本书为量子力学,系美国[]物理学家为本科生所作的演讲。本书共分三卷,[]卷包括力学、相对论、光学、气体分子运动理论、热力学、波。第二卷主要是电磁学,第三卷为量子力学。
费恩曼(R.P.Feynman),1942年在普林斯顿获得博士学位,曾在康奈尔大学和加利福尼亚理工学院任教。1965年,因他在量子电动力学方面的工作和朝永振一郎及施温格(J.Schwinger)同获诺贝尔物理学奖。
第1章 原子的运动§1—1 引言§1—2 物质是原子构成的§1—3 原子过程§1—4 化学反应第2章 基本物理§2—1 引言§2—2 1920年以前的物理学§2—3 量子物理学§2—4 原子核与粒子第3章 物理学与其他科学的关系§3—1 引言§3—2 化学§3—3 生物学§3—4 天文学§3—5 地质学§3—6 心理学§3—7 情况何以会如此第4章 能量守恒§4—1 什么是能量§4—2 重力势能§4—3 动能§4—4 能量的其他形式第5章 时间与距离§5—1 运动§5—2 时间§5—3 短的时间§5—4 长的时间§5—5 时间的单位和标准§5—6 长的距离§5—7 短的距离第6章 概率§6—1 机会和可能性§6—2 涨落§6—3 无规行走§6—4 概率分布§6—5 不确定性原理第7章 万有引力理论§7—1 行星运动§7—2 开普勒定律§7—3 动力学的发展§7—4 牛顿引力定律§?—5 万有引力§7—6 卡文迪什实验§7—7 什么是引力§7—8 引力与相对论第8章 运动§8—1 运动的描述§8—2 速率§8—3 速率作为导数§8—4 距离作为积分§8—5 加速度第9章 牛顿的动力学定律§9—1 动量和力§9—2 速率与速度§9—3 速度、加速度以及力的分量§9—4 什么是力§9—5 动力学方程的含义§9—6 方程的数值解§9—7 行星运动第10章 动量守恒§10—1 牛顿第三定律§10—2 动量守恒§10—3 动量是守恒的§10—4 动量和能量§10—5 相对论性动量第11章 矢量§11—1 物理学中的对称性§11—2 平移§11—3 转动§11—4 矢量§11—5 矢量代数§11—6 牛顿定律的矢量表示法§11—7 矢量的标积第12章 力的特性§12—1 什么是力§12—2 摩擦力§12—3 分子力§12—4 基本力、场§12—5 赝力§12—6 核力第13章 功与势能(上)§13—1 落体的能量§13—2 万有引力所作的功§13—3 能量的求和§13—4 巨大物体的引力场第14章 功与势能(下)§14—1 功§14—2 约束运动§14—3 保守力§14—4 非保守力§14—5 势与场第15章 狭义相对论§15—1 相对性原理§15—2 洛伦兹变换§15—3 迈克耳逊—莫雷实验§15—4 时间的变换§15—5 洛伦兹收缩§15—6 同时性§15—7 四维矢量§15—8 相对论动力学§15—9 质能相当性第16章 相对论中的能量与动量§16—1 相对论与哲学家§16—2 孪生子佯谬§16—3 速度的变换§16—4 相对论性[]§16—5 相对论性能量第17章 时空§17—1 时空几何学§17—2 时空间隔§17—3 过去,现在和将来§17—4 四维矢量的进一步讨论§17—5 四维矢量代数第18章 二维空间中的转动§18—1 质心§18—2 刚体的转动§18—3 角动量§18—4 角动量守恒第19章 质心、转动惯量§19—1 质心的性质§19—2 质心位置的确定§19—3 转动惯量的求法§19—4 转动动能第20章 空间转动§20—1 三维空间中的转矩§20—2 用叉积表示的转动方程式§20—3 回转仪§20—4 固体的角动量第21章 谐振子§21—1 线性微分方程§21—2 谐振子§21—3 简谐运动和圆周运动§21—4 初始条件§21—5 受迫振动第22章 代数学§22—1 加法和乘法§22—2 逆运算§22—3 抽象和推广§22—4 无理数的近似计算§22—5 复数§22—6 虚指数第23章 共振§23—1 复数和简谐运动§23—2 有阻尼的受迫振子§23—3 电共振§23—4 自然界中的共振现象第24章 瞬变态§24—1 振子的能量§24—2 阻尼振动§24—3 电瞬变态第25章 线性及其综述§25—1 线性微分方程§25—2 解的叠力口§25—3 线性中的振动§25—4 物理学中的类比§25—5 串联和并联阻抗第26章 光学:[]短时间原理§26—1 光§26—2 反射与[]射§26—3 费马[]短时间原理§26—4 费马原理的应用§26—5 费马原理的更表述§26—6 []短时间原理是怎样起作用的第27章 几何光学§27—1 引言§27—2 球面的焦距§27—3 透镜的焦距§27—4 放大率§27—5 透镜组§27—6 像差§27—7 分辨本领第28章 电磁辐射§28—1 电磁学§28—2 辐射§28—3 偶极辐射子§28—4 干涉第29章 干涉§29—1 电磁波§29—2 辐射的能量§29—3 正弦波§29—4 两个偶极辐射子§29—5 干涉的数学第30章 衍射§30—1 n个相同振子的合振幅§30—2 衍射光栅§30—3 光栅的分辨本领§30—4抛物形天线§30—5 彩色薄膜、晶体§30—6 不透明屏的衍射§30—7 振荡电荷组成的平面所产生的场第31章 []射率的起源§31—1 []射率§31—2 物质引起的场§31—3 色散§31—4 吸收§31—5 电波所携带的能量§31—6 屏的衍射第32章 辐射阻尼、光的散射§32—1 辐射电阻§32—2 台皂量辐射率§32—3 辐射阻尼§32—4 []立的辐射源§32—5 光的散射第33章 偏振§33—1 光的电矢量§33—2 散射光的偏振性§33—3 双[]射§33—4 起偏振器§33—5 旋光性§33—6 反射光的强度§33—7 反常[]射第34章 辐射中的相对论性效应§34—1 运动辐射源§34—2 求“表观”运动§34—3 同步辐射§34—4 宇宙中的同步辐射§34—5 轫致辐射§34—6 多普勒效应§34—7 w、k四元矢量§34—8 光行差§34—9 光的动量第35章 色视觉§35—1 人眼§35—2 颜色依赖于光的强度§35—3 色感觉的测量§35—4 色品图§35—5 色视觉的机制§35—6 色视觉的生理化学第36章 视觉的机制§36—1 颜色的感觉§36—2 眼睛的生理学§36—3 视杆细胞§36—4 (昆虫的)复眼§36—5 其他的眼睛§36—6 视觉的神经学第37章 量子行为§37—1 原子力学§37—2 实验§37—3 波的实验§37—4 电子的实验§37—5 电子波的干涉§37—6 追踪电子§37—7 量子力学的基本原理§37—8 不确定性原理第38章 波动观点与粒子观点的关系§38—1 概率波幅§38—2 位置与动量的测量§38—3 晶体衍射§38—4 原子的大小§38—5 能级§38—6 哲学含义第39章 气体分子动理论§39—1 物质的性质§39—2 气体的压强§39—3 辐射的压缩性§39—4 温度和动能§39—5 理想气体定律第40章 统计力学原理§40—1 大气的指数变化律§40—2 玻尔兹曼定律§40—3 液体的蒸发§40—4 分子的速率分布§40—5 气体比热§40—6 经典物理的失败第41章 布朗运动§41—1 能量均分§41—2 辐射的热平衡§41—3 能量均分与量子振子§41—4 无规行走第42章 分子动理论的应用§42—1 蒸发§42—2 热离子发射§42—3 热电离§42—4 化学动力学§42—5 爱因斯坦辐射律第43章 扩散§43—1 分子间的碰撞§43—2 平均自由程§43—3 漂移速率§43—4 离子电导率§43—5 分子扩散§43—6 热导率第44章 热力学定律§44—1 热机、[]定律§44—2 第二定律§44—3 可逆机§44—4 理想热机的效率§44—5 热力学温度§44—6 熵第45章 热力学示例§45—1 内能§45—2 应用§45—3 克劳修斯—克拉珀龙方程第46章 棘轮和掣爪§46—1 棘轮是怎样工作的§46—2 作为热机的棘轮§46—3 力学中的可逆性§46—4 不可逆性§46—5 序与熵第47章 声、波动方程§47—1 波§47—2 声的传播§47—3 波动方程§47—4 波动方程的解§47—5 声速第48章 拍§48—1 两列波的相加§48—2 拍符和调制§48—3 旁频带§48—4 定域波列§48—5 粒子的概率幅§48—6 三维空间的波§48—7 简正模式第49章 波模§49—1 波的反射§49—2 具有固有频率的约束波§49—3 二维波模§49—4 耦合摆§49—5 线性第50章 谐波§50—1 乐音§50—2 傅里叶级数§50—3 音色与谐和§50—4 傅里叶系数§50—5 台皂量定理§50—6 非线性响应第51章 波§51—1 舷波§51—2 冲击波§51—3 固体中的波§51—4 表面波第52章 物理定律的对称性§52—1 对称[]作§52—2 空间与时间的对称性§52—3 对称性与守恒定律§52—4 镜面反射§52—5 极矢量与轴矢量§52—6 哪一只是右手§52—7 宇称不守恒§52—8 反物质§52—9 对称破缺索引附录
费恩曼(R.P.Feynman),1942年在普林斯顿获得博士学位,曾在康奈尔大学和加利福尼亚理工学院任教。1965年,因他在量子电动力学方面的工作和朝永振一郎及施温格(J.Schwinger)同获诺贝尔物理学奖。
第1章 原子的运动§1—1 引言§1—2 物质是原子构成的§1—3 原子过程§1—4 化学反应第2章 基本物理§2—1 引言§2—2 1920年以前的物理学§2—3 量子物理学§2—4 原子核与粒子第3章 物理学与其他科学的关系§3—1 引言§3—2 化学§3—3 生物学§3—4 天文学§3—5 地质学§3—6 心理学§3—7 情况何以会如此第4章 能量守恒§4—1 什么是能量§4—2 重力势能§4—3 动能§4—4 能量的其他形式第5章 时间与距离§5—1 运动§5—2 时间§5—3 短的时间§5—4 长的时间§5—5 时间的单位和标准§5—6 长的距离§5—7 短的距离第6章 概率§6—1 机会和可能性§6—2 涨落§6—3 无规行走§6—4 概率分布§6—5 不确定性原理第7章 万有引力理论§7—1 行星运动§7—2 开普勒定律§7—3 动力学的发展§7—4 牛顿引力定律§?—5 万有引力§7—6 卡文迪什实验§7—7 什么是引力§7—8 引力与相对论第8章 运动§8—1 运动的描述§8—2 速率§8—3 速率作为导数§8—4 距离作为积分§8—5 加速度第9章 牛顿的动力学定律§9—1 动量和力§9—2 速率与速度§9—3 速度、加速度以及力的分量§9—4 什么是力§9—5 动力学方程的含义§9—6 方程的数值解§9—7 行星运动第10章 动量守恒§10—1 牛顿第三定律§10—2 动量守恒§10—3 动量是守恒的§10—4 动量和能量§10—5 相对论性动量第11章 矢量§11—1 物理学中的对称性§11—2 平移§11—3 转动§11—4 矢量§11—5 矢量代数§11—6 牛顿定律的矢量表示法§11—7 矢量的标积第12章 力的特性§12—1 什么是力§12—2 摩擦力§12—3 分子力§12—4 基本力、场§12—5 赝力§12—6 核力第13章 功与势能(上)§13—1 落体的能量§13—2 万有引力所作的功§13—3 能量的求和§13—4 巨大物体的引力场第14章 功与势能(下)§14—1 功§14—2 约束运动§14—3 保守力§14—4 非保守力§14—5 势与场第15章 狭义相对论§15—1 相对性原理§15—2 洛伦兹变换§15—3 迈克耳逊—莫雷实验§15—4 时间的变换§15—5 洛伦兹收缩§15—6 同时性§15—7 四维矢量§15—8 相对论动力学§15—9 质能相当性第16章 相对论中的能量与动量§16—1 相对论与哲学家§16—2 孪生子佯谬§16—3 速度的变换§16—4 相对论性[]§16—5 相对论性能量第17章 时空§17—1 时空几何学§17—2 时空间隔§17—3 过去,现在和将来§17—4 四维矢量的进一步讨论§17—5 四维矢量代数第18章 二维空间中的转动§18—1 质心§18—2 刚体的转动§18—3 角动量§18—4 角动量守恒第19章 质心、转动惯量§19—1 质心的性质§19—2 质心位置的确定§19—3 转动惯量的求法§19—4 转动动能第20章 空间转动§20—1 三维空间中的转矩§20—2 用叉积表示的转动方程式§20—3 回转仪§20—4 固体的角动量第21章 谐振子§21—1 线性微分方程§21—2 谐振子§21—3 简谐运动和圆周运动§21—4 初始条件§21—5 受迫振动第22章 代数学§22—1 加法和乘法§22—2 逆运算§22—3 抽象和推广§22—4 无理数的近似计算§22—5 复数§22—6 虚指数第23章 共振§23—1 复数和简谐运动§23—2 有阻尼的受迫振子§23—3 电共振§23—4 自然界中的共振现象第24章 瞬变态§24—1 振子的能量§24—2 阻尼振动§24—3 电瞬变态第25章 线性及其综述§25—1 线性微分方程§25—2 解的叠力口§25—3 线性中的振动§25—4 物理学中的类比§25—5 串联和并联阻抗第26章 光学:[]短时间原理§26—1 光§26—2 反射与[]射§26—3 费马[]短时间原理§26—4 费马原理的应用§26—5 费马原理的更表述§26—6 []短时间原理是怎样起作用的第27章 几何光学§27—1 引言§27—2 球面的焦距§27—3 透镜的焦距§27—4 放大率§27—5 透镜组§27—6 像差§27—7 分辨本领第28章 电磁辐射§28—1 电磁学§28—2 辐射§28—3 偶极辐射子§28—4 干涉第29章 干涉§29—1 电磁波§29—2 辐射的能量§29—3 正弦波§29—4 两个偶极辐射子§29—5 干涉的数学第30章 衍射§30—1 n个相同振子的合振幅§30—2 衍射光栅§30—3 光栅的分辨本领§30—4抛物形天线§30—5 彩色薄膜、晶体§30—6 不透明屏的衍射§30—7 振荡电荷组成的平面所产生的场第31章 []射率的起源§31—1 []射率§31—2 物质引起的场§31—3 色散§31—4 吸收§31—5 电波所携带的能量§31—6 屏的衍射第32章 辐射阻尼、光的散射§32—1 辐射电阻§32—2 台皂量辐射率§32—3 辐射阻尼§32—4 []立的辐射源§32—5 光的散射第33章 偏振§33—1 光的电矢量§33—2 散射光的偏振性§33—3 双[]射§33—4 起偏振器§33—5 旋光性§33—6 反射光的强度§33—7 反常[]射第34章 辐射中的相对论性效应§34—1 运动辐射源§34—2 求“表观”运动§34—3 同步辐射§34—4 宇宙中的同步辐射§34—5 轫致辐射§34—6 多普勒效应§34—7 w、k四元矢量§34—8 光行差§34—9 光的动量第35章 色视觉§35—1 人眼§35—2 颜色依赖于光的强度§35—3 色感觉的测量§35—4 色品图§35—5 色视觉的机制§35—6 色视觉的生理化学第36章 视觉的机制§36—1 颜色的感觉§36—2 眼睛的生理学§36—3 视杆细胞§36—4 (昆虫的)复眼§36—5 其他的眼睛§36—6 视觉的神经学第37章 量子行为§37—1 原子力学§37—2 实验§37—3 波的实验§37—4 电子的实验§37—5 电子波的干涉§37—6 追踪电子§37—7 量子力学的基本原理§37—8 不确定性原理第38章 波动观点与粒子观点的关系§38—1 概率波幅§38—2 位置与动量的测量§38—3 晶体衍射§38—4 原子的大小§38—5 能级§38—6 哲学含义第39章 气体分子动理论§39—1 物质的性质§39—2 气体的压强§39—3 辐射的压缩性§39—4 温度和动能§39—5 理想气体定律第40章 统计力学原理§40—1 大气的指数变化律§40—2 玻尔兹曼定律§40—3 液体的蒸发§40—4 分子的速率分布§40—5 气体比热§40—6 经典物理的失败第41章 布朗运动§41—1 能量均分§41—2 辐射的热平衡§41—3 能量均分与量子振子§41—4 无规行走第42章 分子动理论的应用§42—1 蒸发§42—2 热离子发射§42—3 热电离§42—4 化学动力学§42—5 爱因斯坦辐射律第43章 扩散§43—1 分子间的碰撞§43—2 平均自由程§43—3 漂移速率§43—4 离子电导率§43—5 分子扩散§43—6 热导率第44章 热力学定律§44—1 热机、[]定律§44—2 第二定律§44—3 可逆机§44—4 理想热机的效率§44—5 热力学温度§44—6 熵第45章 热力学示例§45—1 内能§45—2 应用§45—3 克劳修斯—克拉珀龙方程第46章 棘轮和掣爪§46—1 棘轮是怎样工作的§46—2 作为热机的棘轮§46—3 力学中的可逆性§46—4 不可逆性§46—5 序与熵第47章 声、波动方程§47—1 波§47—2 声的传播§47—3 波动方程§47—4 波动方程的解§47—5 声速第48章 拍§48—1 两列波的相加§48—2 拍符和调制§48—3 旁频带§48—4 定域波列§48—5 粒子的概率幅§48—6 三维空间的波§48—7 简正模式第49章 波模§49—1 波的反射§49—2 具有固有频率的约束波§49—3 二维波模§49—4 耦合摆§49—5 线性第50章 谐波§50—1 乐音§50—2 傅里叶级数§50—3 音色与谐和§50—4 傅里叶系数§50—5 台皂量定理§50—6 非线性响应第51章 波§51—1 舷波§51—2 冲击波§51—3 固体中的波§51—4 表面波第52章 物理定律的对称性§52—1 对称[]作§52—2 空间与时间的对称性§52—3 对称性与守恒定律§52—4 镜面反射§52—5 极矢量与轴矢量§52—6 哪一只是右手§52—7 宇称不守恒§52—8 反物质§52—9 对称破缺索引附录
好的,这是一本图书的详细简介,该书涵盖了物理学领域的基础概念和高级主题,但不包含《费恩曼物理学讲义:新千年版.第1卷》的内容: --- 《前沿物理学:经典与量子交汇点》 内容提要 本书旨在为物理学爱好者、高年级本科生以及研究生提供一个全面、深入且具有现代视野的物理学图景。它不再拘泥于传统的描述方式,而是着重于连接经典物理学的严谨性与现代物理学的革命性突破,尤其关注那些在21世纪依然是研究热点和理论前沿的领域。全书结构清晰,逻辑严密,旨在培养读者用现代物理学的框架去理解世界的系统性思维能力。 第一部分:经典物理学的深化与拓展 (Foundations Revisited) 本部分对我们日常经验所依赖的宏观物理学进行了一次深入的、现代视角的重述,重点在于其数学结构和与更深层次理论的联系。 第一章:连续介质动力学与场论的萌芽 本章从流体力学和固体力学出发,引入了张量分析在描述应力、应变和流场中的关键作用。我们详细探讨了粘性流体(Navier-Stokes方程的简化形式)和弹性介质的本构关系。特别地,本章引入了最小作用量原理在经典场论中的应用,如拉格朗日密度形式的力学描述,为后续的量子场论打下严格的数学基础。重点分析了保守场和非保守场(如耗散系统)的差异,并使用变分法导出欧拉-拉格朗日方程。 第二章:热力学与统计物理的微观基础 本章超越了宏观的热力学定律,直接深入到统计力学的核心。我们详细考察了系综理论:微正则系综、正则系综和巨正则系综的数学构建与应用。玻尔兹曼熵公式的概率论解释被置于核心地位。随后,本书引入了非平衡态统计力学的初步概念,如涨落的理论(Fluktuation-Dissipation Theorem的经典形式),并讨论了信息论在物理学中的应用,例如在描述复杂系统熵时的意义。对理想气体和真实气体模型的修正(如范德华方程)的微观推导被详尽阐述。 第三章:电磁学的现代表述 本章摒弃了对麦克斯韦方程组的初级罗列,转而采用规范不变性的视角来审视电磁现象。我们使用微分形式的麦克斯韦方程组,并强调了洛伦兹协变性。详细讨论了电磁场张量 $F^{mu
u}$ 的结构,并展示了其在洛伦兹变换下的变换规律。书中引入了标势和矢势的规范选择(如库仑规范和洛伦兹规范)如何影响物理量的表达,但同时强调物理结果的唯一性。针对辐射问题,则侧重于林纳德-维歇尔势(Liénard-Wiechert potentials)的推导及其在描述运动电荷辐射时的精确应用。 第二部分:量子世界的基石与扩展 (The Quantum Realm) 本部分聚焦于非相对论量子力学的核心结构,并引入了现代物理学中最基础的量子概念,为理解粒子物理和凝聚态物理做准备。 第四章:薛定谔方程及其严密解 本章从概率诠释和基本假设出发,详细讨论了薛定谔方程的构建。重点不是简单地求解“盒子里的粒子”或“谐振子”,而是深入探讨角动量量子化的代数结构。我们使用李代数(Commutation Relations)而非坐标表述来推导角动量本征值和本征函数,强调 $SU(2)$ 群的表示论。对中心势场(如库仑势)的求解,则侧重于分析氢原子能级结构的代数起源,而非仅仅是微分方程的解。 第五章:自旋、全同粒子与微扰论 本章的核心是全同粒子统计(费米子和玻色子)及其对原子和分子结构的影响,详细分析了泡利不相容原理的深远后果。随后,本章系统地介绍了时间无关和时间依赖的微扰论,这是解决几乎所有实际量子问题的主要工具。书中详细推导了高阶微扰论的公式,并讨论了色散力(如范德华力)的量子力学微扰起源,特别是利用偶极子-偶极子相互作用的二阶微扰来计算吸引力。 第六章:散射理论的解析方法 本章专门处理粒子相互作用的动力学过程。我们采用波恩近似(Born Approximation)作为起点,分析了小角度散射的近似。随后,重点转向相移分析(Phase Shift Analysis)和低能散射的理论,解释了共振现象的物理本质——当某一能量下的散射波的相位随能量变化剧烈时发生。本章也引入了勒梅尔-格曼公式(Lippmann-Schwinger Equation)的现代表述,将其作为处理相互作用的更一般化的积分方程方法。 第三部分:狭义相对论与场论的桥梁 (Relativity Meets Quantum) 本部分将狭义相对论的原理融入到量子力学框架中,是通往现代粒子物理学的关键一步。 第七章:狭义相对论的动力学与时空结构 本章强调闵可夫斯基时空的几何性质,如世界线、光锥和不变间隔。在动力学方面,本书详细推导了相对论性的动量和能量关系,并基于能量-动量四矢量的协变性,导出洛伦兹变换下的质量、能量和动量的叠加法则。重点分析了能量和动量守恒在相对论框架下的统一表述,以及静止质量的概念在相对论中的精确含义。 第八章:相对论性量子力学导论 本章致力于将狭义相对论融入量子力学,重点分析了克莱因-戈登方程(Klein-Gordon Equation)和狄拉克方程(Dirac Equation)。对于克莱因-戈登方程,本书深入讨论了其概率密度的解释困难(负概率密度问题),并引出如何将其解释为场论的起点。对于狄拉克方程,本书详细展示了其如何自然地容纳自旋1/2,并通过“负能态”的重新诠释,导出了电子和正电子的预言,这是本书中相对论性量子力学的核心成就。 附录:高级数学工具箱 本附录简要回顾了读者在阅读本书时需要掌握的高级数学工具,包括:张量代数基础、勒让德多项式的性质、球谐函数、以及群论在物理学中的初步应用(如有限群的表示)。 本书特色 强调结构而非细节堆砌: 本书专注于物理学原理的内在一致性和数学结构,如作用量原理、对称性与守恒律的联系。 现代视角: 许多经典主题(如电磁学和量子力学)都采用更贴近现代理论物理的表述方式(如规范不变性和代数方法)。 逻辑连贯性: 从经典场论出发,平滑过渡到量子力学的代数结构,再结合狭义相对论构建相对论性量子力学的基础。 本书是追求物理学深度理解的读者的理想选择,它提供了一条从经典物理学严谨性迈向现代物理学前沿的坚实路径。