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物理专业的真的要学那么多东西吗? 第1页

  

user avatar   yongle-li-86 网友的相关建议: 
      

(地球物理用的场论,恐怕要看地质出版社1978年版,薛琴访的《场论》。

言归正传。

目前本科数学教育有弱化趋势,但是弄几本现代的国外流行的应用数学书看看也就能明白。一般来说,看不懂朗道的推导部分不是自己的问题,是大学数学学习的时候没有达到斯米尔诺夫《高等数学》1-5卷(五卷十一册)的程度造成的。

五百块钱,你买不了吃亏,买不了上当。。。。。。

这五卷从微积分一直讲到泛函分析,基本上看下来就足以笑傲一般的物理课本了。不过如果要做前沿的学术,还需要补充近世代数、几何(斯米尔诺夫的书里去掉了解析几何,微分几何只有一章)、拓扑、数论。

如果说看不懂朗道的物理部分?那么恐怕需要补一补基础的物理学了。要知道,知识是循序渐进的,而有的“进阶”的书,默认了读者具备一定的知识,直接读根本找不到北。比如说,有些量子场论,一上来就把“场”给量子化了。可是,有的学生顶多学过一点电磁场,“经典场论”还没接触过呢!场的拉格朗日形式和哈密顿形式都没怎么搞明白,“狭义相对论”部分又因为接近期末不一定考多少,连带着洛仑兹群和庞加莱群都没整明白过或者忘光了。。。。。。。这时候学生可能需要一套赵凯华的新概念物理学,或者是伯克利物理学。。。。。。

现在赵凯华的新概念居然还有配套两本习题解答!以前我们高中的时候是没有的。

进阶的书,四大力学必须读现代的。“现代”与否不在于书写的早晚,在于是否跟目前的文献相一致。比如说Jackson的《经典电动力学》里用的是0-3指标,跟现在科研界流行的指标相同;而中科大的新书《电磁学和电动力学》用了1-4指标,这就尴尬了。。。。。。。

说明:以下荐书都是我从业十几年来逐步领略到的。我也不是每一本都读完了(只能保证完全没读过的没有放在这里)博士研究生时期读的书其实相当有限。建议每个话题选一两本书精读入门,其余的可以业余慢慢感悟。比如我电动力学本科只看过郭硕鸿,研究生时只看J. D. Jackson,且由于科研需要,只精读了静电学,其余只是翻翻。后来才看了另外的书。量子力学本科只读过曾谨言上下册,研究生才接触了J. J. Sakurai,Cohen-Tannoudji是讲课备课才买的。做博后的时候工作需要用到路径积分,这才读Feynman的书。之前的路径积分知识只来自于北师大邵久书的讲课。倒是Fluegge的《实用量子力学》里边全是应用的例子,我遇到问题就去这本书里寻找解答。统计力学本科看汪志诚的书做不动习题,买了马本堃、高尚惠的《热力学统计物理》,且读了两遍王竹溪的《热力学》。研究生的统计物理主要还是David Chandler的《现代统计力学导论》,还有跟华东师范大学理论物理所所长学习量子统计的时候用的北京大学编写组的那本《量子统计力学》。做博后学了Coursera上边Krauth的计算统计力学,讲课备课才读Pathria和Kardar。《天龙八部》里鸠摩智用小无相功驱动少林七十二绝技,我的小无相功主要就是上边几本书了。总共也没几本。学习量子场论时,孙为民老师用的是周邦融的,主要内容是QED,漫天都是slash。经典场和场量子化手续讲的十分简略。比如Dirac场的量子化,直接写出从量子化之后的Dirac场,带我们往回还原,确实能还原回经典Dirac场。我咨询了一下如何从经典Dirac场进行量子化,老师告诉我可以参考Ryde的书中某几页。近几年跟同事学习了一遍量子场论,这才有点感觉。


力学(从这里开始,每部分内容的第一段为力荐图书,精选一两本;后边都是我十几年来发现的好书,可作为学有余力时的参考读物翻阅。这样看起来就没那么沉重了。后边不再赘述):

朗道的第一卷目前没发现过时,写得不错;可惜问题很明显:高屋建瓴之后缺乏技术细节,读者懂得了现代物理的“理论力学”部分的思想,但是无法处理问题!Goldstein又太厚了。我也没啥好办法,脑海中又浮现出大二读了周衍柏的《理论力学》之后,自信满满地拿过了一本南京大学自编的《理论力学学习辅导》16开大厚本(印象中不比彭笑刚的《物理化学讲义》薄多少),瞬间自信心降为0。。。。。。

2019年9月:刘川老师的《理论力学讲义》出书了!写得不错,特此推荐,力荐!

有些书可以读读,比如鞠国兴的《朗道力学解读》、Marsden & Ratiu力学和对称性导论、阿诺尔德的《经典力学的数学方法》、Whittaker《质点和刚体分析动力学专论》、吴望一《流体力学》、赵亚溥《近代连续介质力学》、Cercinani等的《稀薄气体的数学理论》、Chapman和Cowling的《非均匀气体的数学理论》(这本书据说比较过时了,推荐新一点并容易懂的Kremer-an introduction to Boltzmann equation and transport process。感谢 @皓首穷经 推荐!)等等。后边几本书也不用全读下来,开阔一下视野也是好的。

2019年7月:近期读了一本Kibble & Berkshire的《经典力学(第五版)》,觉得正好是比朗道细比Goldstein薄的一本现代的中级读物,特此推荐。

近期了解到,美国比较流行的理论力学教材是这一本:

作者科研并不出名,但是其博士导师乃是一位大佬。且John Taylor写过一本我较为熟悉的书《散射理论》,写得非常好。所以他教学这块应该是没问题的。


电动力学:

我是读郭硕鸿《电动力学》入门的。后来直到博士毕业,用的都是静电学,J. D. Jackson的《经典电动力学》静电学部分反复看了多次,但是其他部分都忘光了。特别是电磁波部分。好在这部分知识在一般的“量子物理”或者“原子物理学”里用到的时候又会拿出来,用的时候我就回到《电动力学》课本里去查了。

最近用到一些狭义相对论公式,发现用0-3指标的书有限,推荐F. Melia的Electrodynamics,只有245页,从115页开始,用了很大篇幅详细讲狭义相对论和“经典场论”的内容。还有一本Masud Chaichian • Ioan Merches Daniel Radu • Anca Tureanu四个作者写的Electrodynamics: An Intensive Course,居然比较了三种不同的指标体系(1-4、0-3;-+++、0-3;+---),最后采用了0-3;+---这种流行的记号,可以用来作为Rosetta来阅读其他名著。北大的曹昌祺在其《经典电动力学》的开头写了一大段心得,值得一读。

另外两本书据说起点较低,容易掌握,但是我没有读过:

David Griffiths的电动力学:

还有一本Zangwill的现代电动力学。后者前言里写了一句特别让人暖心的话:

2020年更新:这本Zangwill的书最后一章讲了经典场论。篇幅不多,拿来快速入门不错!


统计物理:

为啥不叫“统计力学”了?因为目前“统计物理”涵盖的内容更加广泛,非平衡统计物理、非平衡热力学、相变最好都涉猎一些。这部分一定要读现代的书,因为相关文献大量采用Dirac符号的密度矩阵了,不熟悉阅读文献会有困难。

力荐:M. Kardar两卷、Walter Greiner


量子力学:

张永德的《量子力学》+《高等量子力学》套装不错。是我讲本科量子力学(II)和研究生量子场论的同事力荐的。进阶一点的首推J. J. Sakurai的《现代量子力学》。读读前几章就够了,后边的话还有其他好书:Cohen-Tannoudji出了翻译版,我经常翻看。

入门有困难,可以参考上海交大卢文发的《量子力学和统计力学》,专门为了只学过高数、线代和大学物理的学生设计的。当然了,作为一个有志学习物理的孩子看这本太浅了,快速入门之后必须辅以更专门的教材。

另外有一本汤森德的《量子物理》也是这种“入门”性质的,给读者掰扯明白概念,打造一座从经典物理过渡到量子力学的桥梁。由于译者是我研究生母校的,我买了一本。看着还不错。备课黑体辐射部分参考了这本书。

这一等级的书还有Griffiths的。但是这本书入门来说过于厚了,专门的话又不够深入。Shankar的可能好点。不过这两本我都没读过。

上述J. J. Sakurai和Cohen-Tannouji的书,数学内容深度不够。Leonard Schiff的和梅西亚的也可以拿来参考。梅西亚的数学附录补充了许多必要的数学。北大曹昌祺《辐射光场的量子统计理论》开头又总结了一大段对量子力学的思考,也值得读读。

不同的《量子力学》书名的大部头书,内容可能差别很大,有志钻研的同学可以多做涉猎。特别是文献里常常引用的书。当然反例也有,D. Chandler的《现代统计力学》导论经常出现在科研论文的参考文献里,但是内容过于简炼,对深入帮助不大。读这本书需要教师是D. Chandler一派的人!这几天听他的博后讲非平衡统计部分,听得非常过瘾。读书就没有这种感觉。

曾谨言的书好在汇总了大量的技术,解题遇到困难去读卷一卷二往往能有效果。我当年是读这两本入门的。还以为物理系的一学年《量子力学》(我天大的四大力学和数学物理方法都是一整个学年的量)会把这两卷全讲完呢。到了研究生我也没有读完。惭愧。

量子散射有单独的书看:Roger Newton《波和粒子的散射理论》、John Taylor的《散射理论》、朝永振一郎的《量子力学中的数学方法》、M. S. Child的Molecular Collision Theory、J. Murrell & S. Bosanac 的Introduction to the Theory of Atomic and Molecular Collisions、Mott & Massey的The Theory of Atomic Collisions。本本都是历史名作。

关于量子力学的数学,有一个快速入门的小册子,力荐

我是偶尔在京东发现,买了之后,在2019年春节期间看完了。写的还真不错。科普了量子力学中用到的线性代数和泛函的概念,解释了(可能不十分准确)量子力学中的无界算符问题。我在2020年推荐给了CalTech的一位同事。


数学物理方法:

访问加州理工,发现数学物理方法任课教师推荐Boas的书。北大的新版《数学物理方法》博雅塔的灰白封面,邹光远、符策基著,力学系教材)在前边放了三章泛函分析的内容进去,真是好事。

Sadri Hassani的《数学物理》是极好的,读起来非常有故事性,来龙去脉交代的清晰。值得拥有。更加硬核的书推荐Whittacker的 A Course of Modern Analysis: an introduction to the general theory of infinite processes and of analytic functions; with an account of the principal transcendental functions,

还有Alfken等人的Mathematical Methods for Physicists: A Comprehensive Guide。

超级厚大厚本。再往后什么变分法、矩阵论、拓扑学、测度论什么的,根据个人爱好,能看进去多少看多少了。这里推荐Simon写的八本分析的书,前四本叫Modern Mathematical Physics,后边四本是他自己写的。阅读顺序正相反。下边近列出两套书的第一册:

回忆一下我学习数学物理方法的经历,我读的第一本是梁昆淼第二版。后来觉得复变函数的知识不够,就读了钟玉泉《复变函数论》反复读过好几遍。当时曾经做武仁的《数学物理方法习题集》无压力。不过现在用留数算积分还是不太熟。常年不用忘得快。下半部分数学物理方程也是如此,我在山东大学特别上了课,结果还是忘的差不多了,印象深刻的一个是行波法,另一个是S-L问题。同时我读过的丁同仁、李承志的《常微分方程》以及《常微分方程几何理论与分支问题》、谷超豪、李大潜的《物理学中的偏微分方程》这几本书也是忘的很快


固体物理我读的书少。近期做科研也读了一些。总结如下:

研究生上课,化学系学生的固体物理,老师(丁维平)讲的是Kittle的固体物理

近期备课统计力学,读的是北大阎守胜的固体物理和北大引进的Misra的固体物理:

学习量子场论,教材里给出了一本Chaikin的凝聚态物理,作为QFT在凝聚态物理中应用的参考书:

不过个人觉得固体物理类似化学的《结构化学》,充斥着很多简化模型,且知识点分散,没有“系统”的感觉。如果是系统的凝聚态物理,那就无可避免的走高端路线,用QFT来统率全局。


南大《计算物理》一学期就讲三件事:Lanczos法解本征值、赝势-平面波法算能带(不过期末大作业只需用Slater-Koster紧束缚,省了球谐函数的编程了)、量子蒙特卡罗(我现在都忘光了)。没有教材,极为硬核。主讲老师的博士论文在校史馆里供着,面对他我有极大压力。

计算物理有两派教材:一派以技术为主,物理中的应用作为例子或者习题;另一派以问题为主,在处理具体问题的时候讲述用到的技术。两种方法各有千秋。我比较喜欢的一本是
Tijssen的《计算物理学》。读了这本书,才知道啥是真正的计算物理。此书也是我讲《计算物理学》这门课的参考书。

李新征、王恩哥合著的《分子及凝聚态系统物性的计算模拟》也不错。这本是我讲《计算物理学》课程的教材。

顺带一提,李老师的群论也出版啦!剁手剁手!


《高等量子力学》一般需要包括:量子力学理论基础也就是Hilbert空间的理论、对称性(一般搞出三种对称性)、二次量子化、格林函数、散射、Dirac方程。在外国这种课较少,一般分散在厚一点的《量子力学》和琐碎一点的《固体理论》《量子多体理论》《量子场论》里。一般美国的“研究生量子力学”,或者叫“Advanced QM”,是国内高量的内容。而J. J. Sakurai的高等量子力学,写的是粒子物理有关的比较专门的话题。不建议直接读。

上边提到的梅西亚和Schiff的量子力学,都适合作为“高等量子力学”阅读内容。还有Merzbacher 的也不错。还有Greiner的好几本量子力学书。

另有一本讲解量子力学在各种场合的应用的好书,力荐

别被题目迷惑了,这本书可一点也不简单。


以后的书就根据个人爱好了。目前来说,我觉得比较普适的进阶书籍有如下几种:

Dirac,广义相对论。即使以后不用,拿这本书练练张量计算、指标计算也是好的。而且用的是流行的0-3,+---指标。一共没多少页,我一个周末读完了。得到爱因斯坦方程的时候,有一种勇士披荆斩棘见到睡美人的感觉。

梁灿彬,微分几何与广义相对论,不要被书名吓倒,学习狭义相对论和量子力学基础理论用来参考也是极好的。不做场论的话,上、中两册就够了。

余扬政、冯承天,物理学中的几何方法,入手容易。

赵荣侠,《测度与积分》目前已知最薄的讲泛函分析的书了。

Quantum Field Theory for the Gifted Amateur,可以算是量子场论最简单的入门书了,力荐!而且其他课学的不好,这本书也有补充资料给补课。书后点评了各种进阶的书籍。

最近学习了Atoms and Photons,课上推荐了以下一本书,力荐

Claude Cohen-Tannoudji, Jacques Dupont-Roc, Gilbert Grynberg, Photons and atoms_ Introduction to quantum electrodynamics, Wiley

读起来确实很爽。一贯的Cohen-Tannoudji风格,详细的给你掰扯明白所有的内容。



我自己的专业的书比较杂,应该另开一贴,此处不再赘述。而目前物理中大量涌入拓扑概念,我还不知道读什么书好。我都是用的时候看看文献。

再分享一点本科阶段物理学习的经验:我本科的时候由于不是物理系学生,主要靠自学掌握物理知识。不过好在我有数学系的室友和物理系的朋友,不至于学成民科。

本科期间我掌握的物理知识实际十分有限,类似鸠摩智用“小无相功”驱动少林72绝技,我的核心知识为:

中科大普通物理基础教程5小本、周衍柏《理论力学》、郭硕鸿《电动力学》(主要掌握了静电学,因为量子化学里这部分知识用的多)、钟玉泉《复变函数论》(读梁昆淼的数学物理方法读不懂,直接读数学系的复变函数倒容易明白一些)、丁同仁李承志《常微分方程》、梁昆淼《数学物理方法》下半册(选修了一学期《数学物理方法(下)》,因为自己看数学物理方程太痛苦了)、王竹溪《热力学》(学《物理化学(上)》被虐了,找本详尽的书仔细研读)、马本堃高尚惠《热力学与统计物理》(汪志诚的书读完了做不出来习题)、曾谨言《量子力学》上下册,主要是上册。我校物理系《量子力学》就是用这套书讲两学期,从没读过他的单册本。大四选修了“应用随机过程”。

我本科的一点科研经验是用并行计算MPI编写矩阵运算小程序,提供给导师放在他的价键理论计算程序里。为了整明白,我又自学了《计算机操作系统》《编译原理》《数据结构与算法》三个课。

正文中的书大部分都是我读博士、做博后、担任教职之后读的。放出来不是为了展示我读过的书,而是希望能让后来人具有更多选择,在物理理论部分的升级中能更加轻松。毕竟还有实验/计算工具也需要付出精力学习。

最后推荐一个在知乎上看到的不错的Live。




  

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