了得網自然科學_物理學中的對稱性

內容簡介

本書以普通物理為背景，詳細闡述了對稱性是如何引進到物理學中的，使讀者清楚地了解到物理學中的對稱性和通常的形狀對稱性之間的緊密聯繫以及各自的特點，本書為普通的直觀上的對稱性到現代的理論物理中的對稱性之間建立了有效的溝通渠道，幫助希望了解物理學和對稱性的讀者找到入門的途徑，掃除某些思考上的障礙，以普通物理為基點，來審視對稱性問題，本書適用於物理學專業的師生以及對物理學感興趣的其他各專業師生，並可供相關專業的科研人員參考。

前言
引論
1. 幾何對稱性
2. 中國古代的對稱觀念
3. 物理學中的對稱性
4. 對稱性和數學上的準備
5. 群論與物理學中的對稱性
習題
第1章地上和天上的力——重力和引力
1.1 重力
1.1.1 重力加速度
1.1.2 運動軌跡上的粒子速度和加速度
1.1.3 運動軌道是平面軌道時的性質
1.2 月亮的運動前言
引論
1. 幾何對稱性
2. 中國古代的對稱觀念
3. 物理學中的對稱性
4. 對稱性和數學上的準備
5. 群論與物理學中的對稱性
習題
第1章地上和天上的力——重力和引力
1.1 重力
1.1.1 重力加速度
1.1.2 運動軌跡上的粒子速度和加速度
1.1.3 運動軌道是平面軌道時的性質
1.2 月亮的運動
1.2.1 月亮繞地球的公轉周期Tm
1.2.2 勻速圓周運動的向心加速度
1.2.3 胡克的引力反平方規律
1.2.4 月球運動和蘋果落地運動的同一性
1.3 太陽繫中行星運動規律
1.3.1 太陽與地球的質量比
1.3.2 萬有引力常量G的測定
1.3.3 點源萬有引力作用下的守恆定律
1.3.4 簡化的行星軌道運動方程
1.4 開普勒定律
1.4.1 軌道運動方程求解
1.4.2 開普勒第三定律
1.4.3 注記
1.5 力學運動的對稱性和守恆定律
1.5.1 質點在有位力場中運動
1.5.2 力學繫統平移與能量一動量守恆
1.5.3 對稱性觀念的重要結果
1.5.4 動量矩守恆
1.5.5 討論
習題
第2章熵的性質和粒子的不可區分性——宏觀與微觀
2.1 溫度
2.1.1 繫統
2.1.2 熱平衡態
2.1.3 熱力學第零定律
2.1.4 溫度的性質和量化
2.1.5 溫度計原則、溫度函數和溫度計實例
2.2 熱量
2.2.1 熱量的概念
2.2.2 焦耳實驗
2.2.3 理想氣體絕熱過程
2.2.4 焦耳-湯姆遜效應
2.2.5 卡諾循環中的熱量
2.3 熱力學第二定律
2.3.1 狀態函數
2.3.2 開爾文（Kelvin）形式的熱力學第二定律及其推論
2.3.3 理想氣體繫統中的熵
2.4 分子動理論
2.4.1 在重力場中的氣體密度分布
2.4.2 幾率密度
2.4.3 麥克斯韋速率分布率的導出
2.5 熵的統計表達式和粒子繫統的狀態分布規律
2.5.1 熵表達式中的微觀參數
2.5.2 熵的統計解釋
2.6 粒子狀態的玻色分布
2.6.1 吉布斯佯謬
2.6.2 如何解決佯謬
2.6.3 玻色-愛因斯坦統計
2.6.4 玻色分布和對稱性
習題
第3章從牛頓時空觀念過渡到狹義相對論時空觀念——空間和時間的對稱性
3.1 將時間與空間生成四維時-空
3.1.1 光速中心說
3.1.2 邁克爾遜－莫雷實驗
3.1.3 四維時空
3.2 洛倫茲變換
3.2.1 不變量
3.2.2 伽利略變換及其推廣
3.2.3 洛倫茲變換及其推論
3.3 洛倫茲變換的特點和處理方式
3.3.1 原時
3.3.2 空間旋轉的SO（3）群
3.3.3 時空“旋轉”的SO（3，1）群（洛倫茲群）
3.4 洛倫茲變換下的對稱性的探討
3.4.1 動量與力的變換規律
3.4.2 能量作為四矢量的第零分量
3.4.3 縱向質量和橫向質量
3.4.4 踫撞問題
3.5 平面波中各參量的變換規律
3.5.1 角頻率w與圓波矢k
3.5.2 什麼是同時性事件
3.5.3 在不同慣性繫下角頻率w的變換規律
3.6 光子的能量
3.6.1 光子的速度
3.6.2 E=hy
3.6.3 光電效應習題
第4章電、磁現像在形式上的類似——靜電和靜磁現像的對稱性質
4.1 電荷
4.1.1 摩擦起電
4.1.2 電的本性及測量
4.1.3 小電量單位e
4.2 庫侖定律
4.2.1 靜止電荷之間的相互作用力
4.2.2 點電荷間的作用力
4.2.3 電場強度E
4.2.4 微分高斯定理
4.2.5 靜止電荷所產生的電場及電勢
4.2.6 電偶板子的電場強度及電勢
4.3 電位移矢量D
4.3.1 電位移矢量D的概念
4.3.2 邊界條件
4.3.3 真空中電位移矢量D，它是物理量
4.3.4 D（電位移矢量）在一般情況下並不是物理量
4.3.5 D不是物理量的一個實例
4.4 磁荷的庫侖定律
4.4.1 磁荷的庫侖定律形式
4.4.2 磁場
4.4.3 磁感應強度矢量（磁通密度）B
4.4.4 邊界條件
4.5 磁偶極子場強
4.5.1 對磁荷繫統
4.5.2 展開關繫
4.5.3 磁偶極子及其成場關繫
4.5.4 對磁荷（qm，－qm）的實際替代者
4.6 用電流圈替代磁偶極子所導出的推論
4.6.1 力矩
4.6.2 磁偶極子pm在磁場中所受到的力矩
4.6.3 電流線圈IS在均勻磁場H中所受到的力矩M
習題
第5章電學和磁學的內在對稱性
5.1 磁場H的性質
5.1.1 磁場H的環路定理
5.1.2 短粗柱形殼電流在軸線上的磁場強度
5.1.3 一般情況下的磁場環路定理
5.2 無窮長直導線所產生的磁場
5.2.1 在計算直線電流所產生的磁場時場源用磁偶極子替代
5.2.2 兩根導線之間的作用力
5.2.3 電流的單位
5.3 在介質中的磁場
5.3.1 磁介質
5.3.2 用代替法研究磁介質
5.3.3 邊界條件
5.3.4 關於物理場和輔助場的進一步探討
5.3.5 靜電學中的電場強度E和電位移矢量D的問題
5.4 畢奧-薩伐爾定律的導出
5.4.1，Idl在其延長線方向的磁場
5.4.2 彎折電流的上半段與下半段的關繫
5.4.3 彎折電流在其角平分線反向延長線上一點A的磁場
5.4.4 畢奧-薩伐爾定律
5.4.5 附錄
5.5 電磁波問題
5.5.1 電磁基本定律的微分形式
5.5.2 無源電磁場
5.5.3 電磁波的傳播
5.6 光線在運動介質中的傳播速度
5.6.1 在以電荷、電流為場源電磁場繫統的性質
5.6.2 在以磁荷、磁流為場源的電磁場繫統的性質
5.6.3 慢速運動介質的電磁性能方程
5.6.4 光在低速運動介質中的傳播速率（費涅爾公式）
5.7 電磁學中國際單位制和實用單位制之間的轉換
5.7.1 庫侖定律
5.7.2 電場強度E和電位移D
5.7.3 磁學量及一般電磁學公式的轉換關繫
5.7.4 結論
習題
後記
1. 為什麼關注萬有引力
2. 物理學與處理工具，一個在常規對稱性之外的問題
3. 堅持對稱性還是堅持狀態的計數規則
4. 狹義相對論和電磁現像
5. 現代物理中探索對稱性的主要工具——群論
6. 從門捷列夫的周期表到蓋爾曼的強子分類
7. 物理學和對稱性

在線試讀

第2章熵的性質和粒子的不可區分性——宏觀與微觀
隨著潘本（D.Papin，1647－1714）發明的部活塞式蒸汽機在1690年問世，後來瓦特（J.Watt，1736－1819）把蒸汽機用於工業生產，對熱學的宏觀了解和對熱的測量都有了顯著的進展。隨著數據的積累及物理學發展到一定程度，出現了原子論。原子論的要點是物質是由很組成的，這稱為分子或原子，物體的性質是分子或原子的性質確定的。既然宏觀的物質性質及微觀的分子性質都可以用來確定同一繫統的性質，因此宏觀規律和微觀規律之間有對稱性，由於宏觀規律易於直觀探討及實驗研究，根據對稱性，我們從已掌握的宏觀規律中導出若干微觀規律，有些規律（微觀）是出入意外的，本章將討論這方面的結果。
在第1章的討論中，我們發現當把對稱性作為考慮事物的出發點時，我們不僅討論有對稱性的事物的本身，還討論這些互相對稱的事物的性質，這些性質不是一些微不足道的顯然性質，而是使人瞠目結舌的重大發現，隻要大家回憶一下第1章我們講及具有時間平移不變性的繫統，其中蘊含了能量守恆定律，物理世界的規律不隨時間改變當然是我們的出發點，早在100多年前恩格斯就表達了物理規律不隨時間改變的見解：
“……物質在它的一切變化中永遠是同一的，它的任何一個屬性都永遠不會喪失……”
……

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