20世纪物理学 第1卷PDF电子书下载

第1卷 1

第1章 1900年的物理学 1

1.1科学家社团 3

1.2物理学家的培养 6

1.3从事研究的物理学家 13

1.4对研究工作的资助 15

1.5黑体辐射 18

1.6实验设备 19

1.7物理世界的图景 23

1.8现代物理学的萌芽 29

参考文献 30

第2章 引进原子和原子核 36

2.1前言 36

2.2转变的10年：1895～1905 43

2.3放射性：1896～1905 46

2.4原子的结构：1897～1906 52

2.5量子物理学的诞生 54

2.6 Niels Bohr——量子动力学之父 59

2.6.1 Niels Bohr的个人背景和早年经历 59

2.6.2迄至1913年的光谱学 61

2.6.3 Niels Bohr在1913年3月前；先驱者们 64

2.6.4 Niels Bohr的氢原子 67

2.6.5 Niels Bohr思想的冲击 71

2.7先是喜报——旧量子论的更多成就 73

2.7.1 Stark效应 73

2.7.2 Franck-Hertz实验 73

2.7.3 Sommerfeld引进两个新的量子数，氢光谱的精细结构 74

2.7.4 Ehrenfest的浸渐原理 75

2.7.5 Einstein将概率引入量子物理学 76

2.7.6选择定则和偏振规则 77

2.7.7元素周期表 78

2.7.8 Pauli不相容原理 80

2.7.9铪的发现 82

2.7.10第四个量子数；自旋 82

2.8后是噩耗——旧量子论的危机 83

2.8.1氦 83

2.8.2反常Zeeman效应 84

2.8.3收获 85

2.9 β射线谱学：1906～1914 85

2.10核模型，肇始 89

2.10.1质子-电子（P-E）模型 89

2.10.2结合能 91

2.10.3 1919：首次元素嬗变 93

2.10.4一种新的力——核力的首次暗示 93

2.11 1926～1932：核悖论的年代 94

2.11.1 α衰变得到解释 95

2.11.2 原子核的大小 95

2.11.3核磁矩 96

2.11.4核自旋 96

2.11.5核统计 96

2.11.6 β谱：1914～1930 97

2.12中子 98

2.12.1 Chadwick 98

2.12.2感生放射性：Joliot-Curie夫妇 99

2.12.3中子是什么？ 100

2.12.4第一个核力理论：Heisenberg 101

2.12.5第一个核反应理论：Bohr 102

2.13 β谱：开端的终结 104

2.13.1 Bohr 104

2.13.2 Pauli 105

2.13.3 Fermi 106

2.14裂变 107

2.14.1裂变的发现 107

2.14.2 Bohr论铀235 108

2.14.3附言：战前关于从裂变得到原子能的想法 109

参考文献 110

第3章 量子和量子力学 122

3.1引言 122

3.2量子——实验基础（1900～1928） 124

3.2.1辐射和量子（1900～1913） 124

3.2.2原子结构和光谱线（1913～1921） 132

3.2.3量子力学效应（1922～1928） 137

3.3量子力学的起源和完成（1913～1929） 145

3.3.1“旧量子理论”的原理和失败（1913～1924） 147

3.3.2哥廷根的量子力学和Schrodinger的波动力学（1925～1926） 154

3.3.3物理诠释和数学基础（1926～1933） 164

3.4微观物理世界（1925～1935） 175

3.4.1量子力学的应用（1925～1932） 176

3.4.2量子力学中的因果性、互补性和实在性（1926～1935） 182

3.4.3超越量子力学（1932年～现在） 189

参考文献 192

第4章 相对论的历史 211

4.1引言 211

4.2狭义相对论 214

4.2.1理论的起源：力学 214

4.2.2狭义相对论的起源：光学和电动力学 217

4.2.3狭义相对论的表述 222

4.2.4相对论后来的发展 229

4.2.5其他的表述方式和形式体系 229

4.2.6相对论性速度空间（运动学空间） 232

4.2.7粒子动力学 233

4.2.8刚性运动和连续介质力学 233

4.2.9电动力学 234

4.2.10相对论热力学 235

4.2.11相对论统计力学 235

4.2.12量子理论和基本粒子 236

4.2.13引力理论 236

4.2.14实验检验和应用 237

4.3广义相对论 238

4.3.1等效原理 239

4.3.2度规张量场 241

4.3.3场方程 243

4.3.4别种方案 245

4.3.5 关于广义相对论后来的工作 246

4.3.6别种表述和基础 247

4.3.7引力能量的问题 249

4.3.8广义相对论的物理解释 249

4.3.9精确解和近似方法 250

4.3.10运动方程 251

4.3.11 Schwarzschild解和经典检验 251

4.3.12黑洞、引力塌缩和奇点 254

4.3.13引力辐射 257

4.3.14近期的天文学和天体物理学应用和检验 260

4.3.15量子引力 261

4.3.16相对论的哲学地位和公众反应 263

4.4统一场论 264

参考文献 266

第5章 核力、介子和同位旋对称性 307

5.1 1930年前后的物理学 307

5.1.1物质的构成 307

5.1.2 1930年的原子物理学和分子物理学（能量为eV的物理学） 308

5.1.3 X射线与Compton效应（能量为keV的物理学） 310

5.1.4 α衰变、β衰变及原子核的分类（能量为MeV的物理学） 314

5.1.5宇宙射线与Heisenberg 1932年的分析 315

5.2奇迹年——1932年的新物理学 317

5.2.1新粒子的发现 317

5.2.2 Heisenberg的原子核中子-质子模型 318

5.2.3 Fermi的β衰变理论 320

5.3两个基本的核力理论 321

5.3.1 Fermi场理论 321

5.3.2汤川介子理论 324

5.4 20世纪30年代的宇宙线：QED，簇射和重电子 327

5.4.1软成分和硬成分 327

5.4.2日本和英国的新介子理论 332

5.5重电子，介子及粒子物理学的诞生 337

5.5.1宇宙线重电子 337

5.5.2重电子衰变与β衰变 340

5.5.3介子与核力 342

5.5.4穿透辐射 344

5.6第二次世界大战期间和战后的发现 344

5.6.1对重电子的更多怀疑：衰变与俘获 344

5.6.2 π子的发现 346

5.6.3更多的粒子发现 347

5.7结论 348

参考文献 348

第6章 固体结构分析 360

6.1 1912年以前的晶体学和X射线 360

6.2晶体X射线衍射的发现 362

6.3实验技术 368

6.4结构测定的方法 373

6.5精确结构分析 383

6.6中子衍射 387

6.7电子衍射 393

6.8表面晶体学 395

6.9不完美晶体和非晶体 400

6.9.1线度增宽 400

6.9.2层状结构的错排 401

6.9.3有序—无序转变 401

6.9.4冰的结构 402

6.9.5晶体位错 403

6.9.6非晶态结构 405

6.9.7准晶 408

6.10晶体结构分析的影响 410

6.10.1内聚能和弹性 410

6.10.2光学和介电性质 410

6.10.3铁电性 411

6.10.4超导性 414

6.10.5无机化学 415

6.10.6有机化学 417

6.11生物分子结构 419

6.12国际晶体学联合会及相关机构 430

参考文献 432

第7章 热力学与平衡统计力学 442

7.1引言——19世纪背景 442

7.2量子理论的影响 444

7.2.1黑体辐射 444

7.2.2固体的振动比热 445

7.2.3经典和量子统计 445

7.2.4气体比热 447

7.2.5 Bose-Einstein凝聚 449

7.2.6 Fermi-Dirac统计的应用 449

7.3理论形式的发展 450

7.3.1 Gibbs系综 450

7.3.2 Einstein的涨落处理 451

7.3.3第二定律的数学背景：Caratheodory方法 452

7.3.4统计力学中的平均值方法（Darwin-Fowler方法） 452

7.4热力学第三定律 453

7.4.1历史回顾 453

7.4.2 T→0时的相平衡 454

7.4.3熵的量热估计和统计估计 456

7.4.4甚低温的获得 456

7.4.5负温度 457

7.5相变和临界现象 458

7.5.1引言 458

7.5.2液-气临界点 458

7.5.3铁磁的Curie点 460

7.5.4流体的微观临界行为：临界乳光 460

7.5.5 二元合金的临界行为 462

7.5.6二级相变的Landau理论：普适性 463

7.5.7气体凝聚的统计力学：Mayer-Yvon理论 465

7.5.8 Ising模型：O nsager的革命 466

7.5.9 调和：标度和普适性的经验推导 472

7.5.10至尊的重正化群（RG） 475

7.5.11自避行走及聚合物构象 478

7.5.12具有其他有趣特征的模型 479

7.5.13渗流过程 479

7.5.14自相似性与分形 481

7.6其他论题 482

参考文献 484

第8章 非平衡统计力学：变幻莫测的时间演化 493

8.1变迁与巩固的阶段 493

8.1.1不可思议的最初十年 493

8.1.2 19世纪的遗产 494

8.1.3正在形成中的学科定义 497

8.2三个时期的历史 498

8.2.1第一期：从Boltzmann方程到主方程 500

8.2.2第二期：从主方程到混沌肇端（1940～1975） 508

8.2.3第三期：1975年～20世纪90年代 521

参考文献 528