本書第1章是對經(jīng)典物理學體系基本完整的概述，可作為傳統(tǒng)大學物理最基本的學習內(nèi)容；第2章原子與電子是從經(jīng)典到現(xiàn)代的過渡；第3章是相對論部分，包括了廣義相對論和宇宙學；第4-9章分別是量子力學及由其衍生發(fā)展的量子信息、量子光學、凝聚態(tài)物理；第10章是現(xiàn)代物理學的發(fā)展。本書重點突出物理理論的邏輯體系和思想性，內(nèi)容編寫盡可能提供了必須的量化公式，但除第1章以外，其他章節(jié)內(nèi)容的學習可以對量化計算不做要求，讀者可以選擇開展內(nèi)容所對應的課題研究。本書是為非物理學專業(yè)的理工科學生系統(tǒng)學習現(xiàn)代物理學體系編寫的，由于內(nèi)容以現(xiàn)代物理學的理論和邏輯體系為主，可作為試點改革的教學教材替代傳統(tǒng)的大學物理教材。由于首次嘗試將從經(jīng)典物理到量子信息等物理學前沿發(fā)展放在一起。
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目錄
序言
前言
緒論 1
第1章 經(jīng)典物理概述 4
1.1 機械運動的基本規(guī)律 4
1.1.1 測量與運動的量化 4
1.1.2 機械運動的分類及其描述方法 6
1.1.3 慣性定律及牛頓三定律 13
1.1.4 角動量定理及剛體轉(zhuǎn)動規(guī)律 17
1.1.5 諧振動及其疊加 22
1.1.6 簡諧波及其相干疊加 26
1.1.7 理想流體的壓強與伯努利方程 32
1.1.8 分析力學基礎 36
1.2 熱物理概述 43
1.2.1 熱力學系統(tǒng)及其基本描述 43
1.2.2 溫度與熱力學第零定律 44
1.2.3 熱機與熱力學第一定律 45
1.2.4 做功、傳熱和系統(tǒng)的內(nèi)能 47
1.2.5 熱機效率極限與熵 49
1.2.6 制冷與熱力學第三定律 51
1.2.7 麥克斯韋分布和玻爾茲曼分布 54
1.2.8 熵的微觀統(tǒng)計意義 58
1.2.9 信息撕簡介 62
1.3 電磁運動規(guī)律 63
1.3.1 電荷與電場 63
1.3.2 穩(wěn)恒電流的磁場 68
1.3.3 靜電場和穩(wěn)恒磁場的散度和旋度 73
1.3.4 介質(zhì)的極化和磁化 76
1.3.5 法拉第電磁感應定律電磁場的互相轉(zhuǎn)化 80
1.3.6 光的干涉與測量 84
1.3.7 光的偏振性 90
第2章 原子與電子 92
2.1 原子及其結(jié)構(gòu)的探索 92
2.1.1 原子論的確立 92
2.1.2 電子的發(fā)現(xiàn)與原子結(jié)構(gòu)的探索 93
2.2 原子理論模型的早期發(fā)展 95
2.2.1 黑體輻射與普朗克的能量量子 95
2.2.2 光電效應和愛因斯坦的光量子假說 98
2.2.3 原子的譜線及玻爾的定態(tài)原子理論 99
2.3 電子自旋及其簡單應用 103
2.3.1 電子自旋 103
2.3.2 元素周期表的量子解釋 105
2.3.3 塞曼效應 106
2.4 激光 107
第3章 相對論與電磁場 111
3.1 狹義相對論 111
3.1.1 光速與經(jīng)典物理的困局 111
3.1.2 相對時空觀和狹義相對論的基本假設 114
3.1.3 洛倫茲變換 117
3.1.4 相對論力學 119
3.1.5 相對論的四維時空表示 119
3.2 廣義相對論 123
3.2.1 理論背景 123
3.2.2 兩個基本假設和理論框架簡介 124
3.2.3 廣義相對論理論預言的驗證 129
3.3 宇宙論簡介 131
3.4 電磁波的傳播 136
3.4.1 電磁波的平面簡諧波的求解 137
3.4.2 真空中電磁場的推遲勢和電磁波的輻射 140
3.5 四維形式的電磁場方程 143
3.5.1 電荷守恒定律 144
3.5.2 達朗貝爾方程 145
3.5.3 四維形式的麥克斯韋方程組 .145
第4章 量子力學的波動理論 148
4.1 物質(zhì)波理論 149
4.1.1 物質(zhì)波及其統(tǒng)計詮釋 149
4.1.2 物質(zhì)波的相干疊加性 151
4.2 薛定諤方程 152
4.2.1 薛定諤方程的建立 152
4.2.2 定態(tài)薛定諤方程 154
4.2.3 定態(tài)薛定愕方程的應用 155
第5章 量子力學的形式理論 162
5.1 量子力學的算符理論 162
5.1.1 A學量與算符 162
5.1.2 算符的基本運算 165
5.1.3 厄米算符及力學量的測量 166
5.2 希爾伯特空間狄拉克符號 169
5.2.1 力學量的矩陣表示 169
5.2.2 狄拉克符號 170
5.3 量子體系的純態(tài)和混合態(tài) 172
5.4 量子不確定關(guān)系 174
第6章 量子信息導論 176
6.1 量子信息和量子比特 176
6.1.1 量子信息比特的基本概念 176
6.1.2 量子態(tài)的不可克隆性 178
6.2 量子計算和典型量子算法介紹 180
6.2.1 量子計算的基本概念 180
6.2.2 典型量子算法介紹 183
6.3 量子糾纏與量子通信 190
6.3.1 EPR佯謬及量子糾纏 190
6.3.2 量子態(tài)的隱形傳輸 195
6.4 量子密碼學 196
第7章 量子光學及量子信息的技術(shù)實現(xiàn) 200
7.1 電磁場的量子化 200
7.2 典型的非經(jīng)典量子光場態(tài) 202
7.2.1 粒子數(shù)態(tài)（Fock態(tài)） 202
7.2.2 相干態(tài) 203
7.2.3 壓縮態(tài) 204
7.3 量子場的維格納分布函數(shù) 208
7.4 光與原子相互作用 210
7.4.1 半經(jīng)典理論 210
7.4.2 全量子理論 213
7.5 原子相干輻射電磁誘導透明現(xiàn)象 215
7.6 量子計算物理平臺 218
7.6.1 光量子計算平臺 218
7.6.2 量子退相干 220
7.6.3 離子阱平臺 220
7.6.4 中性原子陣列平臺 222
7.6.5 核磁共振平臺 223
7.6.6 量子點平臺 225
7.6.7 金剛石氮-空位色心平臺 225
7.6.8 超導量子電路平臺 227
第8章 熱力學與統(tǒng)計物理基礎 230
8.1 熱力學基礎 230
8.1.1 熱力學系統(tǒng) 230
8.1.2 熱力學基本狀態(tài)函數(shù) 233
8.2 物態(tài)的分類及相變 238
8.3 統(tǒng)計物理學基本方法 242
8.3.1 微觀粒子的狀態(tài) 242
8.3.2 系統(tǒng)微觀狀態(tài)數(shù)量的統(tǒng)計 244
8.3.3 玻爾茲曼分布 245
8.3.4 玻色與費米統(tǒng)計 247
第9章 凝聚態(tài)物理導論 252
9.1 物質(zhì)的凝聚現(xiàn)象 252
9.1.1 凝聚現(xiàn)象概述 252
9.1.2 實際氣體的狀態(tài) 253
9.1.3 氣液固相變基本現(xiàn)象 256
9.1.4 固液氣相變的理論 258
9.1.5 金茲堡-朗道相變理論 261
9.2 固體物理概述 263
9.3 晶體的結(jié)構(gòu) 264
9.3.1 晶體的空間點陣 265
9.3.2 晶體微觀粒子間的結(jié)合力 268
9.4 能帶理論及晶體的導電性能 270
9.4.1 近自由電子模型及布洛赫定理 270
9.4.2 克勒尼希-彭尼（Kronig - Penney）模型 272
9.4.3 能帶與導帷 274
9.4.4 雜質(zhì)半導體與pn結(jié) 276
9.5 晶格振動與聲子 278
9.6 超導現(xiàn)象 281
9.6.1 超導實驗現(xiàn)象 281
9.6.2 倫敦唯象理論 283
9.6.3 金茲堡_朗道相變理論 284
9.6.4 BCS理論簡述 286
第10章 現(xiàn)代物理學的發(fā)展 290
10.1 量子傳感技術(shù) 290
10.2 新形態(tài)能源 293
10.3 新型材料的發(fā)展 295
10.4 光子微結(jié)構(gòu)材料 300
10.5 納米結(jié)構(gòu)中電子的量子輸運現(xiàn)象 304
10.6 生物物理學的發(fā)展 307
參考書目 312
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