普通高等教育“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材：近代物理學(xué)（第2版）
定 價(jià)：48 元
- 作者：王正行 著
- 出版時(shí)間：2010/5/1
- ISBN：9787301166321
- 出 版 社：北京大學(xué)出版社
- 中圖法分類：O41
- 頁(yè)碼：465
- 紙張：膠版紙
- 版次：2
- 開(kāi)本：16開(kāi)
《近代物理學(xué)(第2版)》的主題是講述相對(duì)論和量子力學(xué)的基本概念和物理圖像，以及支配物質(zhì)運(yùn)動(dòng)和變化的基本相互作用，并在此基礎(chǔ)上討論物質(zhì)結(jié)構(gòu)的粒子、原子核、原子、分子、固體、量子液體直到天體和宇宙各個(gè)層次的性質(zhì)、特點(diǎn)和規(guī)律，其中討論了阿哈羅諾夫一玻姆效應(yīng)、光子和中子在引力場(chǎng)中的效應(yīng)、超流、超導(dǎo)與超導(dǎo)量子干涉器件、核物質(zhì)與致密星體結(jié)構(gòu)等基本物理研究的前沿和熱點(diǎn)問(wèn)題，特別是蔡林格等人著名的中子衍射實(shí)驗(yàn)，而對(duì)許多傳統(tǒng)問(wèn)題也都采取了新穎的講法．第二版又增加了黑體輻射與聲子比熱的逆問(wèn)題、轉(zhuǎn)動(dòng)參考系與薩納克效應(yīng)等內(nèi)容。
《近代物理學(xué)(第2版)》的習(xí)題絕大多數(shù)都是從物理學(xué)家的研究工作中提取的實(shí)際問(wèn)題，需要算出可與實(shí)驗(yàn)比較的具體數(shù)值．做這種題目，可以獲得做研究工作的感覺(jué)和體驗(yàn)?在與《近代物理學(xué)(第2版)》配套的輔助教材《在解題中學(xué)習(xí)近代物理》中，給出了這些習(xí)題的詳細(xì)解答，和相關(guān)的一些經(jīng)驗(yàn)、故事、分析和評(píng)論，反映了近代物理發(fā)展中人性化的一面。
《近代物理學(xué)(第2版)》起點(diǎn)不高，討論深入，敘述簡(jiǎn)潔，信息量大，讀者對(duì)象是大學(xué)低年級(jí)學(xué)生，以及對(duì)近代物理學(xué)基本問(wèn)題如相對(duì)論和量子力學(xué)有興趣的一般讀者，可以作為理工科大學(xué)和師范院校有關(guān)專業(yè)近代物理、量子物理、原子物理等基礎(chǔ)課的教材或教學(xué)參考書，也可供需要了解和學(xué)習(xí)近代物理相關(guān)問(wèn)題的科學(xué)研究和工程技術(shù)．人員閱讀和參考。
本書第一版是鉛排的，只留下底片作重印用。2004年第7次印刷時(shí)，做了一些修訂，可以說(shuō)是修訂版。這次用電腦改排，作進(jìn)一步的修改，算是第二版。
除了訂正一些新發(fā)現(xiàn)的錯(cuò)誤和更新物理常數(shù)外，本版增加了少量有助于理解的闡述和評(píng)論，和個(gè)別的具體論題。這主要涉及狹義和廣義相對(duì)論，也涉及反映過(guò)去十多年來(lái)有關(guān)進(jìn)展和當(dāng)前關(guān)注熱點(diǎn)的一些內(nèi)容。
隨著航天技術(shù)的進(jìn)步，人類從遠(yuǎn)古地域文明到當(dāng)今全球文明的過(guò)渡雖然還沒(méi)有全面完成，而發(fā)展的前鋒則已邁入屬于星際文明之起點(diǎn)的深空探測(cè)了。斯蒂芬。霍金預(yù)言人類將在這個(gè)世紀(jì)向其他星球移民，二十一世紀(jì)顯然是星際文明的世紀(jì)。星際文明的技術(shù)基礎(chǔ)是宇宙飛船的動(dòng)力能源和時(shí)空坐標(biāo)的定位導(dǎo)航。飛船動(dòng)力的能源有賴于可控核能的開(kāi)發(fā)，其理論基礎(chǔ)涉及量子力學(xué)，而飛船定位導(dǎo)航的理論基礎(chǔ)就是相對(duì)論。本書第一版問(wèn)世以來(lái)，我接到過(guò)許多關(guān)于相對(duì)論的讀者來(lái)信，其中有的就是來(lái)自航天領(lǐng)域的朋友，給我留下了深刻的印象。這表明相對(duì)論已經(jīng)不是純粹的物理理論，不再只是屬于少數(shù)物理學(xué)家的圈子，它開(kāi)始成為技術(shù)專家們關(guān)心的問(wèn)題，受到更廣泛的社會(huì)關(guān)注。
特別是，與董太乾教授的多次討論，使我對(duì)這方面的情況和問(wèn)題有了具體的了解。他是量子電子學(xué)的專家，他們做的原子鐘安裝在我國(guó)上天的人造衛(wèi)星上，所以他和他在航天領(lǐng)域的合作者們都十分關(guān)心對(duì)鐘的問(wèn)題：如何把天上的鐘與地上的鐘對(duì)準(zhǔn)？這既涉及狹義相對(duì)論，也涉及廣義相對(duì)論。時(shí)鐘是人造衛(wèi)星或飛船等航天器的心臟，是運(yùn)用衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)來(lái)進(jìn)行精確定位與導(dǎo)航的核心部件。衛(wèi)星或飛船可以飛得很高，很遠(yuǎn)。時(shí)間的微小誤差，會(huì)在遠(yuǎn)處投射出巨大的距離誤差。對(duì)他們來(lái)說(shuō)，這不是單純的理論問(wèn)題，而是重要的實(shí)際問(wèn)題。他拿給我看一篇論文，作者是美國(guó)原子頻標(biāo)的資深專家和工程師，文章發(fā)表在權(quán)威的IEEE（國(guó)際電氣和電子工程師學(xué)會(huì)會(huì)刊），其中專門有一小節(jié)關(guān)于相對(duì)論效應(yīng)對(duì)原子鐘靈敏度的影響，標(biāo)題是“相對(duì)論”，既給出了狹義相對(duì)論時(shí)間膨脹引起的頻率改變，也給出了廣義相對(duì)論引力紅移引起的頻率改變。論文發(fā)表于1992年。這意味著，經(jīng)過(guò)一個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，相對(duì)論已經(jīng)和正在逐步轉(zhuǎn)化成為航天技術(shù)理論基礎(chǔ)不可或缺的一個(gè)部分。
第二版自序
第一版自序(節(jié)錄)
1 引言
1.1 從經(jīng)典物理到近代物理
1.2 近代物理學(xué)的基本問(wèn)題
1.3 單位和常數(shù)
2 狹義相對(duì)論時(shí)空性質(zhì)
2.1 邁克耳孫一莫雷實(shí)驗(yàn)
2.2 愛(ài)因斯坦相對(duì)性原理
2.3 時(shí)間的相對(duì)性
2.4 長(zhǎng)度的相對(duì)性
2.5 洛倫茲變換和速度疊加
2.6 支持洛倫茲變換的實(shí)驗(yàn)
2.7 四維時(shí)空間隔
2.8 閔可夫斯基空間
3 狹義相對(duì)論質(zhì)點(diǎn)力學(xué)
3.1 粒子的運(yùn)動(dòng)學(xué)描述
3.2 粒子的動(dòng)力學(xué)關(guān)系
3.3 能量動(dòng)量關(guān)系的討論
3.4 相互作用多粒子體系
3.5 粒子的衰變
3.6 兩體反應(yīng)
3.7 相對(duì)論多普勒效應(yīng)
4 輻射的量子性
4.1 光電效應(yīng)
4.2 x射線及其在晶體上的衍射
4.3 x射線軔致輻射譜
4.4 康普頓效應(yīng)
4.5 電子偶的產(chǎn)生和湮沒(méi)
4.6 光子的吸收
4.7 穆斯堡爾效應(yīng)
4.8 引力場(chǎng)中的光子
4.9 電磁波的統(tǒng)計(jì)詮釋
4.10 光子的測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系
5 粒子的波動(dòng)性
5.1 電子
5.2 德布羅意波
5.3 電子晶體衍射實(shí)驗(yàn)
5.4 電子雙縫衍射實(shí)驗(yàn)
5.5 中子晶體衍射實(shí)驗(yàn)
5.6 中子單縫和雙縫衍射實(shí)驗(yàn)
5.7 N-A形狀彈性散射
5.8 引力場(chǎng)的效應(yīng)
5.9 波函數(shù)的統(tǒng)計(jì)詮釋
5.10 粒子的測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系
6 盧瑟福-玻爾原子模型
6.1 原子模型問(wèn)題
6.2 盧瑟福散射公式
6.3 盧瑟福散射公式的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證
6.4 原子的電子結(jié)構(gòu)問(wèn)題
6.5 氫原子光譜的巴耳末-里德伯公式
6.6 玻爾理論
6.7 玻爾理論的應(yīng)用
7 波動(dòng)方程
7.1 波動(dòng)方程的提出
7.2 量子化的能級(jí)
7.3 弗蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn)
7.4 軌道角動(dòng)量
7.5 施特恩-格拉赫實(shí)驗(yàn)
7.6 電子自旋
7.7 隧道效應(yīng)
7.8 矢量勢(shì)
7.9 規(guī)范不變性原理
7.10 阿哈羅諾夫-玻姆效應(yīng)
8 氫原子和類氫離子
8.1 能級(jí)和徑向波函數(shù)
8.2 輻射躍遷和選擇定則
8.3 矢量模型和角動(dòng)量相加
8.4 自旋一軌道耦合
8.5 氫原子能級(jí)的精細(xì)結(jié)構(gòu)
8.6 蘭姆移位
8.7 氫原子的磁矩
8.8 氫原子能級(jí)的超精細(xì)結(jié)構(gòu)
9 多電子原子
9.1 氦原子基態(tài)
9.2 泡利不相容原理
9.3 原子基態(tài)的電子組態(tài)
9.4 角動(dòng)量耦合和能級(jí)的精細(xì)結(jié)構(gòu)
9.5 原子的基態(tài)
9.6 單電子光譜
9.7 雙電子光譜
9.8 內(nèi)層電子激發(fā)和x射線譜
9.9 塞曼效應(yīng)
9.10 順磁共振
10 輻射場(chǎng)的統(tǒng)計(jì)性質(zhì)
10.1 熱輻射
10.2 黑體輻射
10.3 普朗克黑體輻射定律
10.4 輻射場(chǎng)（光子氣體）的熱力學(xué)
10.5 宇宙微波背景輻射
10.6 愛(ài)因斯坦輻射理論
10.7 譜線的寬度
10.8 激光的基本概念
11 分子結(jié)構(gòu)
11.1 氫分子離子
11.2 s共價(jià)鍵分子
11.3 其他共價(jià)鍵分子
11.4 離子鍵與電離度
11.5 分子的振動(dòng)
11.6 分子的轉(zhuǎn)動(dòng)
11.7 分子的振動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)譜帶
12 固體
12.1 離子晶體
12.2 其他類型晶體
12.3 晶態(tài)和非晶態(tài)固體
12.4 固體的能帶
12.5 金屬中的自由電子氣體
12.6 晶格的振動(dòng)
12.7 聲子
13 超流與超導(dǎo)
13.1 液氦II
13.2 環(huán)流量子化
13.3 玻色一愛(ài)因斯坦分布
13.4 玻色一愛(ài)因斯坦凝聚
13.5 超導(dǎo)電性
……
14 原子彈
15 粒子物理
16 廣義相對(duì)論的基本概念
17 天體和宇宙
18 結(jié)語(yǔ)
習(xí)題
習(xí)題參考答案
索引
主要參考書目
根據(jù)時(shí)間膨脹，A看到B的鐘慢了，因而B(niǎo)將變得比A年輕。但是反過(guò)來(lái)，B看到A的鐘慢了，因而A將變得比B年輕。試問(wèn)當(dāng)B旅行回來(lái)他們?cè)俅蜗鄷?huì)時(shí)，究竟誰(shuí)年輕了呢？
顯然，如果他們的生命流逝有差別，也是很小的，現(xiàn)在我們還不可能做這種實(shí)際觀測(cè)。不過(guò)上世紀(jì)六十年代原子鐘問(wèn)世以后，已經(jīng)可以做等效的實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)室把兩臺(tái)原子鐘非常仔細(xì)地對(duì)準(zhǔn)后，把其中一臺(tái)放到飛機(jī)上去繞地球飛行，然后再拿回實(shí)驗(yàn)室與另一臺(tái)比較，走得慢的那臺(tái)就“年輕”了。
這個(gè)實(shí)驗(yàn)并不像初看那樣簡(jiǎn)單。A與B都不處于慣性系，他們的情形并不對(duì)稱，經(jīng)歷的時(shí)差可以計(jì)算出來(lái)。算得的觀測(cè)量只有10-7s的量級(jí)，效應(yīng)相當(dāng)精細(xì)。能夠引起這種精細(xì)效應(yīng)的因素都必須考慮到。這里主要有兩個(gè)物理因素。一個(gè)是地球的自轉(zhuǎn)，使得地球參考系偏離了慣性系，這對(duì)實(shí)驗(yàn)室的鐘有影響。另一個(gè)是地球引力場(chǎng)隨飛機(jī)高度的變化，對(duì)飛機(jī)上的鐘有影響。這兩者都是廣義相對(duì)論效應(yīng)，將在第16章16.3和16.4節(jié)分別進(jìn)行討論。
這個(gè)問(wèn)題在相對(duì)論建立之初提出時(shí)，被稱為雙胞胎佯謬。當(dāng)初不能做實(shí)驗(yàn)，只能在理論上討論，被當(dāng)作一個(gè)訓(xùn)練相對(duì)論思維的思想實(shí)驗(yàn)。在做過(guò)上述等效的實(shí)驗(yàn)，并觀測(cè)到了相對(duì)論所預(yù)言的效應(yīng)之后，稱之為雙胞胎效應(yīng)更恰當(dāng)。今天人類文明已經(jīng)進(jìn)入航天時(shí)代，相對(duì)論的時(shí)鐘效應(yīng)正在逐漸成為人類航天活動(dòng)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)的一部分。
中國(guó)古代神話有“天上方一日，地上已七年”的說(shuō)法，這當(dāng)然不是周密的科學(xué)推理，但卻表現(xiàn)了我們民族超越生活經(jīng)驗(yàn)的豐富想象力。
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