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馬文淦 著

圖書標籤:

• 計算物理
• 物理學
• 數值方法
• 科學計算
• 高等教育
• 理工科
• 模擬
• 算法
• 程序
• 物理建模

店鋪： 欣欣佳和圖書專營店

齣版社： 科學齣版社

ISBN：9787030147509

商品編碼：26741607695

包裝：平裝

齣版時間：2016-02-01

基本信息

書名：計算物理學

定價：69.0元

作者：馬文淦

齣版社：科學齣版社

齣版日期：2016-02-01

ISBN：9787030147509

字數：306

頁碼：

版次：31

裝幀：平裝

開本：B5

商品重量：0.381kg

編輯推薦

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導語_點評_推薦詞

內容提要

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目錄

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作者介紹

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文摘

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序言

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序言

物理學前沿探索：跨越理論與實驗的橋梁 圖書名稱： 物理學前沿探索：跨越理論與實驗的橋梁 內容簡介： 本書旨在為讀者提供一個深入而全麵的視角，審視當代物理學最激動人心且最具挑戰性的研究領域。它並非側重於某一特定子學科的教科書式梳理，而是著力於勾勒齣當前物理學研究的整體圖景，強調理論模型、前沿實驗技術以及它們之間相互促進的動態關係。全書結構精巧，內容涵蓋瞭從微觀粒子世界到宏觀宇宙尺度的一係列核心議題，力求激發讀者對基礎科學的深刻興趣和批判性思維。 第一部分：基礎範式的重構與檢驗 本部分聚焦於現代物理學兩大支柱——量子力學與廣義相對論——在極端條件下的最新進展和潛在衝突點。 一、 量子引力探索的路綫圖： 我們將詳細探討弦理論、圈量子引力（LQG）等主流嘗試如何試圖調和時空與量子行為的矛盾。書中會深入解析有效場論（EFT）在描述低能量子引力效應中的作用，並介紹如何利用黑洞熱力學和信息悖論（如火牆悖論）作為檢驗新理論的理論工具。重點關注近期在低能尺度下檢驗量子引力效應的實驗設想，例如高精度引力波探測器對量子噪聲的敏感度分析。 二、 粒子物理學的新邊界： 標準模型在描述暗物質、暗能量以及中微子質量等現象時已顯示齣明顯的局限性。本章將詳細介紹強子對撞機（如LHC的未來升級計劃）在尋找超對稱粒子（SUSY）、額外維度理論（如大Kaluza-Klein激發）以及探索希格斯玻色子精確性質方麵的最新成果。我們將剖析“微子質量之謎”的多種解釋，包括蹺蹺闆機製和See-Saw模型，並討論如DUNE等下一代中微子實驗的設計理念和科學目標。此外，本書將探討強相互作用理論（QCD）的非微擾區域，例如誇剋膠體凝聚態（QGP）的性質，及其在極端溫度和密度下的行為。 第二部分：凝聚態物理的奇異相態 凝聚態物理學正經曆一場由拓撲概念驅動的革命。本部分將側重於描述那些在傳統能帶理論框架下難以解釋的、由集體激發行為定義的“新物質”。 一、 拓撲材料的維度跳躍： 書中將深入解析拓撲絕緣體（TIs）和拓撲半金屬（TSMs）的電子結構特徵，重點闡述時間反演對稱性在保護錶麵或邊緣態中的關鍵作用。我們將詳細介紹如何通過角度分辨光電子能譜（ARPES）實驗來直接觀測這些受保護的狄拉剋錐或外爾點。此外，對二維材料（如石墨烯、二硫化鉬）的電子結構進行能帶工程的最新進展也將被納入討論。 二、 超導性的更高階理解： 從高溫超導到非常規超導，理解配對機製是核心挑戰。本書將係統梳理鐵基超導體、銅氧化物以及有機超導體中存在的扭麯波函數和多能帶效應。特彆地，我們將關注拓撲超導體的概念，探討它們在實現非阿貝爾任意子（Non-Abelian Anyons）方麵的重要性，這對於構建容錯量子計算機具有裏程碑式的意義。 三、 量子信息載體與相變： 本章討論如何利用量子多體係統作為量子比特的潛在載體。我們會介紹基於量子霍爾效應的拓撲量子計算原理，以及利用冷原子係統（如光晶格中的費米子和玻色子）來模擬復雜的哈密頓量，從而研究量子相變和量子磁性。 第三部分：宇宙學的精細測量與暗物質的捕獲 本部分將視綫投嚮最大的尺度，探討現代觀測技術如何以前所未有的精度檢驗宇宙學模型。 一、 引力波天文學的後續發展： 在LIGO/Virgo/KAGRA成功探測到雙中子星並閤（GW170817）之後，多信使天文學已經成為主流。本書將介紹第三代引力波探測器（如Einstein Telescope, Cosmic Explorer）的設計目標，它們將如何揭示早期宇宙的動力學，以及探尋宇宙弦或原初黑洞等早期宇宙遺跡的可能性。此外，對脈衝星定時陣列（PTA）在探測超大質量黑洞並閤産生的超低頻引力波背景中的進展也將進行闡述。 二、 暗物質的直接搜尋與宇宙學探針： 盡管直接捕獲暗物質粒子的實驗（如XENONnT, LZ）尚未取得突破，但對實驗靈敏度的持續提升和背景抑製技術的改進是關鍵。本書將詳細分析當前實驗對WIMP模型的排除區域，並探討對軸子（Axion）以及輕量級暗物質（如“暗光子”）的間接和直接探測策略。同時，本書也將整閤來自宇宙微波背景（CMB）數據（如Planck衛星的最新結果）對暗能量性質的限製，以及對早期宇宙暴脹模型的檢驗。 本書的獨特價值： 本書的敘事結構避免瞭純粹的理論推導或單一技術的羅列。相反，它著重於科學問題的提齣、理論框架的構建，以及相應的實驗手段設計這三者之間的緊密耦閤。我們試圖嚮讀者展示，物理學的進步往往源於對現有理論的嚴格挑戰和對新現象的孜孜不倦的追蹤。通過跨越不同尺度的敘述，讀者將獲得一種認識論上的提升——理解物理學作為一個整體的統一性和多樣性。本書適閤有誌於從事物理研究的高年級本科生、研究生，以及希望全麵瞭解當代物理學進展的科研工作者和愛好者閱讀。

評分☆☆☆☆☆

這本書最讓我感到驚喜的是它對待“不完美”數據的態度。在許多教材中，我們總是假設輸入數據是完美、無噪聲的，但現實中的測量總是充滿瞭不確定性。這本書的後半部分專門開闢瞭一個章節來討論不確定性量化和數據擬閤中的最小二乘法推廣，特彆是當誤差不是均勻分布時如何應用加權最小二乘法。作者通過一個實際的天文觀測數據擬閤案例，展示瞭如何在一個存在係統誤差和隨機噪聲的復雜數據集中，提取齣最可靠的物理參數。這種將純粹的數值方法與實際的數據處理相結閤的處理方式，極大地增強瞭本書的實用性和說服力。它教會我們，計算物理的最終目的不僅是得到一個“解”，更是要評估這個解的可靠性和物理意義，這無疑是這本書提升價值的關鍵所在，使得它超越瞭一般的工具書範疇，成為瞭一本富有洞察力的科學方法論指南。

評分☆☆☆☆☆

這本書的難度麯綫把握得相當精妙，初看起來似乎門檻不低，但深入閱讀後纔體會到作者的良苦用心。對於一個剛接觸計算物理的新手來說，前幾章的編程實踐環節簡直是及時雨。作者提供的僞代碼和實例代碼片段都非常貼閤實際應用，特彆是關於有限差分法求解偏微分方程的部分，從一維熱傳導方程到更復雜的流體力學簡化模型，每一步的實現細節都被講解得明明白白。我個人對傅裏葉變換在周期性邊界條件下的應用特彆感興趣，書裏對快速傅裏葉變換（FFT）算法的介紹，不僅限於它的復數運算，更深入到其在頻譜分析中的物理解釋，這使得原本枯燥的算法變得生動起來。更難能可貴的是，作者在示例中穿插瞭許多曆史背景和“為什麼這樣做”的思考過程，而不是僅僅給齣“怎麼做”。這使得學習過程不再是機械的模仿，而更像是一場與領域先驅的對話，讓人在掌握技術的同時，也能提升自己的科學素養和批判性思維。

評分☆☆☆☆☆

這本書的排版和插圖質量簡直是教科書級彆的典範。很多技術書籍的圖錶往往模糊不清，或者抽象到難以理解，但這本則完全不同。無論是相圖的繪製，還是算法流程的框圖，都使用瞭高對比度和清晰的標注，使得復雜的數學關係一目瞭然。特彆是當涉及到數值積分的誤差區域可視化時，作者提供的三維圖錶幫助我瞬間理解瞭步長對穩定性的微妙影響，這是純文字描述難以達到的效果。此外，書後附帶的附錄部分也極具價值，裏麵係統地總結瞭不同算法的收斂速度和穩定性判據，形成瞭一個方便查閱的速查錶。對於我這種需要頻繁在不同數值方法間切換的研究人員來說，這種結構化的總結簡直是救星。它避免瞭我在做項目時，為瞭迴顧一個關鍵參數的取值範圍而翻遍整本書的麻煩，極大地提高瞭工作效率。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計簡潔大氣，散發著一種沉穩可靠的氣息。我本以為這會是一本偏嚮理論推導和純數學的艱深著作，但翻開之後發現，作者在引入概念時非常注重物理圖像的構建。開篇對經典力學中一些復雜問題的數值模擬方法介紹得尤為詳盡，不像某些教科書那樣隻是拋齣公式，而是真正帶你一步步理解算法背後的物理意義。例如，在處理軌道問題時，作者沒有僅僅停留在龍格-庫塔方法的標準形式上，而是結閤瞭哈密頓體係的特點，深入探討瞭辛積分法的優勢，這一點對於希望進行長期、高精度模擬的讀者來說，無疑是極具價值的。我尤其欣賞作者在解釋誤差分析時的嚴謹性，他沒有迴避數值方法的固有缺陷，而是坦誠地指齣瞭何時需要提升步長，何時又該警惕誤差的積纍，這種坦誠的態度讓人感到非常受用。閱讀過程中，我發現這本書的行文邏輯非常清晰，仿佛有一條無形的綫索將看似分散的數值技巧串聯瞭起來，使整個計算物理學的體係變得有血有肉，而非一堆孤立的工具箱。

評分☆☆☆☆☆

我一直覺得好的計算教材應該具備“工具箱”和“思想庫”的雙重屬性，而這本著作在這兩方麵都錶現齣色。在“工具箱”層麵，它對濛特卡洛方法的介紹極為全麵，從最基礎的接受-拒絕采樣到更復雜的馬爾可夫鏈濛特卡洛（MCMC）技術，都有詳盡的論述。作者特彆強調瞭在統計物理模擬中，如何設計有效的采樣策略來加速收斂，這對於處理高維係統至關重要。而在“思想庫”方麵，書中關於大規模並行計算的章節，雖然篇幅不算最長，但其前瞻性和實用性令人印象深刻。它沒有停留在簡單的多綫程概念上，而是討論瞭如何利用GPU架構的特點來加速某些特定的矩陣運算，這錶明作者緊跟時代前沿，緻力於提供麵嚮未來的解決方案。整體閱讀下來，我感覺自己不僅學會瞭如何用計算機解決問題，更重要的是，學會瞭如何用計算的視角去審視物理現象，這是一種思維方式的根本轉變。