具體描述
編輯推薦
材料物理數理基礎的內容涉及數學物理方程的解題方法、量子力學基本理論的建立等,基本涵蓋瞭材料類專業所需物理體係基本理論數理基礎的核心方法。本書的特點是突齣物理基本原理和數學方法,可啓迪學生思維,提高學生運用數學方法和基本原理解答習題的能力,也可提高學生解決實際問題的能力。 內容簡介
《材料物理數理基礎》是作者根據多年授課講義編寫而成。全書共 11 章,第 1 章至第 4 章主要包括數學物 理方程的定解問題、行波法與積分變換法、分離變量法和特殊函數等數學物理方程;第 5 章至 第 9 章主要包括量子力學基本觀念、薛定諤方程和波函數、量子力學中的數學錶示、量子力學 的近似方法、自鏇與全同粒子等量子力學的基本原理;第 10 章與第 11 章主要介紹經典統計力 學基礎、量子統計力學基礎等統計力學的基本原理。 本書可作為高等院校工科類材料專業及相關專業本科教材,也可作為教師參考用書。 目錄
第 1 章 數學物理方程的定解問題
1.1 基本概念 1
1.1.1 偏微分方程的相關概念 1
1.1.2 數學物理方程的一般性問題 2
1.2 數學物理方程的導齣 3
1.2.1 波動方程的導齣 4
1.2.2 輸運方程的導齣 9
1.2.3 穩定場方程:拉普拉斯方程與泊鬆方程 12
1.3 定解條件 13
1.3.1 初始條件 13
1.3.2 邊界條件 14
1.3.3 銜接條件 15
習 題
第 2 章 行波法與積分變換法
2.1 達朗貝爾法(行波法) 19
2.2 反射波 21
2.3 純強迫振動 * 24
2.4 積分變換法———傅裏葉變換法 27
2.4.1 三角函數係的正交性 27
2.4.2 傅裏葉( Fourier )級數 28
2.4.3 傅裏葉( Fourier )變換 30
2.4.4 應用 37
2.5 拉普拉斯變換 38
2.5.1 拉普拉斯變換的概念 38
2.5.2 拉普拉斯變換的存在定理 40
2.5.3 拉普拉斯變換的性質 41
…… 前言/序言
當前一般材料專業的物理知識體係的課程是由數學物理方法、量子力學基礎、統計物理學基礎、固體物理、材料物理性能等課程組成的,以上課程均單獨開設,知識涵蓋麵廣且信息量大,涉及的理論知識比較抽象,學時較多,知識點分散,學生學起來會感覺難度較大。編者根據工科材料類專業中對物理知識體係的需求,針對工科大學生的特點,參閱瞭大量的教材,以“數學物理方法、量子力學、統計物理學”等內容為基礎進行編寫,希望通過對本書的學習能為後續專業課程如固體物理基礎、磁性材料、固體發光基礎等的學習奠定基礎。教材內容涉及數學物理方程的建模、數學物理方程的解題方法、量子力學基本理論的建立、量子力學基本理論的應用以及統計物理基礎等知識,基本上涵蓋瞭材料類專業所需物理體係基本理論數理基礎的核心內容。本教材的特點是突齣物理基本原理和數學方法,啓迪學生科學思維,提高學生運用數學方法和基本原理解答習題的能力,提高解決實際問題的能力。 全書共 11 章,第 1 章到第 4 章主要內容為數學物理方程。主要包括三類典型數學物理方程、定解條件和定解問題等的建立,使讀者瞭解從材料物理、力學以及工程技術問題中抽象齣數學問題,建立數學物理方程的基本方法。還介紹瞭兩種求解無界區域內定解問題的方法:行波法與積分變換法。以及直角坐標係、極坐標係、球坐標係和柱坐標係等典型數學物理方程有界區域的分離變量法。使讀者瞭解復雜的偏微分方程如何簡化為多個單變量的常微分方程,鍛煉讀者分析、運算以及解決問題的能力。第 5 章至第 9 章主要包括量子力學基本概念、薛定諤方程和波函數、量子力學中的數學錶示、量子力學的近似方法、自鏇與全同粒子等量子力學的基本原理,使讀者瞭解量子力學的基本原理及其應用,體會創新思想在科學研究中的重要性和數學物理方程如何應用於解決量子力學問題。第 10 章與第 11 章主要介紹瞭經典統計力學基礎、量子統計力學基礎等統計力學的基本原理,使讀者瞭解如何運用統計方法由體係的微觀狀態推引齣體係的宏觀性質及規律性。本書的附錄提供瞭有關常微分方程和高等數學的常用數學公式,便於讀者學習。 本教材每章後都留有一定量的習題,這些習題是為瞭鞏固每章知識點和檢驗知識掌握程度而設置的。為瞭便於教師的講授和學生自我檢查,本教材給齣瞭習題的最終答案。 受學時的限製,書中帶有 * 號的內容建議選修,對於本教材未涉及的內容,有興趣的讀者可查閱相關的參考書。 限於作者的知識水平,不當之處在所難免,敬請廣大讀者不吝指正。 編者
好的,這是一份關於《材料物理數理基礎》之外的,內容翔實的圖書簡介,聚焦於另一個完全不同的主題,例如《量子場論導論與粒子物理前沿》。 --- 《量子場論導論與粒子物理前沿》 內容提要 本書旨在為物理學、高能物理學以及理論計算領域的研究人員和高年級本科生、研究生提供一個全麵、深入且具有前瞻性的量子場論(QFT)導論。我們力求構建一座堅實的理論橋梁,連接經典的場論框架與現代粒子物理實驗觀測的奇特現象,尤其側重於量子電動力學(QED)、量子色動力學(QCD)的構建,並對超齣標準模型的前沿領域進行必要的探討。 本書的核心目標是使讀者不僅掌握QFT的數學工具和計算技巧,更能深刻理解其背後的物理圖像和哲學意義。我們避免陷入純粹的數學抽象,而是緊密結閤物理直覺和實驗驗證。全書結構嚴謹,由淺入深,覆蓋瞭從經典場論的迴顧到重整化群(RG)的現代應用,確保讀者在完成學習後,能夠獨立閱讀和理解當前高能物理期刊上的專業文獻。 第一部分:經典場論與量子化基礎 第一章:預備知識迴顧與經典場論的構建 本章首先對狹義相對論、群論基礎(洛倫茲群、龐加萊群)進行必要的復習,為後續的場論打下基礎。重點在於拉格朗日力學和哈密頓力學在連續係統中的推廣——即作用量原理在場論中的應用。我們將詳細推導連續介質的歐拉-拉格朗日方程,引入場(Scalar Field, Spinor Field, Vector Field)的概念,並建立描述自由場的拉格朗日密度。對稱性與守恒量之間的深刻聯係,即諾特定理,將被詳盡闡述,並以電磁場為例進行演示。 第二章:初識量子化:正則量子化方法 本章將量子化過程從粒子係統推廣到場係統。我們首先詳細探討正則對易關係在場論中的實現,即如何從經典泊鬆括號過渡到量子對易子。對於無質量標量場,我們將完整推導齣産生(Creation)和湮滅(Annihilation)算符的構造及其代數結構,並定義真空態(Fock Space)。隨後,我們將這種方法推廣到描述費米子(狄拉剋場)和玻色子(嚮量場,如光子)。對費米子量化的關鍵在於理解反交換關係及其與泡利不相容原理的內在聯係。 第三章:路徑積分錶述:現代量子場論的基石 路徑積分(Path Integral Formulation)是現代QFT中最強大、最靈活的工具之一。本章從費曼的啓發式圖像齣發,係統地構建標量場和費米子場的路徑積分。我們將重點展示路徑積分如何自然地生成關聯函數(Correlation Functions)和費曼圖。本章深入探討經典場方程在路徑積分中的體現,並引入源場(Source Field)的概念,這是計算S矩陣展開的起點。 第二部分:相互作用場論與費曼圖技術 第四章:微擾論與費曼圖的係統展開 本章將焦點轉嚮包含相互作用的場論(如$phi^4$理論和QED)。我們將引入相互作用繪景,並利用Dyson級數展開S矩陣的微擾序列。這是費曼圖技術的核心。每一項微擾展開都對應著一個特定的費曼圖。本章將詳細講解如何根據Feynman規則(包括內部綫、頂點因子和外部綫)來計算任意階微分散射截麵和衰變寬度。我們將完整推導QED的費曼規則,這是計算強子對撞機對撞過程的基礎。 第五章:無窮大的齣現與重整化理論 在計算高階修正時,不可避免地會齣現發散積分。本章將係統地分析這些發散的來源——紫外(UV)和紅外(IR)發散。我們將介紹處理這些無窮大的標準方法:正則化(Regularization),重點介紹維度正則化(Dimensional Regularization)。隨後,我們將引入重整化(Renormalization)的物理思想:將不可觀測量(裸量)與可觀測量(重整化量)分離。通過最小減法(MS Scheme)等方案,我們將證明一個理論是否是可重整化的。 第六章:重整化群與有效場論 重整化不僅是一個數學技巧,它揭示瞭物理學對尺度(Scale)的依賴性,這是通過重整化群(Renormalization Group, RG)來描述的。本章將詳細介紹Callan-Symanzik方程和$eta$函數。我們將通過計算QED中電子的有效電荷(跑動電荷)來直觀展示RG的物理意義。本章的後半部分將轉嚮有效場論(EFT)的概念,解釋如何利用RG將不同能量尺度上的物理現象解耦,從而構建齣對特定能標精確描述的理論框架。 第三部分:規範場論與粒子物理標準模型 第七章:規範對稱性與楊-米爾斯理論 本章是通往現代粒子物理的關鍵一步。我們將從第一章的全局對稱性推廣到局域規範對稱性(Local Gauge Symmetry)。詳細闡述引入規範玻色子(Gauge Bosons)的必要性,並完整推導非阿貝爾規範場論——楊-米爾斯理論的拉格朗日密度。我們將展示規範不變性如何自發地限製瞭相互作用的結構,並討論自相互作用(Self-Interaction)的産生。 第八章:自發對稱性破缺與希格斯機製 本章解決瞭一個核心難題:如何讓規範玻色子獲得質量而不破壞規範對稱性。我們將深入探討Goldstone定理及其在對稱性自發破缺(SSB)時的錶現。隨後,我們將引入Goldstone玻色子如何被規範場“吞噬”,從而賦予規範玻色子質量的希格斯機製。我們將構建標準模型中的弱相互作用部分(SU(2) x U(1)),並確定希格斯場的拉格朗日量及其勢能。 第九章:標準模型概述與前沿展望 本章將前麵所有工具整閤起來,構建粒子物理標準模型(SM)。我們將討論誇剋和輕子的質量生成(Yukawa耦閤),規範玻色子的質量矩陣,以及中微子的性質(盡管SM本身難以解釋中微子質量,我們在此指齣其局限性)。最後,我們將討論標準模型的成功之處(如精確的QED和QCD預測)以及其未解決的問題:引力的量子化、暗物質、暗能量、電荷宇稱(CP)破缺的根源等。本章將作為通往超齣標準模型(BSM)物理的引路石,展望超對稱理論、弦論等更宏大的理論圖景。 適用對象 本書適用於已掌握經典力學、電磁學、狹義相對論、高等數學和基礎量子力學的物理專業學生及科研人員。對計算和理論物理有濃厚興趣的工程師和應用數學傢也將從中受益匪淺。 ---