物理学的历程——从亚里士多德到薛定谔

第1章物理学的语言 / 1

1.1无穷级数和数列： 从芝诺到魏尔斯特拉斯 / 1

1.2几何和数 / 5

练习 / 10

第2章科学的黎明 / 11

2.1亚里士多德 / 11

2.2空间、时间和物质 / 12

2.3宇宙 / 14

2.4自然的行为有目的吗 / 18

练习 / 20

第3章天文学铺就道路 / 21

3.1亚历山大的天文学家 / 21

3.2哥白尼和他的日心说 / 26

3.3开普勒及其对天文学的贡献 / 30

练习 / 34

第4章伽利略的生平 / 35

练习 / 45

第5章17世纪： 科学萌芽 / 47

5.1数的连续性；函数；笛卡儿解析几何 / 47

5.2重要的实验和发明 / 55

5.2.1托里拆利气压计和玻意耳气体定律 / 55

5.2.2斯涅耳折射定律和光的本性 / 58

5.3微积分的发明 / 61

练习 / 69

第6章艾萨克·牛顿 / 72

6.1不快乐的童年和他在剑桥的生活 / 72

6.2原理 / 76

6.2.1运动定律简介 / 76

6.2.2运动举例 / 81

6.2.3引力 / 86

6.2.4伽利略相对性原理 / 88

6.3牛顿发表《原理》之后的生活 / 89

练习 / 90

第7章经典力学 / 94

7.1牛顿之后的力学 / 94

7.1.1角动量 / 95

7.1.2固体围绕固定轴的旋转 / 96

7.1.3单摆 / 98

7.2振动的弦；偏微分方程和傅里叶级数 / 100

7.3分析力学中的重要概念 / 105

7.4流体力学 / 110

练习 / 114

第8章化学发轫 / 119

8.1化学与炼金术的关系 / 119

8.2气动化学家 / 120

8.3道尔顿和物质的原子论 / 124

8.4阿伏伽德罗理论和理想气体定律 / 128

练习 / 131

第9章热力学和统计力学 / 132

9.1热力学 / 132

9.1.1热 / 132

9.1.2能量守恒和热力学**定律 / 133

9.1.3热力学函数，状态方程和相图 / 136

9.1.4热力学第二定律；熵 / 139

9.2统计力学 / 147

9.2.1气体分子运动论 / 147

9.2.2麦克斯韦玻尔兹曼分布 / 148

9.2.3吉布斯统计物理 / 155

9.2.4均分定理 / 158

9.2.5波动 / 159

9.2.6扩散 / 162

练习 / 163

第10章电磁学 / 170

10.1早期历史 / 170

10.2静电学，稳态电流和磁性 / 171

10.2.1静电学 / 171

10.2.2电池的发现 / 173

10.2.3电流和磁性 / 175

10.2.4电磁单位 / 179

10.2.5欧姆定律 / 180

10.2.6电与化学 / 182

10.3法拉第电磁感应 / 184

10.4电磁波 / 189

10.4.1光的波动性得以证实 / 189

10.4.2关于矢量场的两条重要定理 / 192

10.4.3麦克斯韦和他的方程 / 197

10.4.4材料介质中的电磁场 / 208

练习 / 213

第11章阴极射线和X射线 / 219

11.1阴极射线 / 219

11.2X射线的发现 / 220

11.3电子的发现 / 223

11.4X射线衍射 / 224

11.5电子发射和电子阀 / 228

11.5.1热电子发射 / 228

11.5.2场发射 / 231

练习 / 231

第12章爱因斯坦相对论 / 234

12.1爱因斯坦早期的生活和研究 / 234

12.2狭义相对论 / 236

12.2.1预备知识 / 236

12.2.2洛伦兹变换的由来 / 241

12.2.3长度缩短和时间膨胀 / 243

12.2.4狭义相对论的运动定律 / 244

12.3物理定律的不变性 / 246

12.3.1闵可夫斯基四维时空 / 246

12.3.2张量和相对论不变性 / 249

12.4广义相对论 / 255

12.4.1广义相对性原理 / 255

12.4.2曲线张量 / 258

12.4.3爱因斯坦方程 / 260

12.5著名的科学家 / 264

练习 / 267

第13章量子力学 / 270

13.1光的量子化 / 270

13.1.1黑体辐射和普朗克定律 / 270

13.1.2光电效应 / 276

13.1.3爱因斯坦系数 / 278

13.1.4激光 / 280

13.2原子结构 / 281

13.2.1汤姆孙静态原子模型 / 281

13.2.2卢瑟福原子模型 / 282

13.2.3玻尔模型 / 284

13.2.4自旋的发现 / 289

13.3波粒二相性 / 290

13.4形式化的量子力学 / 292

13.4.1薛定谔方程 / 292

13.4.2束缚粒子的定态 / 297

13.4.3海森堡不确定性原理 / 301

13.4.4散射态和隧穿现象 / 306

13.4.5跃迁 / 311

13.4.6经典力学与量子力学的联系 / 312

练习 / 313

第14章原子、分子和固体 / 324

14.1单电子原子 / 324

14.1.1轨道角动量 / 324

14.1.2中心场中粒子的定态 / 329

14.1.3氢原子定态 / 331

14.2电子自旋 / 335

14.2.1氢原子能级的精细结构 / 335

14.2.2电子自旋的形式化描述 / 336

14.3辐射场及其和物质的相互作用 / 340

14.3.1线性谐振子 / 340

14.3.2对辐射场的量子力学描述 / 342

14.3.3辐射场和物质的相互作用 / 343

14.4全同粒子的不可区分性和量子统计 / 345

14.4.1全同粒子的不可区分性 / 345

14.4.2玻色子 / 347

14.4.3费米子 / 350

14.5多电子原子 / 353

14.5.1元素周期表 / 353

14.5.2自洽场 / 357

14.5.3多电子原子的能级 / 361

14.6分子 / 363

14.6.1玻恩奥本海默近似 / 363

14.6.2双原子分子： 电子项 / 364

14.6.3双原子分子的原子核运动 / 367

14.6.4多原子分子 / 370

14.7固体 / 370

14.7.1正格子和倒格子的对称单元 / 370

14.7.2晶体的单电子态 / 372

14.7.3金属 / 374

14.7.4铁磁性金属 / 381

14.7.5半导体 / 382

14.7.6pn结和晶体管 / 385

14.7.7晶格振动 / 387

14.7.8超导性 / 391

练习 / 394

第15章非常小和非常大 / 402

15.1核物理 / 402

15.1.1放射性 / 402

15.1.2核反应以及中子的发现 / 406

15.1.3核裂变以及首次核反应 / 409

15.1.4核模型 / 411

15.1.5基本粒子和标准模型 / 411

15.2狄拉克电子理论和量子电动力学 / 416

15.2.1狄拉克电子理论 / 416

15.2.2量子电动力学 / 424

15.3宇宙学 / 439

15.3.1星系 / 439

15.3.2恒星的创生和死亡 / 440

15.3.3地球 / 443

15.3.4宇宙： 膨胀的宇宙 / 443

练习 / 445

附录数学笔记 / 447

主题词索引 / 457

人名索引 / 464