Quantenelektrodynamik. Eine Vorlesungsmitschrift. pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Oldenbourg

作者:Richard P. Feynman

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1997-11-01

价格:0

装帧:Paperback

isbn号码:9783486243376

丛书系列:

图书标签:

• 量子电动力学
• 量子场论
• 费曼图
• 相对论量子力学
• 物理学
• 大学教材
• 讲义
• 微扰理论
• 狄拉克方程
• 量子力学

《相对论基础与宇宙学：时空结构与演化》 一本深入探索爱因斯坦革命性思想及其在现代物理学和宇宙学中深远影响的权威著作 --- 第一部分：狭义相对论的基石与时空几何的重塑 第一章：经典物理学的危机与狭义相对论的诞生 本章追溯了十九世纪末经典物理学（特别是牛顿力学和麦克斯韦电磁学）在高速运动和光速问题上遭遇的不可调和的矛盾。详细探讨了迈克尔逊-莫雷实验的精妙设计及其“零结果”对以太概念的致命打击。随后，本书将严格而清晰地阐述爱因斯坦于1905年提出的狭义相对论的两个基本公设：相对性原理和光速不变原理。我们将深入剖析这些公设如何逻辑性地推导出时空概念的革命性转变。 第二章：洛伦兹变换与相对论性动力学 核心内容集中于洛伦兹变换的数学结构及其物理意义。我们将详尽推导时间膨胀（Time Dilation）和长度收缩（Length Contraction）的定量关系，并辅以大量的思想实验（如著名的“双生子佯谬”）来阐明其反直觉的实际效应。本章还将介绍相对论性动量和能量的概念，重点在于揭示著名的质能等效关系 $E=mc^2$ 的物理内涵，并讨论其在核物理中的初步应用。 第三章：四维时空——闵可夫斯基几何 本章将从代数和几何的视角引入闵可夫斯基四维时空（Minkowski Spacetime）。详细介绍四维矢量、四维动量和四维力，以及如何在这一框架下重新表述电磁学定律。重点讨论“世界线”（Worldline）的概念，以及如何使用固有的时空间隔（Invariant Interval）来统一不同惯性系下的时空测量，奠定理解广义相对论的几何基础。 --- 第二部分：广义相对论——引力的几何化描述 第四章：等效原理与引力场的新视角 广义相对论的起点——等效原理将被细致剖析。我们将从伽利略-牛顿的等时性讨论出发，引导至爱因斯坦的强等效原理：引力效应与加速度的局部不可区分性。本章将探讨引力如何不再是传统意义上的“力”，而是时空曲率的表现。我们将审视自由落体运动的本质，即物体在弯曲时空中的“测地线”（Geodesics）运动。 第五章：黎曼几何基础与度规张量 为理解时空曲率，本章提供了一个必要的、但高度聚焦于物理应用的黎曼几何入门。重点介绍流形、切空间、指标（Indices）的升降操作，以及度规张量 $g_{mu u}$ 作为描述时空几何的核心工具。我们将解释如何通过度规张量来计算弯曲时空中的距离、角度和时空间隔。同时，介绍协变导数和黎曼曲率张量（Riemann Curvature Tensor）的物理含义——它量化了时空弯曲的程度。 第六章：爱因斯坦场方程的推导与物理诠释 本书的核心部分之一，即爱因斯坦场方程（Einstein Field Equations, EFE）的构建。我们将概述爱因斯坦的思维过程，通过对引力场与物质能量分布之间关系的假设，最终导向著名的张量方程：$R_{mu u} - frac{1}{2} R g_{mu u} + Lambda g_{mu u} = frac{8pi G}{c^4} T_{mu u}$。本章将深入解析方程两侧的物理含义：左侧描述时空几何（曲率），右侧描述物质能量分布（能量-动量张量 $T_{mu u}$）。还将讨论宇宙学常数 $Lambda$ 的历史作用及其在现代宇宙学中的复兴。 --- 第三部分：广义相对论的经典检验与现代应用 第七章：弱场近似与牛顿引力的恢复 为了检验理论的有效性，本章专注于在弱引力场和慢速近似下，如何从爱因斯坦场方程中恢复出牛顿万有引力定律。我们将计算牛顿引力势 $Phi$ 与度规张量的微小偏离之间的关系。在此基础上，我们将严格推导广义相对论对经典天文观测的三大经典检验： 1. 水星近日点进动：精确计算并解释无法用牛顿力学解释的额外进动。 2. 引力红移：阐述光子在引力场中能量损失的机制。 3. 光线在太阳附近的偏折：计算光线被太阳弯曲的角度，并与观测数据进行对比。 第八章：黑洞物理学的诞生与史瓦西解 本章将分析真空场方程（即 $T_{mu u}=0$）的第一个精确解——史瓦西度规（Schwarzschild Metric）。详细解释史瓦西半径（事件视界）的物理意义，及其作为不可逃逸边界的本质。我们将深入探讨奇点（Singularity）的存在性，并从不同的坐标系（如史瓦西坐标、落体坐标）来描绘物质落入黑洞的过程，澄清“视界”与“奇点”的本质区别。 第九章：引力波：时空的涟漪 本书介绍引力波的理论预测：时空曲率的传播，并阐述其四极辐射的机制。我们将讨论引力波的线性化近似，以及它们在传播过程中对测试粒子引起的张量性形变。本章还将简要回顾LIGO等探测器对引力波的直接探测（如双中子星并合事件GW170817）的里程碑意义，将其视为对广义相对论的动态、强场检验。 --- 第四部分：相对论性宇宙学：时空的大尺度结构与演化 第十章：弗里德曼-勒梅特-罗伯逊-沃尔克（FLRW）度规 在宇宙学尺度上，我们通常假设宇宙是均匀且各向同性的。本章将引入FLRW度规，该度规是描述膨胀宇宙时空几何的标准模型。详细解释尺度因子 $a(t)$ 的物理意义，它代表了宇宙中物质之间相对距离的变化。引入弗里德曼方程，即描述宇宙动力学的核心方程组，它们将宇宙的演化历史与其物质能量密度直接关联起来。 第十一章：早期宇宙与大爆炸模型 利用FLRW模型，本章构建标准的大爆炸宇宙学图景。我们将分析宇宙的加速膨胀（由暗能量驱动）和减速膨胀（由物质和辐射驱动）的时期。深入讨论几个关键的宇宙学概念： 视界问题与视界之外的联系 平坦性问题与暴胀（Inflation）的必要性 物质-辐射主导相变与核合成 第十二章：暗物质与暗能量的宇宙学证据 本章将聚焦于现代观测物理学对标准模型提出的挑战。详细审视支持暗物质存在的证据，如星系旋转曲线和星系团的引力透镜效应。随后，讨论宇宙加速膨胀的决定性证据——Ia型超新星观测，并解释暗能量（通常以宇宙学常数 $Lambda$ 的形式出现）在驱动这种加速膨胀中的作用。最终，本书将概述当前对这两种“暗”成分的理论猜想与实验限制，展望未来宇宙学的研究方向。

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我花了几天时间仔细研读了其中关于费曼图（Feynman Diagrams）展开的部分，其讲解的逻辑层次感令人印象深刻。作者并没有急于跳入那些令人生畏的微扰展开式，而是先从一个非常直观的几何视角，巧妙地将场论的抽象概念具象化。这种循序渐进的引导方式，极大地降低了初学者面对量子场论时的心理门槛。特别是对某些关键积分的选取和处理过程，他展示了几种不同的数学技巧，每种技巧的适用范围和优劣势分析得极为透彻，这让我对“如何选择正确的工具”有了更深的理解，而不是仅仅停留在知道公式的表面。我特别欣赏作者在引入新概念时，总能及时回顾前面已经建立的物理图像，确保读者不会在复杂的数学推导中迷失了物理直觉。这种严谨而又富有人文关怀的叙述方式，使得原本枯燥的数学推导过程，变成了一场充满探索乐趣的智力旅行。

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从教学法的角度来看，作者似乎非常重视“历史语境”的构建。在介绍某些核心理论工具时，他会穿插提及这些工具最初是如何被发现和发展的，这使得我们能够更好地理解为什么某些理论结构会以当前的形式存在。例如，在讨论规范不变性（Gauge Invariance）的引入时，作者没有直接给出拉格朗日量，而是回溯了电磁学到更一般的场论过渡过程中，物理学家们所经历的思维挣扎。这种叙事手法，极大地增强了知识的“厚重感”和“必然性”，让我们明白这些理论并非凭空产生，而是解决具体物理矛盾的必然产物。对于希望成为研究人员的学生来说，这种对理论发展脉络的理解，远比单纯记忆公式来得有价值，因为它培养的是一种批判性思维和理论构建的能力。

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这本书的装帧设计，尤其是封面那种深邃的蓝色调，立刻就给我一种置身于高深学问之中的感觉。纸张的质地摸上去相当不错，厚实且略带纹理，即便是长时间翻阅，眼睛也不会感到明显的疲劳。我个人非常看重这种“阅读体验”的物理载体，因为它在很大程度上决定了你与知识建立连接的初始感受。内页的排版布局也显得十分考究，字体选择既保证了清晰度，又带有一种古典的庄重感，尤其是一些复杂的数学符号，处理得干净利落，没有出现常见的模糊或粘连现象。侧边距留得恰到好处，方便我在需要时进行批注和标记，这对于深入理解复杂的理论体系来说，是必不可少的辅助功能。从书籍的整体工艺水平来看，出版商显然是投入了极大的精力，这不仅仅是一本学习资料，更像是一件值得收藏的学术工艺品。这种对细节的尊重，无疑为接下来的理论学习定下了严谨的基调。

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这本书的难度曲线设置得相当陡峭，但这种陡峭并非不合理的跳跃，而是一种层层递进的必然。当我翻到关于高阶修正和重整化（Renormalization）那几章时，深感其内容的密度之大。它没有采用那种过度简化来迎合大众读者的做法，而是毫不避讳地呈现了理论在面对无限大时所展现出的深刻挑战。作者在处理重整化群流（Renormalization Group Flow）的概念时，引入了一种非常强大的动力学视角，帮助理解为什么某些参数在不同能标下会有不同的表现。我感觉这不像是一本初级教材，更像是一本为那些已经对量子力学有扎实基础，并渴望进入现代物理前沿研究的读者准备的深度参考书。每一次对某个章节的攻克，都伴随着一种“豁然开朗”的成就感，尽管过程充满了挑战，但收获的知识深度是毋庸置疑的。

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这本书最大的特点，我认为在于其对“严格性”的近乎偏执的追求。在涉及路径积分（Path Integral）表述时，作者非常细致地讨论了测度（Measure）的选择问题，以及如何保证积分在数学上是良定义的。对于许多入门级的量子场论教材会选择跳过或一带而过的技术性细节，这本书却选择直面它们，并给出详尽的论证。这对于那些未来打算从事理论物理研究、需要阅读前沿论文的读者来说，是极其宝贵的训练。我个人体会到，这本书强迫我不仅仅停留在“会用”一个公式的层面，而是深入到“为什么这个公式成立”的底层逻辑。它不仅仅传授知识，更像是在雕琢读者的数学物理直觉，使其能够更自信地处理未来可能遇到的、更为复杂的、甚至尚未被完全解决的物理难题。

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