物理學中的對稱性

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，《物理學中的對稱性》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，《物理學中的對稱性》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。

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著 叢 書 名：ISBN：9787312022500版　次：1頁　數：231裝　幀：平裝開　本：16開所屬分類：圖書 > 科學與自然 > 物理學

目錄

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 太陽系中行星運動規律

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 克卜勒定律

1.4.1 軌道運動方程求解

1.4.2 克卜勒第三定律

1.4.3 註記

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 力學系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——巨觀與微觀

2.1 溫度

2.1.1 系統

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、溫度函式和溫度計實例

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 狀態函式

2.3.2 開爾文（Kelvin）形式的熱力學第二定律及其推論

2.3.3 理想氣體系統中的熵

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系統的狀態分布規律

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 麥可遜－莫雷實驗

3.1.3 四維時空

3.2 洛倫茲變換

3.2.1 不變數

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 碰撞問題

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 在不同慣性系下角頻率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、磁現象在形式上的類似——靜電和靜磁現象的對稱性質

4.1 電荷

4.1.1 摩擦起電

4.1.2 電的本性及測量

4.1.3 最小電量單位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 對磁荷系統

4.5.2 展開關係

4.5.3 磁偶極子及其成場關係

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 電流元，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係

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、電流為場源電磁場系統的性質

5.6.2 在以磁荷、磁流為場源的電磁場系統的性質

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係

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象

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

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前言

作者於1999—2000年在中國科學技術大學開設了“物理學和對稱性”選修課，由於在這一段時間內資料的積累及認識的加深，感到有必要系統地來解釋對稱性及其在物理學中的作用等問題，對稱性被普遍地認為是物理中最基本的原理或稱第一原理，它在直觀上很容易理解：兩個形狀相同的方塊有對稱性，一個圓球其各個方向之間具有對稱性，但這種對稱性在物理學中的表現就沒有這樣直觀，物理學中的對稱性實際上是指在表面看來彼此不相干的現象中隱藏同一個規律，當然讀者更感興趣的是從這些現象中尋找規律的見識、能力及潛質，即如何培育出“去粗存精，去偽存真，由此及彼，由表及里”的功力，本書注意到了這一點，並從歷史資料中尋找出恰當的事例供讀者參考，在有些物理事例中，我們對具體的作用規律幾乎一無所知，但僅僅根據對稱性的認識或者甚至是對稱性的構想就能夠得到非常重要的性質，處理對稱性的數學工具是群論，

從表面上看，物理或日常事物都是涉及對稱性的，但其間的表現形式大相逕庭，一名沒有受過專業訓練的工作者，很難懂得其中的內在聯繫，而專家在介紹對稱性時，先從簡單的直觀的對稱性，例如建築的對稱性人手，作一番簡介之後就進入他們本人的專業領域，他們的標準敘述方式是“這顯然是一種對稱性……”，實際效果是：專家看著顯然，對於一般的讀者看來並不顯然，因此這樣的講述方法至少對於入門者來說門檻過高，或者不怎么合適，本書也遵循著從通常具體的對稱性出發逐漸過渡到物理學中的對稱性的認識路線，具體的對稱性中有形式上的對稱性、性質上的對稱性以及規律上的對稱性，而規律上的對稱性更易於過渡到物理上的對稱性。