方式来解释一些复杂的现象，比如磁场的方向性，它用了非常形象的比喻，让我一下子就抓住了核心。而且，书中的例子选择也非常贴近实际生活，让我能感受到物理学在日常生活中的广泛应用，比如家用电器的原理，或者手机通信的信号传播，这些都能在书中找到相应的解释。我特别喜欢它对一些历史发展过程的梳理，讲述了物理学理论是如何一步步发展起来的，这不仅增加了趣味性，也让我对这些理论有了更深的敬畏之心。虽然这本书的篇幅很大，内容也很充实，但作者通过精心的结构设计，让各个部分之间的逻辑关系清晰可见。读这本书的过程，更像是在经历一场物理学的探索之旅，每一个概念的提出，每一个理论的建立，都有其深刻的背景和意义。我强烈推荐这本书给所有对物理学充满好奇，或者想系统学习物理学的读者。

评分☆☆☆☆☆

**评价一：** 这本书的物理概念解释得非常清晰，尤其是力学部分，作者用了很多生活中的例子来类比，让我这个刚接触物理的学生一下子就豁然开朗。比如讲到牛顿第二定律的时候，它并没有直接丢给你一个公式，而是先从推东西的难易程度，再到物体本身的惯性，最后才引出 F=ma 这个核心概念，这样的循序渐进让我觉得物理不再是枯燥的公式堆砌，而是有趣且有逻辑的学科。而且，书中大量的插图也帮了大忙，很多抽象的力场、运动轨迹，通过图示一下子就具象化了，学习效率提高了不少。我之前总觉得物理很难，觉得那些公式和定理遥不可及，但这本书让我感觉物理其实就在我们身边，它描述的正是这个世界的运行规则。我特别喜欢它对一些经典实验的详细介绍，比如伽利略的自由落体实验，它不仅展示了实验的过程，还深入分析了实验数据如何支撑理论，这让我对科学探究的过程有了更深的认识。总的来说，对于想打好物理基础的初学者来说，这本书绝对是物超所值的选择，它不仅教授知识，更重要的是点燃了对物理的兴趣。

评分☆☆☆☆☆

**评价四：** 这本教材的排版和设计给我留下了深刻的印象。它采用了大量彩色插图和图表，将抽象的物理概念变得生动形象，极大地提升了阅读的愉悦感。尤其是在讲解一些复杂的物理过程时，精美的插图能够清晰地展示出关键点，避免了冗长的文字描述可能带来的理解困难。我发现，很多时候，一张高质量的图表就能胜过数页的文字解释。此外，书中的字体大小、行间距也都设计得恰到好处，长时间阅读也不会感到疲劳。在知识点安排上，作者也非常注重循序渐进，从基础的概念引入，逐步深入到更复杂的理论和应用。我认为这种安排非常符合学生的学习规律，能够帮助读者逐步建立起完整的知识体系。虽然我还没能完全读完，但就目前接触到的部分而言，这本书的编辑质量非常高，它在内容的呈现方式上，确实做到了兼顾科学的严谨性和阅读的舒适性，这对于一本物理教材来说，是难能可贵的。