物理学中的理论概念

本书以一种独创、新颖且全面综合的方法对物理学中的理论研究进行了探讨，并以真实的物理学是科学家不断探索和实践的结果的视角阐述主题。作者试图将本书作为大学本科高年级物理课程的补充读物，并假定读者对普通物理的知识已有所了解。利用对7个专题的系列研究，作者着重描述了理论物理学中某些最难的概念、科学家们充满智慧的艰难探索，以及研究和发现所带来的激动和欣喜。这些专题研究包括牛顿运动定律和万有引力定律起源、麦克斯韦方程组、线性/非线性力学与动力学、热力学与统计物理、量子概念起源、狭义相对论、广义相对论与宇宙学。本版在处理方式上与受到读者高度好评的第1版相同，但在第1版的基础上做了全面修订，并增加了许多新的论题。本书适合用作研究生和高年级本科生的教材。译者是在各专题领域工作多年的著名学者。

前言 第1章 引言 1.1对读者的说明 1.2本书的由来 1.3对读者的告诫 1.4物理和理论物理的本质 1.5环境的影响 1.6本书的计划 1.7致歉和鼓励的话 1.8参考文献 专题1 牛顿运动定律和万有引力定律起源 第2章 从托勒密到开普勒——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开普勒与天体和谐 2.5参考文献 第3章 伽利略与物理科学的本质 3.1引言 3.2作为实验物理学家的伽利略 3.3伽利略望远镜的发现 3.4问题的要点 3.5对伽利略的审判 3.6伽利略相对论 3.7反思 3.8参考文献 第4章 牛顿与引力定律 4.1引言 4.2林肯郡（1642~1661） 4.3剑桥（1661~1665） 4.4林肯郡（1665~1667） 4.5剑桥（1667~1696） 4.6炼金术士牛顿 4.7对古代经典的解读 4.8伦敦（1696~1727） 4.9参考文献 第4章附录 关于圆锥截面和有心轨道的注释 专题2 麦克斯韦方程组 第5章 麦克斯韦方程组的起源 5.1电磁学的发端 5.2法拉第及其力线——没有数学的数学 5.3麦克斯韦怎样导出电磁场方程组 5.4赫兹与电磁波的发现 5.5反思 5.6参考文献 第5章附录有用的矢量场 第6章 改写电磁学史 6.1引言 6.2麦克斯韦矢量方程组 6.3电磁学的高斯定理 6.4与时间无关的场是保守力场 6.5电磁学的边界条件 6.6安培环路定理 6.7法拉第电磁感应定律 6.8本构方程 6.9导出库仑定律 6.10导出毕奥萨伐尔定律 6.11解释介质中的麦克斯韦方程组 6.12电磁场的能量密度 6.13结束语 6.14参考文献 专题3 线性/非线性力学与动力学 第7章 力学与动力学方法 7.1牛顿运动定律 7.2“最小作用”原理 7.3欧拉拉格朗日方程 7.4小振动与简正模式 7.5守恒定律与对称性 7.6哈密顿量与泊松括号 7.7提示 7.8参考文献 第7章附录流体运动 第8章 量纲分析、混沌与自组织临界性 8.1引言 8.2量纲分析 8.3混沌简介 8.4标度律与自组织临界性 8.5超越计算 8.6参考文献 专题4 热力学与统计物理 第9章 热力学基础 9.1热量和温度 9.2热的分子动理论与热质论 9.3热力学第一定律 9.4热力学第二定律的起源 9.5热力学第二定律 9.6熵 9.7熵增原理 9.8合并了热力学第一、第二定律的微分式 9.9参考文献 第9章附录麦克斯韦关系和雅克比行列式 第10章 气体动理论与统计力学的起源 10.1气体动理论 10.2气体动理论（第一版本） 10.3气体动理论（第二版本） 10.4麦克斯韦速度分布 10.5气体的黏滞度 10.6热力学第二定律的统计性质 10.7熵与概率 10.8熵与态密度 10.9吉布斯熵与信息 10.10结束语 10.11参考文献 专题5 量子概念起源 第11章 1895年前的黑体辐射 11.1 1890年物理的状态 11.2辐射发射和吸收的基尔霍夫定律 11.3斯特藩玻尔兹曼定律 11.4维恩位移律及黑体辐射谱 11.5参考文献 第12章 1895~1990：普朗克与黑体辐射谱 12.1普朗克的早期生涯 12.2热平衡中的振子与它们的辐射 12.3谐振子的平衡辐射谱 12.4通向黑体辐射谱 12.5普朗克辐射定律的最初形式 12.6瑞利与黑体辐射谱 12.7黑体辐射定律与实验的比较 12.8参考文献 第12章附录瑞利1900年带原始脚注的文章 第13章 黑体辐射的普朗克理论 13.1引言 13.2统计力学的玻尔兹曼方法 13.3普朗克的分析 13.4普朗克和自然单位 13.5普朗克和h的物理意义 13.6为什么普朗克找到了正确的答案 13.7参考文献 第14章 爱因斯坦和光的量子化 14.1爱因斯坦的奇迹年 14.2关于光的产生和转化的一个启发性观点 14.3固体的量子理论 14.4德拜的比热容理论 14.5再论气体比热容 14.6结束语 14.7参考文献 第15章 量子假说的胜利 15.11909年的情况 15.2盒中粒子的涨落 15.3随机叠加的波的涨落 15.4黑体辐射中的涨落 15.5第一届索尔维会议 15.6玻尔的氢原子理论 15.7爱因斯坦（1916）“关于辐射的量子理论” 15.8故事结语 15.9参考文献 第15章附录存在噪声时对信号的探测 专题6 狭义相对论 第16章 狭义相对论——不变量的研究 16.1引言 16.2几何和洛伦兹变换 16.3三维矢量和四维矢量 16.4相对论动力学——动量和力的四维矢量 16.5描述运动的相对论方程 16.6频率四维矢量 16.7洛伦兹收缩和磁场起源 16.8反思 16.9参考文献 专题7 广义相对论与宇宙学 第17章 广义相对论初步 17.1引言 17.2相对论引力的本质特征 17.3各向同性的弯曲空间 17.4通往广义相对论之路 17.5施瓦西度规 17.6围绕点质量的粒子轨迹 17.7行星轨道近日点进动 17.8施瓦西时空中的光线 17.9黑洞附近的粒子和光线 17.10施瓦西黑洞周围的圆轨道 17.11参考文献 第17章附录各向同性弯曲空间 第18章 宇宙学技术 18.1引言 18.2约瑟夫·夫琅禾费 18.3摄影术的发明 18.4新一代望远镜 18.5天文学基金 18.6电子革命 18.7第二次世界大战的影响 18.8紫外线、X射线、γ射线天文学 18.9反思 18.10参考文献 第19章 宇宙学 19.1宇宙学和物理学 19.2基本宇宙学数据 19.3罗伯逊沃克度规 19.4宇宙观测 19.5历史插曲——稳态理论 19.6标准世界模型 19.7宇宙的热历史 19.8早期宇宙的核合成 19.9最好的宇宙学模型 19.10参考文献 第19章附录空宇宙的罗伯逊沃克度规 后记 索引

马尔科姆·朗盖尔（Malcolm Longair）教授1941年出生于苏格兰，1967年在剑桥大学卡文迪许（Cavendish）实验室获博士学位。1968—1969年，他作为英国皇家学会的交换访问学者在莫斯科列别捷夫（Lebedev）研究所工作。其后他又六次作为交换学者访问前苏联空间研究所，并在美国多个研究所和天文台担任访问教授。从1980年到1990年，他同时担任苏格兰皇家学会天文学家、爱丁堡（Edinburgh）大学钦定天文学讲座教授和爱丁堡皇家天文台台长。他在1991—1997年期间任卡文迪许实验室副主任，专门负责物理教学工作，并在1997年以后成为卡文迪许实验室主任。朗盖尔教授获得过多项奖项，其中包括在1986年2月获得首届大不列颠学习与丰富生活传播奖。1990年12月，他在电视上作了题为“我们宇宙的起源”的系列讲座，该讲座是皇家科学研究所在圣诞节期间专为青少年开设的。他在2000年千禧年授勋中荣膺高级英帝国勋位爵士封号。朗盖尔教授的主要研究领域为高能天体物理与天体物理宇宙学。他撰写了多部学术著作，并发表了超过250篇研究论文。

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