The Quantum Theory of Fields, Vol. 2 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Cambridge University Press

作者:Steven Weinberg

出品人:

页数:511

译者:

出版时间:1996-08-13

价格:USD 100.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780521550024

丛书系列:

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好的，以下是一本名为《The Quantum Theory of Fields, Vol. 2》之外的、关于广义相对论与宇宙学的详尽图书简介。 --- 时空之网与宇宙的史诗：广义相对论的几何、动力学与演化 内容概述： 本书深入探讨了爱因斯坦广义相对论的深刻物理图景、严谨的数学框架以及它在理解宇宙结构、演化和极端天体现象中所扮演的核心角色。我们不再局限于狭义相对论描述的平直时空，而是全面转向弯曲时空——引力被理解为时空几何的体现。本书旨在为读者提供一个坚实的基础，从黎曼几何的代数结构出发，推导出爱因斯坦场方程，并以此为工具，解析黑洞、引力波、宇宙膨胀等现代物理学中最引人入胜的议题。 本书的结构分为四个主要部分，层层递进，确保读者能够掌握从基础概念到前沿应用的完整知识体系。 --- 第一部分：弯曲时空的几何基础 (The Geometry of Curved Spacetime) 本部分是理解广义相对论的数学基石。我们首先回顾张量分析的基本工具，为后续的微分几何做铺垫。重点在于理解流形的概念，如何用坐标无关的方式描述物理定律。 核心章节与内容： 1. 流形与张量代数重述： 引入微分流形的概念，区分协变（下角标）和反变（上角标）张量，以及度规张量 $g_{mu u}$ 如何定义时空中的距离和角度。详细讨论指标提升和下降的运算。 2. 联络与协变导数： 阐明为何在弯曲时空中，简单的偏导数不足以进行有效的微分运算。深入讲解黎曼-克里斯托费尔联络（Levi-Civita 联络）的唯一性，以及协变导数 $ abla_mu$ 如何确保物理定律在坐标变换下的形式不变性。 3. 黎曼曲率张量与几何不变量： 详细推导并分析黎曼曲率张量 $R^{ ho}_{sigmamu u}$，它是描述时空弯曲程度的终极数学对象。随后，通过对黎曼张量的缩并，引入里奇张量 $R_{mu u}$ 和里奇标量 $R$。探讨测地线偏离方程（Geodesics Deviation Equation），直观地展示引力如何造成时空中的潮汐力效应。 4. 拓扑与曲率： 简要介绍高斯-里曼曲率的积分性质，如高斯绝妙定理（Gauss-Bonnet Theorem），为后续讨论宇宙学中的拓扑结构打下基础。 --- 第二部分：引力的动力学——爱因斯坦场方程 (The Dynamics of Gravity: Einstein Field Equations) 本部分是本书的核心，重点在于将几何概念转化为描述物质如何“决定”时空弯曲的动力学方程。 核心章节与内容： 1. 变分原理与爱因斯坦-希尔伯特作用量： 从物理学最基本的变分原理出发，推导场方程。详细分析爱因斯坦-希尔伯特作用量 $S_{EH} = frac{1}{16pi G} int sqrt{-g} R d^4x$ 的构建及其物理意义。 2. 爱因斯坦场方程 (EFE) 的完整推导： 通过将作用量对度规张量 $g_{mu u}$ 求变分，严格推导出 爱因斯坦场方程： $$R_{mu u} - frac{1}{2} g_{mu u} R = frac{8pi G}{c^4} T_{mu u}$$ 深入剖析方程的结构：左侧（几何）与右侧（物质-能量）的精确对应关系。 3. 能量-动量张量 (Stress-Energy Tensor)： 详尽讨论物质和场的描述。重点分析理想流体、完美流体、电磁场以及量子场论（在半经典近似下）如何贡献于 $T_{mu u}$。探讨 $T_{mu u}$ 的守恒性——即与 Bianchi 恒等式相对应的协变恒等式 $ abla^mu T_{mu u} = 0$。 4. 弱场近似与牛顿引力： 将 EFE 线性化，恢复到牛顿引力定律。通过度规微扰 $g_{mu u} = eta_{mu u} + h_{mu u}$，计算出牛顿引力势 $Phi$ 与 $T_{00}$ 分量的关系，验证广义相对论的经典极限。 --- 第三部分：静态与对称解——经典理论的宝库 (Static and Symmetric Solutions) 本部分聚焦于求解爱因斯坦场方程的精确解，这些解构成了我们理解引力和极端天体物理学的基石。 核心章节与内容： 1. 史瓦西解 (Schwarzschild Solution)： 详细推导和分析描述球对称、真空、静态时空的史瓦西度规。深入探讨史瓦西半径的物理意义（事件视界），并分析克鲁斯卡尔坐标系（Kruskal Coordinates）如何揭示黑洞内部的结构和另一侧的“白洞”区域。 2. 静态球对称引力场中的测地线： 计算粒子在史瓦西时空中沿径向和角向的运动方程。讨论光线弯曲（如太阳附近的光线偏折）和水星近日点进动等经典实验检验。 3. 爱丁顿坐标下的克尔解 (Kerr Solution)： 介绍描述带电荷、有角动量的黑洞的克尔度规。讨论奇点（环形奇点）、能层（Ergosphere）和“有界赤道奇点”的特性。引入 Penrose 过程，展示如何从克尔黑洞中提取旋转能。 4. 洛伦兹不变性与 No-Hair 定理： 探讨爱因斯坦方程在特定对称性下的性质。详细论述“黑洞无毛定理”——外部引力场只由质量、角动量和电荷三个参数完全确定。 --- 第四部分：动态时空与宇宙学模型 (Dynamic Spacetimes and Cosmological Models) 本部分将广义相对论应用于整个宇宙尺度，探讨时空的演化，这是现代宇宙学的理论框架。 核心章节与内容： 1. 弗里德曼-勒梅特-罗伯逊-沃尔克 (FLRW) 度规： 引入宇宙学原理——齐性与各向同性，并导出描述均匀膨胀宇宙的 FLRW 度规。讨论度规中的尺度因子 $a(t)$ 如何量化宇宙的膨胀。 2. 弗里德曼方程组： 基于 FLRW 度规和 EFE，推导出描述宇宙演化的弗里德曼方程（能量方程）和加速/减速方程（流体方程）。分析不同物质组分（如辐射、物质、暗能量）对宇宙膨胀历史的影响。 3. 宇宙学常数与暗能量的引入： 将宇宙学常数 $Lambda$ 视为时空自身的能量密度，分析其在 EFE 中的地位。详细讨论 $Lambda$ 驱动的指数膨胀（德西特解）及其在当前宇宙加速膨胀中的作用。 4. 引力波的线性化理论： 在 FLRW 背景或平直时空的微扰下，推导引力波的波动方程。讨论引力波的产生机制（非对称加速的大质量体），以及四极矩公式。简要概述 LIGO/Virgo 探测到的事件（如黑洞并合）如何验证了动态时空的预言。 5. 奇点定理（Penrose-Hawking）： 概述利用因果结构和能量条件（如零能量条件）来证明在足够广的条件下，时空必然包含不可避免的奇点（如宇宙大爆炸和黑洞中心），从而标志着广义相对论预测其自身的失效之处，为量子引力理论的研究指明方向。 --- 目标读者： 本书面向物理学、数学和工程学领域的高年级本科生、研究生，以及致力于深入理解引力理论的科研人员。要求读者具备扎实的经典力学、电磁学基础，并熟悉多变量微积分和基础的线性代数知识。本书的严谨性旨在为读者构建一个坚实的、可用于前沿研究的广义相对论工具箱。

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我最近正在准备一个关于高能物理的研讨会，这本书中的某个特定章节——关于非阿贝尔规范理论的量子化方法——成为了我主要的参考来源。它的论证链条是如此的紧密，以至于任何一步的跳跃都可能导致整个推导的瓦解。这本书的魅力在于其内在的一致性和系统的完整性。它处理复杂数学工具（如群论在场论中的应用）的方式，简直是艺术品级别的精妙。我发现，在许多其他书籍中被简化或略过的高阶修正项，在这本书中得到了细致的展开和分析，这对于精确计算至关重要。对我而言，它更像是一本“工具手册”，一本记载着如何与自然界最深层力量对话的密码本。每一次翻阅，都会在已有的理解上叠加新的层次，使得原本看似坚固的知识结构变得更加精细和立体。这是一部需要反复研读，并随时准备停下来思考良久的经典之作。

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坦率地说，这本书的门槛高得惊人。我的一些研究生朋友开玩笑说，读这本书就像试图用一把尺子去测量宇宙的边界——尺子本身已经非常精密了，但你面对的是一个无限复杂的对象。这本书对于处理量子场论中的红外灾难和紫外灾难的方式，提供了一套成熟且强大的工具箱。我印象最深的是关于渐近自由的讨论，作者在保持数学严谨性的同时，巧妙地勾勒出了这种反直觉特性的物理图像。这本书的风格非常“欧洲化”，注重形式的完美和逻辑的绝对性。我曾试图将书中的某些章节与我其他入门级的场论教材进行对比，结果发现，这本书提供的细节和严格性是其他教材望尘莫及的。它更像是一部严肃的学术专著，而不是面向广泛爱好者的科普读物，它明确地指向了前沿研究的起点。

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这本书的叙事节奏非常快，几乎没有多余的“闲聊”。每一个段落都承载着密集的知识点，要求读者保持高度警惕。我发现，当我尝试仅仅浏览其中的一些章节时，效果非常差；只有当我老老实实地拿起笔，从头开始验算那些关键的微分散析时，理论的内在美感才开始展现出来。它侧重于构建一个连贯的、自洽的理论框架，对于一些实验背景的介绍相对简略，这使得它更偏向于理论物理学家的视角。特别是关于规范场论的引入部分，那种从基本原理到复杂现象的优雅过渡，让我对电磁力乃至更强大的核力有了全新的认识。这本书的深度和广度都达到了令人敬畏的程度，它不满足于描述现象，而是深入挖掘现象背后的深层结构。它需要的不仅仅是时间，更需要一种沉浸式的、近乎冥想的学习状态。

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这本书的封面设计简洁有力，那种深邃的蓝色调立刻抓住了我的注意力，仿佛在暗示着即将探索的知识深度的浩瀚。初次翻开，就被那种严谨的逻辑结构所震撼。作者似乎拥有一种魔力，能将那些晦涩难懂的基本粒子相互作用，用一种近乎诗意的数学语言娓娓道来。我花了比预期更多的时间来消化其中的每一个公式推导，尤其是在处理高阶微扰计算和重整化群的章节时，简直像是在攀登一座知识的高峰。每一次成功地跟上作者的思路，都伴随着一种豁然开朗的喜悦。我特别欣赏书中对理论物理学思想演变的梳理，它不仅仅是公式的堆砌，更是一部思想史的缩影，展示了人类如何一步步揭开微观世界的面纱。这本书无疑是为那些已经对量子力学和狭义相对论有坚实基础的读者准备的，它要求你投入全部的专注力，因为它不会为你设任何“软着陆”的缓冲垫。对于任何严肃的理论物理研究者来说，这本著作是书架上不可或缺的奠基石，它提出的问题和提供的框架，足以支撑起未来多年的学术探索。它像是一位严厉但公正的导师，不断挑战你的理解极限。

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读完这本书，我感觉自己的物理学世界观被彻底重塑了。之前那些模糊的概念，比如“虚粒子”和“场激发”，在这里被赋予了清晰、可操作的数学定义。我尤其喜欢作者处理对称性破缺问题的方式，那种从基本拉格朗日量出发，系统地推导出所有低能有效理论的能力，简直是教科书级别的范本。阅读过程并非一帆风顺，某些涉及路径积分表述的段落，需要反复对照参考资料才能勉强领会其精髓。但正是这种挑战性，让学习过程充满了价值。它迫使我走出舒适区，去真正思考“什么是场”以及“相互作用的本质”。这本书的排版和插图也值得称赞，尽管内容艰深，但图表清晰地辅助了解释了复杂的积分和费曼图的结构。它绝不是那种可以用来放松的读物，更像是为一场智力马拉松准备的严格训练计划。对于希望从“知道”量子场论过渡到“理解”量子场论的人来说，这本书是通往下一层次的必经之路。

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