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编辑推荐
适读人群 :物理学科研工作者、老师、物理学相关专业的博士生和硕士以及高年级本科生。对物理学感兴趣的人员。 20世纪是物理学的世纪,物理学在20世纪取得了突破性的进展,改变了世界和人们对世界的认识。
本书由英国物理学会、美国物理学会共同组织发起,由各个领域知名学者(很多是诺贝尔奖获得者)撰写而成,具有很高的**性。
本书共3卷,系统全面总结了20世纪物理学的进展,内容涉及物理学各分支领域,是物理学史领域**的鸿篇巨著。
无论是对于图书馆,还是对所有物理学工作者来说,本书都具有很高的收藏价值。
内容简介
20世纪是物理学的世纪,物理学在20世纪取得了突破性的进展,改变了世界和人们对世界的认识。《20世纪物理学》就是由英国物理学会、美国物理学会组织发起的,由各个领域的知名学者(有很多是相关领域的奠基者、诺贝尔奖获得者)执笔的。系统总结二十世纪物理学进展的宏篇巨著,其内容涉及了物理学各个分支学科和相关的应用领域。全书共分三卷27节,书末还附有三位物理学大家对二十世纪物理学的综合思考和对新世纪物理学的展望。
作者简介
Laurie Brown,美国西北大学名誉教授,康奈尔大学博士。布朗教授主要研究基本粒子的理论。自1980年起,他开始关注20世纪物理学的历史,特别是核和粒子物理学。他还是著名的理查德·费曼的论文指导老师。
内页插图
目录
第1 卷
第1 章 1900 年的物理学
第2 章 引进原子和原子核
第3 章 量子和量子力学
第4 章 相对论的历史
第5 章 核力、介子和同位旋对称性
第6 章 固体结构分析
第7 章 热力学与平衡统计力学
第8 章 非平衡统计力学:变幻莫测的时间演化
第2 卷
第9 章 20 世纪后半期的基本粒子物理学
第10 章 流体力学
第11 章 超流体和超导体
第12 章 晶体中的振动和自旋波
第13 章 原子和分子物理
第14 章 磁性
第15 章 核子动力学
第16 章 单位、标准和常量
第3 卷
第17 章 固体中的电子
第18 章 20 世纪光学及光电子物理发展史
第19 章 材料物理学
第20 章 电子束仪器
第21 章 软物质: 概念的诞生与成长
第22 章 20 世纪的等离子体物理学
第23 章 天体物理学和宇宙学
第24 章 计算机产生的物理学
第25 章 医学物理学
第26 章 地球物理学
第27 章 对20 世纪物理学的省思:散文三篇
原书序言
全书所含传略目录
第2卷
第9章 20世纪后半叶的基本粒子物理学
9.1 引言
9.2 序幕(1940年前)
9.3 量子电动力学
9.3.1 理论中的无穷大量
9.3.2 早期的实验发展
9.3.3 重整化登场
9.3.4 高阶修正和实验验证
9.4 迄至20世纪60年代中期所知的物质新形式
9.4.1 20世纪30与40年代:熳覭鸾樽覭K介子
9.4.2 鸾樽拥男灾
9.4.3 反质子
9.4.4 奇异粒子
9.4.5 共振态
9.4.6 么正对称性
9.5 迄至20世纪60年代中期所知的相互作用
9.5.1 弱相互作用和V-A理论
9.5.2 CP破坏
9.5.3 流代数
9.5.4 强相互作用方案
9.6 夸克革命
9.6.1 夸克模型
9.6.2 深度非弹性散射
9.6.3 电子-正电子埋没
9.6.4 寻找自由夸克
9.7 弱电统一
9.7.1 轻子理论
9.7.2 中性流的实验证实
9.7.3 扩展到强子和祭夸克假设
9.7.4 祭夸克的实验证实
9.7.5 W和Z
9.8 量子色动力学
9.8.1 色三重性的早期建议
9.8.2 一个强相互作用规范理论的要求
9.8.3 渐近自由和红外奴役
9.8.4 深度非弹性散射中的标度破坏
9.8.5 喷注和其他一些大横动量(p⊥)现象
9.8.6 其他应用
9.9 三代夸克和轻子
9.9.1 羟嶙
9.9.2 第五种夸克
9.9.3 Cabibbo-小林-益川(CKM)矩阵
9.9.4 寻找顶夸克;观测.7 99.1 0加速器
9.10.1 静电起电器
9.10.2 回旋加速器
9.10.3 相位稳定性和同步回旋加速器
9.10.4 电子同步加速器
9.10.5 电子感应加速器
9.10.6 质子同步加速器
9.10.7 强聚焦
9.10.8 直线加速器
9.10.9 对撞束.
9.10.10 强子对撞机
9.11 探测器:从Rutherford到Charpak
9.11.1 电离探测器
9.11.2 闪烁计数器和Cherenkov计数器
9.11.3 可视技术
9.12 与其他学科的交叉
9.12.1 核物理
9.12.2 原子物理学
9.12.3 凝聚态物质
9.12.4 天文学K天体物理学K引力和宇宙学
9.13 尚未解决的问题和对未来的希望
9.13.1 弱电理论:对称性破缺部分
9.13.2 中微子质量
9.13.3 大统一理论
9.13.4 弦理论
9.13.5 未来的设备
9.14 结语
9.14.1 附加文献
参考文献
第10章 流体力学
10.1 20世纪物理学的又一伟大成就
10.1.1 流体力学上并行的革命
10.1.2 奇异摄动的一个极简单的例子
10.1.3 d’Alembert悖论如何变为d’Alembert定理
10.1.4 激波的物理本质
10.2 边界层和尾流,不稳定性和揣流,传热和传质
10.2.1 最活跃的无量纲参数
10.2.2 涡度的新作用
10.2.3 转换的类型,揣流的类型:(1)1940年前的奋斗
10.2.4 转换的类型,揣流的类型:(2)新的分类学
10.2.5 标量的扩散-对流平衡
10.3 波产生和传播的非线性效应
10.3.1 隐含能量损失的波
10.3.2 来自流动的声音
10.3.3 色散和非线性的竞争
10.3.4 海洋的表面
10.3.5 能量沿波峰传播
10.4 航空和海洋工程对人类生活环境的改变
10.4.1 研究提高飞行效率的流体力学
10.4.2 航空激波
10.4.3 快速船只和安全的海洋平台
10.5 地球流体包层的动力学及其在预报方面的应用
10.5.1 波状流动模式
10.5.2 天气和气候
参考文献
第11章 超流体和超导体
11.1 引言
11.1.1 液氮:早期
11.1.2 1933年以前的超导电性
11.1.3 1945年以前Meissner效应及超导性研究的其他实验进展
11.1.4 液氮:实验革命
11.1.5 理论发展,1933~1945年
11.2 1945~1970年时期
11.2.1 液氮
11.2.2 超导电性-实验和唯象学,1945~1956年
11.2.3 BCS之前的微观理论.
11.2.4 BCS及其后的进展
11.2.5 Josephson效应
11.2.6 超导性与超流性的现代统一图像
11.3 新发展
11.3.1 3He的超流相
11.3.2 各种各样的新进展
11.3.3 高温超导性
11.3.4 进一步的阅读
参考文献
第12章 晶体中的振动与自旋波
12.1 晶格动力学的开端
12.1.1 比热
12.1.2 零点运动
12.1.3 热膨胀
12.1.4 热导率
12.1.5 比热的晶格理论
12.2 新的实验技术
12.2.1 中子散射
12.2.2 Raman散射
12.3 晶格动力学的发展
12.3.1 离子晶体
12.3.2 金属
12.3.3 半导体
12.3.4 非谐效应
12.3.5 玻璃和含缺陷晶体中的声子
12.4 结构相变
12.5 自旋波
12.6 磁性相变
参考文献
第13章 原子分子物理
13.1 引言
13.2 20世纪中期的原子分子物理学
13.2.1 原子尺度和结构
13.2.2 辐射
13.2.3 原子光谱
13.2.4 碰撞
13.2.5 分子键和行为
13.3 辐射作用光谱学的完成
13.3.1 从紫外到X射线——同步辐射光
13.3.2 从近红外到微波区域.
13.3.3 辐射作用谱
13.3.4 电离阙值处谱的连接——求和规则
13.4 激发通道和共振效应
13.4.1 典型现象
13.4.2 量子力学参数
13.4.3 多通道的表述——共振
13.5 原子间或离子间的碰撞
13.5.1 比原子的电子快的入射粒子
13.5.2 比原子的电子慢的入射粒子
13.5.3 与电子速度可比的碰撞速度
13.5.4 高剥离离子
13.6 分子物理学
13.6.1 实验的新途径
13.6.2 分子光谱学
13.6.3 量子化学,理论和计算
13.6.4 反应碰撞
13.7 内壳层现象
13.7.1 X射线研究
13.7.2 Auger发射
13.7.3 屏蔽与反屏蔽
13.8 原子和分子的谱指纹
13.9 原子在计量学和仪器中扮演的角色
13.10 原子系统的光学操纵和利用原子变换光
13.10.1 光泵浦
13.10.2 原子的冷却K操控和囚禁
13.10.3 多光子过程
13.10.4 利用原子转换光
13.11 当前情况概述
13.11.1 一个全面的现象学
13.11.2 超球面方法中的复合体演化的动力学
参考文献
第14章 磁学
14.1 引言
14.1.1 20世纪之前的磁学
14.2 1900~1925年期间
14.2.1 抗磁性
14.2.2 量子概念
14.2.3 顺磁性绝缘体
14.2.4 铁磁性
14.3 1925~1950年时期
14.3.1 离子的量子理论
14.4 顺磁性
14.4.1 绝热退磁
14.4.2 晶体场理论
14.4.3 反铁磁性
14.4.4 弛豫
14.5 导体
14.5.1 正常金属
14.5.2 铁磁性
14.6 1950年以后
14.7 电子顺磁共振
14.7.1 铁族离子
14.7.2 3d离子:自旋Hamilton量和顺磁共振
14.7.3 4f离子:稀土族
14.7.4 交换相互作用
14.7.5 关于晶体场理论的问题
14.7.6 弛豫过程
14.7.7 声学顺磁共振
14.7.8 磁性绝缘体中的合作现象——反铁磁性
14.7.9 Heisenberg-Dirac模型和自旋波
14.8 铁磁性和亚铁磁性
14.8.1 铁磁共振
14.8.2 磁畴
14.8.3 亚铁磁性和铁磁性
14.8.4 晶体结构
14.8.5 磁记录
14.8.6 泡状磁畴
14.8.7 稀土金属及其合金
14.9 变化着的格局
14.9.1 近藤(Kondo)效应
14.9.2 中间价态和重Fermi子
14.9.3 非晶态磁性和薄膜
14.10 核磁性
14.10.1 核磁共振(NMR)
14.10.2 核退磁
14.11 结论
参考文献
第15章 原子核动力学
15.1 背景
15.1.1 核质量与液滴模型
15.2 作为多体问题的核动力学
15.3 第二次世界大战的影响
15.4 技术进步
15.4.1 1930年的技术
15.4.2 加速器
15.4.3 中子源
15.4.4 测量装置和探测器
15.5 原子核的壳层结构
15.6 原子核中的集体运动
15.6.1 巨共振
15.6.2 低能集体模式
15.6.3 相互作用玻色子模型
15.7 核散射与核反应
15.7.1 复合核
15.7.2 直接反应理论
15.7.3 电子散射
15.8 新同位素和新元素
15.8.1 超铀元素
15.9 元素的产生
参考文献
第16章 单位、标准和常量
16.1 引言
16.2 单位和标准.
16.2.1 质量
16.2.2 长度
16.2.3 时间和频率
16.2.4 温度
16.2.5 光度学
16.2.6 电学单位和标准
16.3 物理常量
16.3.1 常量的类型
16.3.2 光速
16.3.3 引力常量
16.3.4 常量的链接集合
16.3.5 链接测定的若干例子
16.4 应用
参考文献
本卷图片来源确认与致谢
第1卷
第1章 1900年的物理学
第2章 引进原子和原子核
第3章 量子和量子力学
第4章 相对论的历史
第5章 核力、介子和同位旋对称性
第6章 固体结构分析
第7章 热力学与平衡统计力学
第8章 非平衡统计力学:变幻莫测的时间演化
……
前言/序言
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20世纪物理学(第1卷):经典物理学的黄昏与量子革命的黎明 本书聚焦于20世纪物理学风起云涌的开端,深入剖析了十九世纪末经典物理学体系所面临的危机,以及由此催生的、彻底颠覆人类对物质和能量理解的革命性理论——量子力学的诞生与早期发展。 第一部分:经典物理学的辉煌与裂痕(约 1890-1910 年) 本卷将首先描绘十九世纪末物理学界普遍持有的“大厦已基本建成”的乐观景象。麦克斯韦的电磁理论、热力学定律、以及牛顿力学构成了坚实的基础,物理学家们相信,剩下的工作不过是精确化这些理论。然而,表面下的暗流已在涌动。 第一章:电磁学与以太之谜 本章详述了十九世纪末电磁学研究的巅峰成就。我们将详细考察麦克斯韦方程组的完备性,以及赫兹对电磁波存在的实验验证。然而,伴随着光速测量的精确化,关于光传播介质——“以太”的争论达到了白热化。 迈克耳孙-莫雷实验的冲击: 对零结果的深入分析,揭示了经典时空观的根本性矛盾。本章将详细重构该实验的精妙设计,以及它对物理学界造成的最初困惑。 洛伦兹变换的诞生与预兆: 探讨洛伦兹如何为解释以太拖曳现象而构建的变换式,以及这些数学结构如何不经意间触及了相对论的边界,尽管当时其物理意义尚未被完全理解。 第二章:热力学与黑体辐射的困境 十九世纪末,热力学定律在宏观尺度上取得了无可匹敌的成功,但在微观层面上,它遭遇了无法解决的难题。 瑞利-金斯定律的失败: 详细阐述了基于经典电磁理论和统计力学推导出的黑体辐射定律,特别是“紫外灾难”的数学表现——能量密度随频率的平方趋于无穷大。这不仅是对理论的挑战,更是对能量连续性的深刻质疑。 普朗克的革命性假设: 集中笔墨分析1900年马克斯·普朗克为解决黑体辐射问题而引入的“量子假设”($E=h
u$)。本章将探讨普朗克本人对这一假设的矛盾心理——将其视为一种数学上的“权宜之计”,而非物理实在的彻底改变。量子概念的首次登场,及其最初在物理学界受到的冷遇。 第三章:原子结构的不解之谜 在经典物理框架下,原子被视为一个稳定的结构,但实验证据开始指向相反的方向。 汤姆孙的电子发现: 电子的发现如何首次揭示了原子内部的亚结构,打破了原子不可分割的观念。 卢瑟福的行星模型与稳定性危机: 介绍α粒子散射实验如何推翻了“葡萄干布丁”模型,确立了原子核的存在。然而,经典电磁理论预言:绕核运动的电子会不断辐射能量并螺旋坠入原子核,原子结构必然在一瞬间崩溃。这一稳定性危机成为推动新物理学发展的核心动力。 第二部分:狭义相对论的建立与时空观的重塑(约 1905-1915 年) 本卷随后转向爱因斯坦的贡献,探讨他如何通过两个看似不相关的领域——光速不变性和等效原理——重建了物理学的时空基础。 第四章:狭义相对论的基石 本章着重分析爱因斯坦1905年论文的逻辑结构,其建立在两个基本公设之上。 光速不变原理的普遍性: 考察爱因斯坦如何将迈克耳孙-莫雷实验的结果提升为普适定律,而非仅仅是光学上的异常现象。 相对性原理的推广: 探讨狭义相对论如何将伽利略的相对性原理扩展到所有电磁和力学现象。 同时性的相对性与时间膨胀: 详细推导和阐释运动时钟的变慢,以及“同时”概念如何依赖于观察者的参照系。我们将通过思想实验来清晰说明这些反直觉的结论。 第五章:质能等价与动量概念的修正 狭义相对论不仅改变了我们对空间和时间的看法,也彻底重塑了质量和能量的观念。 质能方程 ($E=mc^2$) 的推导: 分析爱因斯坦如何通过动量守恒和能量守恒导出这一革命性关系,它揭示了质量和能量的内在同一性。 相对论性动量与能量: 探讨经典力学公式在高速运动下的失效,以及引入洛伦兹因子后,动量和能量如何保持其守恒性,为粒子物理学奠定了基础。 第六章:引力的挑战与广义相对论的酝酿 狭义相对论的成功暴露了牛顿引力理论的缺陷——引力作用的瞬时性与相对论的要求相悖。 等效原理的确立: 深入分析爱因斯坦如何通过观察电梯中的情景,认识到引力质量与惯性质量的等价性,并由此推断出引力效应可以被加速参考系等效替代。 弯曲时空的初步构想: 介绍爱因斯坦开始寻求一个能将引力纳入相对论框架的几何描述,为后续引力场方程的建立埋下伏笔。 第三部分:量子理论的深化与初期冲突(约 1910-1920 年) 本卷最后聚焦于量子概念如何在原子光谱和光电效应中得到进一步的、更具物理实在性的确认,并引发了物理学家们之间深刻的分歧。 第七章:玻尔模型的胜利与局限 为了解决原子的稳定性危机,尼尔斯·玻尔提出了第一个成功的量子原子模型。 定态假设与角动量量子化: 详细解释玻尔如何引入“定态”和“角动量量子化”($L=nhbar$)来解释原子为何不辐射能量,以及如何成功计算出氢原子的谱线位置。 能级与辐射跃迁: 分析光子如何充当能量的“信使”,实现原子内电子能级间的非连续性跃迁。 模型的失败: 尽管取得了巨大成功,本章也将指出玻尔模型的局限性——它仅仅是经典理论与新假设的拼凑,无法解释更复杂的原子结构或强度问题。 第八章:光子概念的最终确立 普朗克的假设一度被视为数学技巧,但爱因斯坦在光电效应上的工作使其成为了物理实在。 光电效应的经典解释障碍: 阐述为什么光强度和频率的经典预测(例如电子发射延迟)与实验观测到的即时性和频率依赖性完全矛盾。 爱因斯坦的光量子(光子)理论: 深入分析爱因斯坦如何将普朗克的能量量子概念应用于光本身,提出光是由离散能量包组成的,并成功地解释了光电效应的全部特征。光子概念的提出,标志着对光是纯粹波动这一观念的第一次重大挑战。 第九章:早期量子概念的哲学辩论 本卷以对物理学界早期反思作结。 波动-粒子二象性的萌芽: 讨论早期物理学家(包括爱因斯坦本人在内)对光量子概念的抗拒与接受过程,以及波动性与粒子性之间的根本冲突。 向新物理学的过渡: 总结在1920年前夕,经典物理学的两大支柱——时空概念(被相对论改造)和能量/物质概念(被量子化)——均已遭到颠覆性挑战,物理学正站在一个全新的、充满不确定性的领域门槛上。 本书以严谨的史实叙述和清晰的物理学逻辑,带领读者重温了二十世纪物理学从成熟走向分裂、从经典走向量子的关键十年,为后续量子力学和广义相对论的全面爆发奠定了不可或缺的背景。