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哈密頓物理學 -- 教材#

以淺顯的方式,搭配簡易範例與正規 TeX 數學推導,說明哈密頓物理學的理論。 每一節都引用 ../ 資料夾的歷史卷宗作為典故,讓理論與歷史並行。

哈密頓物理學的核心,是「能量」取代「力」成為主角:

  • Newton: \(\vec F = m\vec a\) ,向量式、力學觀點。
  • Lagrange:廣義座標與作用量 \(L = T - V\) ,解析式觀點。
  • Hamilton:相空間與正則方程 \(\dot q = \partial H/\partial p,\ \dot p = -\partial H/\partial q\) ,幾何觀點。

目錄#

第 1 章:三種力學語言#

節 標題 重點
01.1 從牛頓到拉格朗日到哈密頓 三種形式的定義與等價性
01.2 相空間與狀態 相空間、辛形式、Liouville 定理

第 2 章:哈密頓量與正則方程#

節 標題 重點
02.1 哈密頓量的定義 Legendre 變換、Poisson 括號、能量守恆
02.2 正則方程 推導、辛流、平衡點穩定性
02.3 簡易範例:自由落體與單擺 照食譜做菜:三大步驟實戰

第 3 章:變分法與最小作用量#

節 標題 重點
03.1 最小作用量原理 \(\delta S = 0\) 、Euler–Lagrange 方程推導
03.2 Euler–Lagrange 方程的更多應用 循環座標、守恆量、消去約束力

第 4 章:守恆與對稱#

節 標題 重點
04.1 能量守恆與 Noether 定理 對稱性 ⇔ 守恆量、Poisson 括號證明
04.2 正則變換與 Hamilton–Jacobi 方程 變換理論、運動方程的完全積分

第 5 章:混沌與量子#

節 標題 重點
05.1 可積性與混沌 KAM 定理、Hénon–Heiles、同宿纏結
05.2 通往量子力學之路 正則對易關係、波動力學、路徑積分

學習路徑建議#

  1. 入門:01.1 → 02.1 → 02.3(先看懂哈密頓量與正則方程,動手算兩個例子)。
  2. 理論加深:01.2 → 02.2 → 03.1(相空間幾何與變分法)。
  3. 進階:03.2 → 04.1 → 04.2(守恆律與變換理論)。
  4. 前瞻:05.1 → 05.2(混沌與量子,接回歷史卷宗的現代篇)。

配套資源#