Основные теории (принципы) физики

Систематически изложена теория кооперативного поведения сильно неравновесных физических, химических, биологических и других нелинейных систем. Подробно исследованы свойства автоволн и диссипативных структур в активных средах, а также явление детерминированного хаоса. Большое внимание уделено описанию фрактальных множеств, отображений и пространственно-временной динамики. Рассмотрены методы аналоговой обработки информации с помощью распределенных активных сред и нейроноподобных сетей. Книга хорошо иллюстрирована, в ней содержится много поясняющих примеров. В настоящее, второе, издание (1-е изд. — «Введение в синергетику», 1990 г.) вошли новые разделы, относящиеся к природе хаоса, фрактальной геометрии, управлению нелинейными хаотическими системами и подавлению хаоса, решеткам сцепленных отображений, анализу временных рядов и некоторым другим направлениям современной нелинейной динамики. Вследствие этого новое издание получило другое название, более полно отражающее содержание книги.

В книге исследовано возникновение, развитие и исчезновение детерминированного хаоса в некоторых маятниковых, электроупругих и гидродинамических системах с ограниченным возбуждением. Выявлено существование большого разнообразия типов хаотических аттракторов и сценариев перехода к хаосу в рассмотренных системах. Построены и тщательно проанализированы фазовые портреты, сечения и отображения Пуанкаре, распределения спектральных плотностей и инвариантных мер регулярных и хаотических аттракторов. Изучено влияние различных факторов запаздывания на динамическую стабилизацию маятниковых систем.

Эта книга, написанная кратко и доступно, обеспечивает введение в квантовые вычисления - захватывающую и быстро развивающуюся область, которая находится на пересечении компьютерных, инженерно-технических, математических и физических наук.

В книге излагаются основные физические концепции и математические методы, используемые для исследования динамики открытых квантовых систем. Стремясь сделать книгу «самодостаточной», авторы начинают изложение с обзора классической теории вероятности и введения в основы квантовой механики, где особое внимание уделяют ее статистической интерпретации. Разрабатываются основы теории матриц плотности, квантовых марковских процессов и динамических полугрупп. Во многих примерах используются основные уравнения из квантовой оптики и теории квантового броуновского движения. Особое внимание уделяется теории декогерентизации, обусловленной окружающей средой, ее роли в динамическом описании процесса измерений, а также экспериментальным наблюдениям декогерентизации состояний, аналогичных состояниям кота Шредингера.

Математическая теория рассеяния — одна из центральных областей математической физики и математического анализа, активно развивавшаяся во второй половине XX века. Наиболее заметный вклад в ее развитие был внесен М.Ш. Бирманом, Т. Като (США) и Л.Д. Фаддеевым. Предлагаемое издание включает в себя все основные работы М.Ш. Бирмана на эту тему, написанные им как индивидуально, так и в соавторстве. Работы по теории рассеяния тесно связаны с другим важным объектом спектральной теории возмущений — функцией спектрального сдвига. Поэтому в предлагаемое издание включены также работы М. Ш. Бирмана с соавторами, посвященные функции спектрального сдвига. Статьи, включенные в книгу, сохранили научную актуальность. Публикация их в одном издании может облегчить вхождение научной молодежи в эту важную и непростую область математической физики.

Магнитно-резонансная силовая микроскопия (МРСМ) - быстро развивающаяся область, которая зародилась в 1990-е годы и не так давно достигла зрелости, объявив о первой регистрации спина единичного электрона, находящегося внутри непрозрачного твердого вещества. Дальнейшее развитие методов МРСМ окажет огромное влияние на многие отрасли науки и техники, включающие физику, химию, биологию и даже медицину. Целью данной книги является описание основных принципов современной теории МРСМ и ее приложений. Особое внимание в книге уделяется методам экспериментального обнаружения спина единичного электрона с помощью адиабатических обращений, вызываемых осциллирующим кантилевером (метод OSCAR). Книга также содержит ценные экспериментальные данные, которые, несомненно, пригодятся ученым, работающим в области квантовой физики или магнитного резонанса. Даже если читатель не знаком с квантовой механикой и явлением магнитного резонанса, он сможет понять и по достоинству оценить основные принципы МРСМ.

Эта книга - уникальная монография о векторных расслоениях на кривых, написанная одним из самых ярких геометров нашего времени. Её цель - показать, как с необыкновенной красотой переплетаются в геометрии векторных расслоений самые разные ветви современной математики: классические алгебраическая и дифференциальная геометрия, лагранжева геометрия и геометрическое квантование, дифференциальные уравнения на многообразиях и анализ Фурье, теория представлений и комбинаторика графов, калибровочные теории и квантовая теория поля... Автор щедро делится с читателем замечательными геометрическими конструкциями, остроумными идеями и нерешёнными вопросами, вскрывающими глубокие связи между на первый взгляд далёкими друг от друга разделами математики и математической физики.

Монография посвящена теории флюктуационных процессов в динамических системах. В начале излагается необходимый математический аппарат. Применительно к динамическим системам используется специально разработанный автором аппарат процессов Маркова. Обсуждается условие его применимости и эффективности. В книге рассмотрена теория нелинейных преобразований флюктуационных и регулярных сигналов, воздействие шума на электронные реле и теория работы автоколебательных систем при наличии случайных воздействий.

Новая область науки о квантовых вычислениях лежит на стыке квантовой теории информации, компьютерных наук и квантовой физики. В небольшом обзоре известного английского специалиста обсуждаются основные понятия квантовых вычислений и квантовой теории информации. Затрагиваются вопросы квантовой криптографии и телепортации.

Предлагаемая книга одного из создателей термодинамического формализма Д. Рюэля основана на курсе лекций, прочитанных автором в университетах США и Франции. В ней с математической точки зрения обсуждаются как традиционные вопросы классической равновесной статистической механики — распределение Гиббса, фазовые переходы и др., так и родственные вопросы теории динамических систем (символическая и топологическая динамика, энтропия, вариационный принцип). В виде двух последних глав в издание также вошла более поздняя книга Д. Рюэля, посвященная динамическим дзета-функциям.

Нанотехнология - это технология работы с молекулами. Прогнозируется, что ее развитие приведет к революционным успехам в медицине, электронике, информационных технологиях, энергетике и других областях человеческой деятельности. Данная монография является живым и образным введением в методы и задачи наноинженерии. В ней отражены сложности, возникающие при проектировании и конструировании вычислительных наноустройств. Детально рассмотрены этапы развития этого нового направления в науке. Основное внимание уделяется методу молекулярной динамики, который применяется для анализа нового класса задач, направленных на исследование свойств атомных кластеров (которые, в свою очередь, являются основой для наноустройств). Приводятся полные сведения из области смежных фундаментальных наук (биологии, физики, химии, информатики и техники), необходимые для понимания излагаемого в работе материала.

Более 30 лет исследования в области физики поверхности продолжают лавинообразно нарастать, вместе с этим возрастает их роль как для науки, так и для технологии. Книга М. Праттона представляет собой широкое стимулирующее введение в эту область физики. Она также содержит обширную библиографию последних достижений в физике поверхности.

В монографии рассмотрено состояние исследований в области электронного строения атомов. Предложен новый подход к исследованию внутриатомного строения, основанный на фундаментальном явлении поляризации атомов. Дается обоснование диполь-оболочечной модели, являющейся развитием оболочечной модели атома Бора. На основании данной модели предлагается объяснение периодичности атомов в таблице Д. И. Менделеева. Диполь-оболочечная модель атома принята для построения теории электронного строения вещества, в том числе в приложении к теоретическому обеспечению нанотехнологии.

Автор книги - выдающийся физик-теоретик, специалист по квантовой теории поля. Книга написана на основе его научного дневника и представляет субъективный взгляд на важнейшие проблемы теоретической и математической физики - конфайнмент кварков, инстантоны, магнитные монополи, струны, критические явления. Эти разнообразные вопросы объединены общей целью - понять поведение квантовополевых систем в области сильной связи, когда теория возмущений неприменима. В книге ясно и увлекательно изложены тонкие и сложные современные методы квантовой теории поля, и она отлично дополняет традиционные учебники по теории поля и физике элементарных частиц.

Книга посвящена изложению основных вопросов теории твердого тела. Большое внимание уделено физической стороне явлений, изложение ведется в очень наглядной форме.

Книга посвящена проблемам влияния внешней флуктуирующей среды на процессы возникновения статистически когерентных состояний в нелинейных динамических системах, для которых развитие методов статистического анализа дает качественное расширение возможности анализа реальных явлений и их прогнозирования. В книге исследуются процессы самоорганизации самоподобных систем, происходящие по принципам фазовых переходов, обусловленным флуктуационным воздействием внешних параметров, характеризующих внешнюю среду. Изучается качественная перестройка динамики системы при обобщенных процессах диффузии. Приведены методы описания и анализа аномальных процессов переноса. Развиваются статистические подходы для представления неравновесных переходов в самоподобных системах при скоррелированном воздействии случайных источников. Представлены самосогласованные модели формирования лавин в процессе самоорганизуемой критичности. Рассматриваемые задачи решаются аналитически и путем численного моделирования.

Излагаются основные идеи современной теории нелинейных уравнений математической физики, а также методы их точного интегрирования, основанные на спектральных свойствах некоторых линейных дифференциальных операторов. Рассмотрены многочисленные приложения к задачам гидродинамики, нелинейной оптики и квантовой механики. Даются краткие исторические ссылки и обзор современных работ по теме.

В книге изучаются уравнения релятивистской теории поля и, в частности, рассматриваются свойства ковариантности и симметрии уравнений Дирака - Максвелла и Дирака - Янга - Миллса. Вводится ряд новых систем уравнений, называемых модельными уравнениями теории поля. Эти системы уравнений воспроизводят основные свойства стандартных систем уравнений теории поля. В тоже время модельные уравнения имеют ряд отличий от стандартных уравнений теории поля, и, в частности, они обладают новой внутренней симметрией по отношению к псевдоунитарной (либо симплектической, либо спинорной) группе. Разработка концепции локальной псевдоунитарной (симплектической, спинорной) симметрии модельных уравнений теории поля ведет к далеко идущим следствиям. В книге используется математический аппарат алгебр Клиффорда.

Книга содержит конспективное изложение курса механики и физики сплошных сред, читаемого для студентов физического факультета. Он включает в себя основы электродинамики сплошных сред, гидродинамики и теории упругости.

В сборнике представлены пакеты заданий, предлагавшиеся на Саратовских городских олимпиадах по физике в период с 1975 по 1997 годы для учащихся 11–х (выпускных) классов. Ко всем задачам даны ответы, краткие указания, а иногда и достаточно подробные решения.

Книга в доступной и занимательной форме знакомит с «неформальной» физикой, которая связана с окружающим миром. Обсуждаются такие вопросы, как оценки физических величин, методы размерностей и подобия, приближенные методы, «качественные» теории, использование математического анализа, интернета и др. Книга вводит школьника (с 9-го по 11-й класс) в «творческую лабораторию» физика-исследователя. По каждой теме имеется подборка задач. Представлены задачи исследовательского характера, которые могут быть использованы в рамках школьной научной лаборатории. Отдельная часть книги вводит в основные понятия нелинейной динамики - науки продолжающей бурно развиваться в настоящее время.

Книга посвящена математическому изложению аналогий, существующих между гидродинамикой, геометрической оптикой и механикой. Оказывается, изучение семейств траекторий гамильтоновых систем по существу сводится к задачам многомерной гидродинамики идеальной жидкости. В частности, известный метод Гамильтона — Якоби отвечает случаю потенциальных течений. Рассказано о некоторых приложениях такого подхода, в частности, о вихревом методе точного интегрирования дифференциальных уравнений динамики.

Монография известного специалиста по теории динамического хаоса и физике нелинейных явлений включает обширный материал и объединяет трудные, а также еще не решенные задачи общей теории хаотических систем. Помимо известных вещей, таких как эргодичность, элементы теории КАМ, перемешивание, нелинейный резонанс, гиперболичность и др., здесь читатель найдет широкие сведения о гамильтоновой динамике и сепаратрисному хаосу, математических бильярдах, фрактальных свойствах хаотических траекторий, теории возмущения за пределами КАМ-теории, полетах Леви и случайных блужданиях, диффузионных процессах и кинетике. Большой раздел посвящен исследованиям фрактального кинетического уравнения. Последняя часть книги содержит важную информацию, относящуюся к фундаментальным вопросам обоснования статистической физики. Особое место в монографии занимают такие достаточно новые и интересные разделы, как возвращения Пуанкаре и демон Максвелла, неэргодичность, динамические квазизахваты, сложность и энтропия, log-периодичность, динамическое охлаждение и пространственно-временная фрактальность, и др.

Книга представляет собой первую попытку изложения основных положений термодинамики необратимых процессов в форме тематически подобранных задач с решениями и указаниями. В нее включено более ста задач по общим и специальным вопросам линейной и нелинейной термодинамики необратимых процессов, по вопросам, охватывающим широкий круг явлений переноса энергии, массы и импульса в термодинамических системах, осложненных фазовыми превращениями, вязким и пластическим движением среды, диссипацией энергии в газах и плазме, релаксационными явлениями и химическими реакциями в магнитном поле.

Книга представляет собой курс лекций по электронной теории металлов, который читался для студентов старших курсов физических специальностей. Курс естественным образом вводит слушателей в систему современных представлений квантовой теории металлического состояния. Всюду можно видеть стремление автора в ясной форме представить все необходимые выкладки и вычисления, однако по замыслу этот курс призван дать лишь качественное описание только электронной структуры металлов и их свойств.

Автором предлагаемой монографии является выдающийся британский математик Ричард Борчердс, получивший в 1998 году медаль Филдса за «работы по алгебре и геометрии и, в частности, за доказательство Moonshine conjecture». Он ввел точное математическое понятие «вершинной (операторной) алгебры», что сыграло решающую роль в развитии теории представлений (понятие, введенное в 1979 году Конвеем и Нортоном для характеристики поразительной связи между конечной простой группой Монстр и модулярными функциями.). Данная книга основана на лекциях, прочитанных осенью 2001 г. студентам университета в Беркли и направленных на ознакомление математиков с основами квантовой теории поля. В последнее время применение в математике методов и идей этой теории оказалось чрезвычайно успешным, прежде всего в маломерной топологии, симплектической геометрии и теории модулей римановых поверхностей, не говоря уже о математической физике.

В предлагаемом курсе излагаются основы равновесной статистической физики. Курс состоит из двух частей: в первой части рассматривается классическая статистическая Физика, во второй - квантовая.

Настоящая книга по теории относительности рассчитана на студентов - физиков и математиков, не имеющих никаких предварительных знаний в этой области и математическая подготовка которых не выходит за пределы того, что необходимо для изучения классической теоретической физики.

Пособие охватывает материал первой половины годового курса квантовой механики, читаемого студентам отделения ядерной физики физического факультета МГУ. Отличительной особенностью курса является органическая связь основных элементов обучения: лекций, семинаров и самостоятельной работы. В конце каждой лекции даны упражнения, подобранные так, чтобы каждое из них при условии последовательного освоения материала студент мог сделать без «подсказки». В то же время уметь решить все задачи, относящиеся к данной лекции, является необходимым условием перехода к следующей лекции.

Книга представляет собой русский перевод ставшей уже классической монографии, написанной авторами на французском языке. В ней изложены основы эргодической теории без излишнего формализма, приводится ряд примеров из классической и небесной механики.

Настоящее пособие составлено на основе курса лекций "Дополнительные главы математики", которые в течение многих лет читались автором для студентов, специализирующихся по теоретической физике, курса по выбору "Теория симметрии" для студентов третьекурсников и курса "Дополнительные главы математики с приложениями" для магистрантов физического факультета. Содержание лекций в основном представлено в форме краткого конспекта; более подробно изложены темы, по которым выполняются лабораторные задания. Задачи по каждому разделу решаются студентами на практических занятиях и самостоятельно. В целом данное пособие предназначено помочь студентам во внеаудиторной работе с рекомендованной литературой.

В российской литературе уже несколько десятилетий не издавалась литература по современной небесной механике. В этой небольшой книге выдающегося российского математика В. М. Алексеева (1932 - 1980) публикуются труды, посвященные качественным методам небесной механики и символической динамики; она состоит из лекций В. М. Алексеева в летней математической школе 1971 г. и нескольких статей, посвященный финальным движениям в задаче трех тел.

В книгу «Интегрируемые гамильтоновы системы и спектральная теория» вошли работы, посвященные исследованию интегрируемости динамических систем.

Данная книга представляет собой цикл лекций по теории относительности, которая традиционно применяется в таких областях, как шварцшильдовская метрика, смещение перигелия и отклонение света. Большое внимание уделено той области, которая может стать весьма актуальной в ближайшем будущем - гравитационному излучению.

Продолжение фундаментального сочинения выдающегося английского математика и механика, сосредоточенное на развитии науки об электричестве и магнетизме в 1900–1926 гг. Автор, как и в предыдущем томе, рассказывает историю физики по мере ее создания, останавливаясь как на достижениях всемирно известных ученых, так и на вкладах, сделанных в науку менее известными, но не менее интересными и талантливыми людьми.

Фундаментальное сочинение выдающегося английского математика и механика направлено на своего рода ревизию стройного здания науки об электричестве и магнетизме. Однако эта ревизия принадлежит перу крупного мастера, а его соображения по поводу фундаментальных физических принципов и понятий - поле, сила, энергия - представляют большой интерес для современной науки. Первый том трактата Уиттекера на английском языке появился в 1910 г., второй - в 1959. Оба они ранее не переводились на русский язык.

Данная книга является своего рода синопсисом, посвященным эволюции хаоса в космос. Авторы, занимающиеся в течение многих лет изучением некоторых аспектов данной проблемы, излагают наиболее важные идеи, начиная с представлений древнегреческих мыслителей и заканчивая результатами последних исследований. Решающую роль в предлагаемом материале играют методы современной физики, теория самоорганизации и новейшие исследования в рамках теории хаоса. Однако главными все же являются не математические или технические аспекты рассматриваемой проблематики, а те самые «вопросы содержания», которые были поставлены еще древнегреческими мыслителями, и которые сегодня изучаются в русле междисциплинарной науки синергетики.

За годы, прошедшие со дня выхода в свет первого издания данной книги, в классическое учение о симметрии добавились новые обширные разделы, такие как антисимметрия, цветная симметрия, симметрия многомерных пространств и т.д. Обогащенная новая результатами, популярно изложенными комментариями, рисунками и примерами, книга может рассматриваться как монография, а также как учебник или справочник.

Книга представляет собой наиболее полное руководство по методам нелинейной динамики. В ней обсуждаются вопросы структурной устойчивости, теория бифуркаций, инвариантные торы и теоремы о центральном многообразии. Наряду с классическими результатами в ней обсуждаются новые методы, в основном созданные нижегородской школой нелинейной динамики.

Книга С. Дaттa, автора известных работ в области нанофизики и наноэлектроники, посвящена проблемам электронного транспорта в низкоразмерных полупроводниковых структурах. Последовательно рассматриваются различные квантовые системы, от атома водорода до нанотранзистора. Излагаются наиболее общие понятия и методы неравновесной статистической механики и кинетики, и при этом не предполагается первоначальное знакомство читателя с квантовой механикой. В книге приведено большое количество численных примеров, а также программ в пакете MATLAB для проведения расчетов квантовых состояний и транспорта в объемных полупроводниках и низкоразмерных структурах. Дополнения к данному изданию в форме видеолекций, посвященных ключевым результатам книги, содержатся на Интернет-сайте автора.

В данный сборник вошли наиболее известные работы профессора Утрехтского университета, лауреата Нобелевской премии 1999 года по физике Г. 'т Хоофта. Рассматривается широкий спектр вопросов, касающихся теории относительности, которая традиционно применяется в таких областях, как шварцшильдовская метрика, смещение перигелия и отклонение света. Приводятся работы, посвященные квантовой теории поля и открытию стандартной модели элементарных частиц. Большое внимание уделено той области, которая может стать весьма актуальной в ближайшем будущем — гравитационному излучению.

В данной работе приведен обзор результатов экспериментальных исследований по дифракции микрочастиц на двух щелях и на дифракционных решетках. Эти опыты имеют принципиальное значение для квантовой механики, их осуществление оказалось возможным благодаря развитию технологий в создании дифракционных решеток, и в первую очередь, нанотехнологий. С помощью нанорешеток удается наблюдать дифракционную картину не только для электронов, но и для атомов, а также для очень крупных молекул, массы которых могут достигать десяти тысяч атомных единиц массы. Отмечается высокая точность измерений, проводимых в подобных дифракционных экспериментах. Подчеркнута настоятельная необходимость изучения этих экспериментальных результатов в курсе общей физики технических университетов и вузов.

Рассматриваются два наиболее сложных и принципиально важных раздела курса электродинамики — специальная теория относительности и теория электромагнитного поля. Даются основные представления о пространстве-времени и о физических полях, отличные от представлений классической физики. Приводятся примеры решения конкретных задач, а также предлагаются задачи для самостоятельного решения, контрольные вопросы и задания.

Основан в 1946г. Авторитетное научное издание, статьи и материалы журнала отражают тематику важнейших направлений теоретических и экспериментальных исследований по всему кругу научных вопросов, изучаемых на физическом факультете МГУ

Дан краткий обзор теории изучаемого явления, приведены методика выполнения экспериментов, порядок обработки полученных результатов, контрольные вопросы и список литературы.

В конспективной форме изложены основные законы и понятия разделов физики «Квантовые свойства излучения» и «Квантовая оптика». Приведены задачи и решения к ним по указанным разделам. Это поможет учащимся при подготовке к ЕГЭ, олимпиадам, практическим занятиям и лабораторным работам.

Изложены основы квантовой теории излучения и взаимодействия излучения со средой. На основе квантовой теории излучения, предложенной Эйнштейном, и закона Бугера в дифференциальной форме рассмотрено взаимодействие излучения со средой (в том числе и с отрицательным коэффициентом поглощения).

Справочно представлены основные методы численного решения обыкновенных дифференциальных уравнений и краевых задач. Механизм и эффективность работы этих методов выявляются в процессе выполнения компьютерного практикума. Это способствует формированию у студентов необходимой теоретической и практической базы знаний для последующего решения прикладных задач диффузии. Даны все необходимые рекомендации для проведения вычислительных работ на персональных компьютерах по численным методам решения некоторых задач математической физики. Приведены теоретический материал,необходимый для работы с электронной версией методических указаний, и условия типового расчета.

Изложены основные законы и понятия разделов физики «Квантовые свойства излучения», «Физика атома» и «Физика атомного ядра». Приведены задачи для самостоятельного решения и примеры решения типовых задач по указанным разделам.

Дан краткий обзор основных понятий и соотношений теории, необходимых для решения задач по разделу «Принцип суперпозиции в квантовой механике». Изложена методика решения типовых задач. Приведены задачи для самостоятельного решения.