盲人摸象——电磁场理论学习
一个人翻着翻着坛子，看到了两年前在坛子提的问题，轻轻的笑了，然后再看论坛里问题，大多都很简单、基础，一声叹息：岁月留声。初识电磁波，有点儿“我信缘，不信佛，缘信佛，不信我”的感觉，毫无头绪。相处日久，虽倍感其精深，但也不至于如预料之初般复杂。
大三那会儿，被迫学专业课,《电磁场理论与微波技术》。上这门课的时候，我还算是基本上没逃课，习题也没怎么做过，主要是做不起，感觉挺难。每有习题，便在截止日期前，借诸君作业一阅，复制即可。考试前，通宵两天，再借阅诸君答案，背着书包，死啃，只为制造一个不错的分数。结局不差，我心甚慰。
大四那会儿，再次被迫学习。从可以预知的未来看，大半辈子得与微波打交道，我不得不将微波学习纳入战略的高度。要学就学狠心点，我很装逼的到科学书店买了本David Pozar的《microwave engineering》。这本英文版确实写得很漂亮，深入浅出，把场的问题尽量简化为路的问题，概念到位，应用也实际。但是这也是我反复阅读了N次，大约5,6次，才明白的。看第一次的时候，好像很多名词都没弄明白，痛苦不堪，看第二次时候，有些概念弄的稍微懂了，同样痛苦，看第三次时候，一些公式还能推推，感觉好点了。看第四五次，仔细思考物理意义，思考作者为什么要以这样一种方式思考微波，并且力图从其他角度解释同样的现象，直到现在为止，这本书上的很多东西，也还没有完全闹明白。在大四和研一上学期时候，《microwave engineering》花掉了我学习专业课的一半时间，稍有闲暇，就尽量思考。《microwave enginerring》中的习题，前四章我曾反复做过。对于一个还没入门的人来说，多做习题，尤其是经典教材的习题，可以比较好的建立思维模式。现在每遇到一个问题，我都习惯性的按照这本书的内容思考，受益很大。
在学习《microwave enginerring》这本书时候，因为有些概念不大理解，所以还要查阅其他资料。因为我的物理向来不好，电磁学基础很差。在网上，找了一些教学视频。幸运的是找到了MIT的OCW系列，里面有MIT的《电磁学》视频，更在网友的帮助下，找到了这门视频的配套中文教材。从那时候起，我才认真思考基本的电磁现象的物理过程。比如为什么叫电呢，电的单词在古希腊时期是“琥珀“的意思，因为有些无聊的贵妇人，在无聊时候发现摩擦首饰（琥珀），然后靠近青蛙，竟然可以青蛙赶走。MIT水平确实很高，课程入门简单，逐步精深，却趣味盎然，课程上基本就是电磁的实验。老师自己制造了格拉夫高压静电器，阐述静电放电原理。为了阐述极化的本质，找几个空气球做实验，让极化使气球动起来。为了给大家掩饰屏蔽，更把自己关在笼子里，而在笼子外面放上了数万伏的静电场！还有很多很多的例子，叹为观止。当学完这课程时候，发现笔记本竟然满是笔记和思考，也正是这个公开课的视频，让我觉得电磁学科很是有趣。他教会了我怎么理解最基本的物理过程，怎么运用学过的课程解释神奇的现象，更是让我们自己怎样用知识创造新的东西。这门课程更是促进了我学习的热情，觉得很多根本原理需要了解，到图书馆里借了本清华大学杨弃疾的《电磁场理论》，这本书加入了杨教授很多对电磁场独特的理解，提出了一些有益的思考，不过整体来说，算不上经典之作。
看了一阵子《电磁场理论》后，觉得有必要深入了解准静态场的书籍，在图书馆里挑选了本MIT的梅切尔和豪斯教授合著的《电磁场与电磁能》的中文译本。这本书是MIT《电磁学》公开课里推荐的教科书，翻译于90年左右。这本大作确实很精深，将静态场怎么发展为准静态场，再发展到电磁波，到现在为止，这本书我理解不透一半。卓富特色，理论阐述严谨、新颖、精深，特别是对准静态场的理解，颇有笑傲江湖的趋势。有些学校很牛叉，把这本书作为电气工程考研和考博的参考书，我只能说：你他妈真牛！这本书的习题花费了不少的时间，用掉两个月，每天到图书馆早出晚归，才解决了前七章的习题。庆幸的事，习题还不是太难，照着一些例子就可以做出来。
在阅读了《电磁学》《电磁场理论》和《电磁场与电磁能》以后，我才终于初步有了电磁物理基础，时间却已经到了研一的开学。为了更好的入门电磁波，我穿梭于各大论坛，到处找经验。在图书馆里的库存的书架上，翻出了D.K.Cheng的《电磁场与波》，到处都是灰。D.K.Cheng是国际上著名的华人电磁学者，毕业于哈佛大学，他的学生孔金瓯曾任MIT的国际电磁科学院院长，声名卓著。《电磁场与波》浅显易懂，数学简单明了，基本概念特别透彻。我算是做了这本书的大部分习题。在这本书的学习中，有三点对我特别有意义。第一个是基本的坐标变换，拉梅系数，梯度，散度，旋度的物理意义以及怎样进行运算，以前我一直不甚明白。第二个是传输线的物理模型，这本书讲得特别漂亮。以前我一直不懂为什么要对传输线这样建模，深入思考这本书后，才真正理解了意义。波不是在导体上传递，导体的作用是把场压缩在导体之间的介质中，介质充当了储能的作用，所以介质等效为电容，介质中的有损耗，所以有了电导G，而导体上有电流，电流在不断变化，所以是电感，另外导体有损耗，所以等效为电阻。第三点是对平面波的处理，当成传输线，很有意思。
D.K.Cheng的弟子孔金瓯先生更是超牛。孔金瓯博士毕业后到MIT做斯特莱顿的助手，在斯特莱顿过世后，接替了他的职位。斯特莱顿的《电磁理论》是电磁场理论方面的开山之作，即使过了半个世纪，也毫不褪色，哺育了一代又一代的专家学者。他的书到今天来说，都有很多学者在不断研究和仿效。孔的大作《电磁波理论》成书于八十年代， 是MIT电磁波方向的研究生教学用书。世纪之交，J。B。Pendry等人发明了左手材料，而后左手材料被广泛研究。《电磁波理论》正是研究该材料最有力的工具，孔先生何等慧眼！而孔金瓯先生本人更是在左手材料理论领域引导世界潮流，做出了很多突出的贡献。《电磁波理论》题材广泛，包含了导波理论，辐射理论，闵可夫斯基形式，广义相对论。特别是该书对各项异性材料的处理，神来之笔，还有对非均匀媒质的处理，更是精深无比。这本书的数学理论要求比较高，没有学好数学，看起来会比较困难。
孔金瓯的弟子周永祖先生，也是牛逼。周原来是UIUC的计算电磁学中心主任。而UIUC的计算电磁学中心在计算电磁学领域是超级大哥，汇聚了很多的大牛，要拔得头等，可见周实力之强悍。周发明了快速多极子方法，在94年时候，就能处理千万个未知数，应用于美帝的F系列战机的隐身性能的计算。据他前两年讲，现在处理几亿个未知数都不是问题。现在国内貌似能处理千万级别都很少很少。周的《非均匀媒质中的场与波》是不可多得的好书，在九十年代就被柳清伙和聂在平翻译成了中文。柳聂二人均为周先生的弟子，其中柳是加州大学伯克利分校的教授，聂现在已是电子科大的副校长。周离开UIUC的计算电磁学中心后，金建铭接任。Jin也是大牛人，在有限元（FEM）上是世界级的权威，他现在更是致力于时域有限元技术。他的《电磁场中的有限元方法》，一直以来是我学习的重点，挺难的。
D．K．Cheng的一个学生可能比较著名，西安电子科大的原校长梁昌洪。梁昌洪在八十年代初，到D。K。cheng的实验室做过一年的访问学者，在他的《电磁场与波》书里就有 “感谢梁昌洪和马北林两位先生对习题提供了帮助”。梁的《简明微波》是微波方面不错的教材，再加上网上可以找到梁讲课的配套视频。《简明微波》这本书浅显易懂，物理过程生动，融入了梁的很多理解，但是物理概念不是很准确。这本书里有很多分析方法，有些方法比较古老，已经过时了。若专要谈方法，与严谨性，Collin的《导波场论》确实是本很好的书。可以说《导波场论》在电磁理论方面，五十年来，无出其右。里面公式特别严谨，富有深意，广泛采用泛函和共形变换，对格林函数的理解很深入，数学很难，但是有时候又特别有用。这本书是深入提高理论非常好的书籍。
和《导波场论》相提并论，或许只有《正弦电磁场》。作者哈林登和Collin同是美国国家工程院院士，水平不相上下。Collin以其《导波场论》和《微波工程》两大名著闻名，而哈林登也毫不逊色。他的《正弦电磁场》和《计算电磁学中的矩量法》成为行业的丰碑。哈林登作为矩量法的创始人之一，他将多矩法推广到了全世界。他的《正弦电磁场》几乎与《导波场论》同时成书，理论水平相当，广受美誉。在这两本书里，我选择了《正弦电磁场》。这本书较collin的书，数学形式简单，而且物理概念特别好，充分展现了一代大师对电磁场的理解，很多似是而非的概念，在拜读他的作品后，醍醐灌顶，大有相逢恨晚的感概。在这本书里，他已经初步形成了矩量法的思想——“反应”，感受一个方向的出生，实为幸事。这本书的习题也非常的好，曾经仔细演算过好几章。
在物理类的书籍中，也有很好很好的书，费曼的《费曼物理学讲义》第二卷。第二卷的主要内容是电动力学。作为享誉世界的大师，费曼以其对用量子化重整电动力学，而荣获诺贝尔物理学奖。他的《费曼物理学讲义》更是物理教学史上的丰碑。在他的讲义中，他带领人随意走进了物理的殿堂，沿途欣赏物理学的瑰丽，数学简单，概念深刻。用少量的时间，就可以得到很好的体悟。而另一位诺奖获得者，“只恨生不逢时”的天才人物，朗道的《连续媒质中的电动力学》更是一本享誉时代的著作。这本书中，朗道半个世纪前的思想，今天都在照耀着我们，并且光芒一直未见。《费曼物理学讲义》或许是一本好的感性推动思考的书籍，而《连续媒质中的电动力学》则是一本散发着理性的著作。今天研究电磁理论方面，尤其是超材料方面都在大量引用《连续媒质中的电动力学》。这本书的很多思想，现在都受用无穷。
在学习《microwave enginerring》时候，多看，多算，多思，或许会收到好的效果。
本科阶段物理学经典教材推荐
在网上搜索“物理学经典教材”的时候，发现了几个问题。一是单看经典，比如Diarc的The Principles of Quantum Mechanics，并不适合做教材；再是推荐人在可能并未认真读过教材的时候就给出了寥寥几句的似懂非懂的评价。为了弥补这个缺憾，方便后人，我按照如下原则，列出书单。
1. 所有书单内的书我都有研习（有的不止一遍），至少通读过大部分。
2. 每本书的特点不同，我所推荐的最大理由，在于物理图像的清晰，表述简明，富有洞察力。
3. 出版年份过早的书，虽然经典，我不推荐，因为其中的一些观念已经距离现代观念相距甚远。如Ashcroft的Solid State Physics，里面讲了很多早已被抛弃的模型。
4. 篇幅过多的不推荐。如Reif的Statistical Physics，后来的书Kardar的Statistical Physics完全可以实现更多的价值。或者法国人梅西亚的量子力学。
好的教材可以一生伴在书桌前，而不是学期结束按照重量卖掉。限于一个人读书有限，一家之言，仅供参考若有裨益，莫大欣慰。
第一部分 普通物理.
普通物理分为力，热，电，光，近代物理几部分。
1.1零起点：费恩曼物理学讲义（第一卷）
从高中进入大学物理专业，起跑线上的必读书。注意要习惯和国内结构化的教材有明显不同，大段的论述可能只是在阐明一个观点。读的时候不要只是覆盖文字，而要理解背后的内容和物理过程。
通常认为这本书的缺点是没有习题。这不要紧，这本书只是用来培养进入物理世界的基本概念。
1.2 近代物理：Concepts of Modern Physics 作者： Arthur Beiser 现代物理概念 / (美)贝塞
普通物理学的近代物理（量子物理）是对于20世纪初的量子力学建立之前的物理的一种过渡。这本书的概念和物理图像非常清楚，用简单的公式阐明了问题的本质，值得反复研读。
此外，Jeremy Bernstein 等人写的Modern Physics是一本不错的教科书，有影印版。
1.3 热力学：Introduction to Statistical Physics,by Kerson Huang. 作者黄克孙是MIT的终身教授，其妻子吴健雄先生曾经用60Co的实验验证了弱相互作用下宇称不守恒的理论，直接使得杨振宁和李政道先生获得诺贝尔奖。通常提到的Kerson Huang的书，是更高深的一本Statistical Mechanics. 但是这本书的好处，在于简洁，清晰。他用箭头和方块图极大的简化了看似复杂maxell relation，并且在书里面引入了很多如对称破缺的前沿的内容，用不复杂的式子，对新物理给出了半定量的解释。
1.4 电磁学：国内有些电磁学教材的讲法，到达最后一章才给出了Maxwell方程组。其实电磁学是一门一劳永逸的课程——只要掌握了这个方程组，任何电磁现象都能加以描述。在普通物理程度，核心内容在于给出电荷产生电场，通过电流计算磁场，而对于电磁波的传播，运动电荷的辐射都由于矢量分析数学工具的缺乏而得以限制。因此我的建议是了解一些基本概念，并且及早进入电动力学的学习。
1.5 光学：光学是一个很特殊的学科。因为即使是在不需要高深理论的经典光学的范畴，也因为太多有趣的光学现象，教材得以变得厚重。如果只是掌握基本原理，却食之无味。我的大学老师曾经Eugene Hecht写的Optics做教材，这是一部很好的书，对于很多现象加以了阐释。如果时间充裕，值得一读。影印版的缺陷是把Index给删掉了，给查询造成不便。
1.6 新概念物理学教程
英文是物理学家的通用语言。因此要及早阅读英文书。开始的时候即使满页生词，查完了仍不理解整句的意思，也不要灰心，这是成为一名物理学家的必经之路。如果认为阅读英文书仍欠火候，这套书是中文书中的经典。作者赵凯华老先生是莫斯科大学的博士，他的数理基础非常深厚。本书一大缺点是相对严密的推导论证可 能使得一部分同学失去兴趣，但是每章后面的思考题很有价值，是先生毕生功力的结晶，值得去独立思考。
第二部分 四大力学
2.1 理论力学
Mechanics by Landau & Lifshitz. 这是著名物理学家朗道的理论物理学十卷的第一卷。开始学习的时候，要消除畏难心里。毕竟书上所用到的数学工具仍是我们熟悉的微积分而已。边看边跟着算是好办法，只用眼睛不用笔很容易看不下去。
2.2. 电动力学
2.2.1 费恩曼讲义 第二卷.  费恩曼本人认为第一卷的教学改革比较成功，而他想不出来很好的方法改进对电动力学的教学。仔细读过发现他是一种自谦。他清晰的物理直觉，会带给人以非常牢固而正确的物理观念，比如“静”场源导致了电磁现象看起来独立。
相比之下，国内有些教材，更加适合做参考书；但从参考书的角度，却不够全面，也不够深入，不够实用，更像是显摆作者的推导能力而已。
2.2.2 Griffiths 写过一本Introduction of Electrodynamics，很适合作为两学期的教材。对于物理学本身来说，我个人还是认为Feynman讲的更加有洞察力。这本书的习题非常不错，如果阅读费恩曼的书，有这方面的困惑，可以用它弥补缺憾。
2.2.3 Classical Theory of Fields  by Landau & Lifshitz. 现代物理通过场论来表达，而学习电动力学就是向场论的很好的过渡。这本书一贯是朗道的风格，从第一性原理出发，给出了经典场论的理论结构和表述。
2.3 量子力学
量子力学的名著浩如烟海，每本书的特点很不相同。他山之石，可以攻玉。如果时间有限，可以以Grifiths的Introduction to Quantum Mechanics作为开端。书的开始回顾了经典力学，旧量子论，并且以薛定谔方程为核心讨论了一些例子。但是很多量子力学的课题都没有涉及，如角动量只用了一节来讨论，自旋也不够透彻。在通过这本书掌握了波动力学和一些基本应用之后，可以读Modern Quantum Mechanics by Sakurai. 这本书虽然说是高等量子力学范畴，但完全可以适合本科生自学。它的价值是无法取代的。
有人以为它缺少了讲相对论量子力学的部分。其实相对论量子力学只是过渡理论，导致的概念不清楚，直到量子场论才得到诠释。在学习量子场论的时候，相对论量子力学，会作为QED的旋量场得到表述。
量子力学是整个现代物理学的基石。以上的量子力学教材，仅仅给了一些简化的例子，以及严格或者优美的求解，离可以应用的量子力学相差甚远。有上下卷的 practical quantum mechanics，内容相对古老，我力荐诺贝尔奖得主Hans Bethe与MIT教授，理论物理学家Roman Jackiw 合著的 Intermediate Quantum Mechanics. 这本书是丑陋的，因为不再有那么优美的谐振子，而取代以各式各样的近似。对于需要用到量子力学，而并不需要量子场论概念的很多物理分支，这是再好不过的了。
2.4 统计力学
统计力学的经典教材通常认为是Pathria写的Statistical Mechanics，以及Landau理论物理第五卷。我虽然有统计物理基础，也有这两本，但都没有读过这两本书。甚是惭愧，不敢推荐。值得一提的是，MIT的教授Kardar有两本书 Statistical Theory of Particles,和Statistical Theory of Fields, 观念很新，Formulism清晰，习题也很值得思考。
2.5 其他书评
2.5.1 Classical Mechanics, by Goldstein. 物理学的前沿研究在于量子世界，经典力学作为完备的学科，留给了工程师们和其他半经验力学学科。因此，对于从事物理学的人来说，应该及早的完成从经典力学到量子力学的过渡转变。实际上，掌握了最小作用量原理，拉格朗日力学及哈密顿力学表述形式，谐振子，简正模，泊松括号，就可以放心的进入量子的世界。很多时候，对于经典力学的理解，是在于学习量子物理以及场论的时候回头看的时候才有更深的理解。因此，鉴于本书过长的篇幅——在经典力学上做了过多的逗留，是不推荐它唯一的理由。
2.5.2 量子力学 曾谨言.   这本书在国内的口碑是比较好的。但是所有国人的著作都不免重视严格的推导求解，而忽略物理过程本身。很多推导，其实可以留给学生作为习题，而不是全部“告诉你该怎样推”，而是启发学生自己利用已知的物理定律把某一个物理过程表述出来。其中的数学，在推导的过程中，应当通过自学或者查询数学来完成。如果要想让初学者读懂，就要假设自己是初学者，一步步的跟着走。同样的情况也发生在喀兴林的《高等量子力学》里面。这本书缺少重点，处处篇幅一样，并且没有给场论留下足够的铺垫。相比之下，很多结论都可以作为习题留给学生思考，而不是自己把话说