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| 內容簡介： |
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《20 世纪是物理学》的世纪, 物理学在20 世纪取得了突破性的进展, 改变了世界以及世界和人们对世界的认识. 《20 世纪物理学第1 卷》是由英国物理学会、美国物理学会组织发起, 由各个领域的知名学者有很多是相关领域的奠基者、诺贝尔奖获得者执笔撰写, 系统总结20 世纪物理学进展的宏篇巨著, 其内容涵盖了物理学各个分支学科和相关的应用领域. 《20 世纪物理学第1 卷》共分3 卷27 章, 最后一章为3 位物理学大家对20 世纪物理学的综合思考和对新世纪物理学的展望.
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| 目錄：
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第1 卷
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
2.6.1NielsBohr的个人背景和早年经历...................................59
2.6.2迄至1913年的光谱学..............................................61
2.6.3NielsBohr在1913年3月前;先驱者们..............................64
2.6.4NielsBohr的氢原子................................................67
2.6.5NielsBohr思想的冲击..............................................71
2.7先是喜报——旧量子论的更多成就.................................. 73
2.7.1Stark效应.........................................................73
2.7.2Franck-Hertz实验..................................................73
2.7.3Sommerfeld引进两个新的量子数,氢光谱的精细结构..................74
2.7.4Ehrenfest的浸渐原理...............................................75
2.7.5Einstein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
2.7.8Pauli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
2.9β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
2.10.31919：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
2.11.1α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
2.11.6β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
2.13.2Pauli............................................................105
2.13.3Fermi...........................................................106
2.14 裂变................................................................ 107
2.14.1裂变的发现......................................................107
2.14.2Bohr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Schr¨odinger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
4.3.11Schwarzschild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
5.1.21930年的原子物理学和分子物理学能量为eV的物理学............308
5.1.3X射线与Compton效应能量为keV的物理学.....................310
5.1.4α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Heisenberg1932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
5.2.2Heisenberg的原子核中子–质子模型.................................318
5.2.3Fermi的β衰变理论..............................................320
5.3 两个基本的核力理论................................................. 321
5.3.1Fermi场理论.....................................................321
5.3.2汤川介子理论.....................................................324
5.420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
5.6.2π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
7.2.5Bose-Einstein凝聚................................................449
7.2.6Fermi-Dirac统计的应用...........................................449
7.3 理论形式的发展......................................................450
7.3.1Gibbs系综.......................................................450
7.3.2Einstein的涨落处理...............................................451
7.3.3第二定律的数学背景：Carath′eodory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
7.5.8Ising模型：Onsager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
8.1.219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
图片来源确认与致谢...........................................................531
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| 內容試閱：
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要得到对1900年的物理学世界的一个恰如其分的看法,最好是将20世纪期间物理学研究增长情况画成一张图.到1903年已创刊达5年的《科学文摘》ScienceAbstracts,其内容涵盖了物理学和电气工程,是一个现成的数据信息源,因为这个刊物的摘要条目源自从《物理年鉴》AnnalenderPhysik到《汽车时代》HorselessAge等范围很广的期刊,并按顺序编号.因而图1.1示出的每年发表文章总数开头几年中去掉了电工方面的文章是物理研究活跃程度的一个相当可靠的量度.两次世界大战的影响在图中明显可见,但最为有趣的一点是60年代伴随着西方世界大学教育扩张和日本作为一个主要大国出现而发生的文章总数的爆炸式增长.大多数现在仍然活跃在研究中的物理学家是
1960年后进入专业的,他们没有此前时期的亲身经历,那时与任何一位研究者的专业兴趣有关的文章数目都不是很大,所以能够密切跟踪,而且那时所有的主要物理学家似乎都相互认识.如果说在每年发表10000篇文章时情况尚且如此,更何况在文章发表量小于每年2000篇的20世纪早年.1895年到1939年期间物理学经历了伟大的革命,这个时期见证了X射线和X射线晶体学、放射性、量子理论、原子核及其裂变、相对论、热离子学和无线电通信等的发现,然而报道这场革命的文章总数仅为120000篇,远小于1990年一年发表的文章数.
图1.120世纪期间每年发表的物理学文章数目图中每一点代表5年内的平均数,如1900～1905, 1905～1910等.加阴影部分是爆发两次世界大战的年代.图中直线表示年发表量近似指数增长因纵坐标是对数坐标的年代,在这些年代里年发表数加倍所需时间分别为：两次大战之间为9年,1945～1980年为6年,此后为21年
1900～1990年,年发表文章数目增加了100倍,每年发表的文章上署名的作者数目增加了140倍.由近年来大科学的文章盛行的多作者联名推断,这两个数字之间的差别似乎应该更大.但是,如果说一篇文章可能代表一大组研究者的成就如一篇4页的文章上有430人署名的话[1],同样也有一个人的名字在同一年出现在50篇以上文章上的事情[2],由于这两个重复数的相互抵消,收窄了两个数据间的差距.上述两个现象都是比较晚才出现的;但即使是现在,大多数文章依然是由单一作者或最多两个作者撰写,而且只有少数作者每
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