Functional methods and models in quantum field theory

Functional methods and models in quantum field theory pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:MIT Press
作者:H. M Fried
出品人:
页数:214
译者:
出版时间:1972
价格:USD 50.00
装帧:Paperback
isbn号码:9780262560115
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具体描述

The purpose of this volume is to present from a unified point of view a description of the major soluble and approximate models of relativistic quantum field theory. While the proper content of (realistic) field theories remains a matter of speculation, it seems to be clear that an understanding of the structure of matter, deeper than a phenomenological one, will rest on an understanding of the dynamics of interacting fields. For this reason alone it is worthwhile to collect, as this book does, those results that are now known about model theories. Considerations of efficiency and the anticipation of future usefulness suggest the employment of the beautiful functional methods developed by Schwinger, Symanzik, and Feynman, among others.

The level of presentation is such that students familiar with conventional field theoretic arguments should make the transition to a functional description both without difficulty and with a certain sense of excitement.

The first half of the book is a compact expression and derivation of functional methods that are applicable to relativistic quantum field theory, while the second deals with the models themselves—it employs these rather elegant functional techniques in describing almost all the soluble and approximate models of field theory.

After introducing functional field theory, the first part takes up in turn the S-matrix and the generating functional; construction of the generating functional: the Symanzik construction, the Schwinger construction, several interacting fields, rearrangements/grouping of Feynman graphs, and fields at the same point; noncanonical (e.g., Chiral) generalizations; and special properties of quantum electrodynamics: the heavy proton limit, Green's function equations, and gauge transformations and Ward identities.

The second half of the book, on soluble models, covers perturbation expansions: the Born (tree-graph) functional, lowest-order radiative corrections, the Lamb shift, and renormalization procedures; two-dimensional electrodynamics and the Thirring model; the Lee model; static and Bloch-Nordsieck models; and relativistic eikonal physics.

好的,这是一份关于一本假设的、名为《高级数值分析与计算物理》的图书简介,其内容完全不涉及您提供的书名《Functional methods and models in quantum field theory》。 --- 高级数值分析与计算物理:从理论基石到前沿应用 作者: [虚构作者姓名,例如:张文杰,李明德] 出版社: [虚构出版社名称,例如:科技文库出版社] ISBN: [虚构ISBN号码] 内容概述 《高级数值分析与计算物理》是一部专为高年级本科生、研究生以及从事计算科学和工程物理研究的专业人士量身打造的权威性著作。本书旨在弥合纯粹的数学理论与复杂的实际物理问题之间的鸿沟,提供一套系统、深入且高度实用的数值方法工具箱,用以解决现代科学研究中遇到的那些解析方法难以攻克的难题。 本书的核心关注点在于如何将抽象的物理模型转化为可执行、可验证的计算方案。我们摒视了对基础线性代数和微积分的冗长回顾,而是直接切入高效算法的设计、实施、稳定性和误差控制。全书结构清晰,从基础的迭代求解技术稳步推进至前沿的高性能计算范式,确保读者能够构建起坚实的计算物理学基础。 第一部分:数值分析的理论基石与方法构建 本部分首先确立了严谨的数值分析框架。我们深入探讨了误差理论,包括截断误差、舍入误差的来源、量化及其在多步算法中的累积效应。特别关注了条件数和误差界限的严格推导,使读者明白计算结果的可靠性并非偶然,而是由算法设计决定的。 随后,我们详细阐述了线性方程组的求解。除了传统的直接法(如高斯消元及其 LU 分解的优化),本书的重点放在了迭代法上。我们对雅可比、高斯-赛德尔方法进行了详尽的分析,并重点介绍了现代预条件技术(如代数多重网格法 AMGD 和 Krylov 子空间方法,如 GMRES 和双共轭梯度法 BiCGSTAB)。对于大规模稀疏矩阵,本书提供了构建高效预条件子的实用指南。 非线性问题的处理是本部分的关键内容之一。牛顿法及其各种变种(如拟牛顿法 BFGS)的收敛性分析被置于核心地位。我们结合实际物理问题,讨论了如何选择合适的步长控制策略和全局收敛保证机制,以避免在复杂的势能面中陷入局部最优解。 第二部分:连续问题离散化与偏微分方程的数值求解 本部分将重点转向物理学中最常见的数学描述——偏微分方程(PDEs)。本书系统地介绍了处理定常和演化问题的核心离散化技术。 有限差分法 (FDM) 被详细剖析,从一维常微分方程(ODEs)的欧拉法和龙格-库塔法,扩展到二维和三维的拉普拉斯方程、泊松方程的边界值问题的求解。我们着重分析了交错网格和高阶精度格式的构建,以及如何利用傅里叶分析来评估不同离散格式的稳定性和色散关系。 有限元方法 (FEM) 部分占据了显著篇幅。我们从变分原理出发,详细讲解了形函数(插值多项式)的选择、刚度矩阵和载荷向量的组装过程。本书不局限于标准 P1 或 P2 元,而是深入探讨了高阶有限元(hp-FEM)的优势,尤其是在处理界面和奇异性问题时的应用。针对 FEM 在大规模问题中的矩阵装配,我们提供了并行化计算的初步策略。 对于涉及时间演化的演化方程(如热传导、波动方程、Advection-Diffusion方程),我们深入比较了显式、隐式和 Crank-Nicolson 方案的稳定性和精度特性。针对双曲型方程,本书详细介绍了 Godunov型方法 和 WENO (Weighted Essentially Non-Oscillatory) 格式,这些是捕捉激波和不连续解的关键工具。 第三部分:计算物理前沿模型与算法 本部分将理论方法应用于解决具体的、具有挑战性的计算物理领域。 分子动力学模拟 (MD):我们详细介绍了牛顿方程的积分算法,从 Verlet 积分到更高阶的预测-校正方案。重点在于力场构建、边界条件处理(周期性边界条件)、以及温控和压控模拟(如 NVT 和 NPT 系统的正则化算法)。蒙特卡洛方法 (MC) 也被引入,用于平衡态的采样和自由能的计算。 谱方法与快速算法:本书强调了利用基函数展开的优越性。我们详细介绍了傅里叶谱方法、切比雪夫谱方法在周期性或特定边界条件下的应用,以及它们带来的指数级收敛速度。我们还将讨论快速傅里叶变换 (FFT) 在加速卷积积分和求解某些特殊 PDE 中的关键作用。 张量网络与低秩逼近:面对高维度的量子态模拟或复杂材料模型,张量网络(如 DMRG、tDMRG)已成为不可或缺的工具。本章简要介绍了张量分解的基础,并探讨了如何利用奇异值分解 (SVD) 来近似高维状态,有效处理指数级增长的自由度,这是当前计算物理领域最活跃的前沿之一。 特色与优势 1. 算法驱动与实现导向: 本书的每一个理论推导后都紧接着伪代码和对计算复杂性的分析,强调了实际编程时的效率考量。 2. 案例丰富: 穿插了从固体物理(晶格振动)、流体力学(边界层流动)、到电磁学(时域有限差分 FDTD)的实际应用案例,增强了读者的直观理解。 3. 错误分析: 提供了专门章节来讨论数值不稳定性、病态问题(Ill-conditioning)的诊断和缓解措施,这是许多纯理论教材中容易忽略的关键环节。 《高级数值分析与计算物理》的目标是让读者不仅能应用现有的软件工具,更能理解这些工具背后的数学原理,从而有能力设计和优化解决未来复杂科学问题的全新计算范式。

作者简介

https://courses.brown.edu/instructors/herbert-m-fried

目录信息

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读后感

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用户评价

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《Functional methods and models in quantum field theory》这本书的数学严谨性和物理直观性的结合,让我感到受益匪浅。作者在讲解过程中,始终注重数学推导的严密性,但同时又不失对物理过程的直观解释。我尤其欣赏他在处理“自旋”和“泡利不相容原理”时所使用的费米子场论方法。书中对狄拉克方程的解释,以及如何从狄拉克方程导出费米子场的路径积分,都非常详细。此外,他对量子场论中的“真空”概念的阐释,以及如何理解真空涨落和零点能,也给了我很大的启发。

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这本《Functional methods and models in quantum field theory》在我探索量子场论世界的旅途中,无疑扮演了一个至关重要的角色。我一直对量子场论那精妙而抽象的数学框架深感着迷,同时也为它能够成功描述从基本粒子相互作用到凝聚态物理的广泛现象而惊叹。然而,在我最初接触这个领域时,确实感到一丝畏惧,那些复杂的积分、算符以及层出不穷的符号,如同迷宫一般,常常让我望而却步。当我翻开这本书时,首先吸引我的是它清晰的结构和循序渐进的讲解方式。作者并没有一开始就抛出最复杂的数学工具,而是从基础的概念入手,逐步引入路径积分的思想,并详细阐述了它在量子力学中的应用。我尤其欣赏作者在解释Path Integral Formulation时所做的努力,他没有仅仅停留在数学公式的推导上,而是通过生动的类比和直观的物理图像,帮助我理解了“所有可能路径的叠加”这一核心概念。这种“由表及里”的教学方法,让我能够真正理解这些数学工具的物理意义,而不是仅仅死记硬背。

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对于任何想要深入了解量子场论的研究者来说,这本书都是一本不可或缺的参考书。它不仅提供了扎实的理论基础,还涵盖了许多重要的模型和技术。我特别欣赏它在介绍量子引力的一些初步思想时的内容,虽然这部分内容可能比较前沿,但作者的讲解还是让我对未来的研究方向有了一些启示。书中对各种量子场论模型的分类和比较,以及对它们各自优缺点的分析,都非常有价值。例如,对共形场论的简要介绍,让我初步了解了它在统计物理和弦理论中的应用。

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读完这本书,我感觉自己对量子场论的理解提升了一个全新的层次。以前那些令我困惑的数学符号和抽象概念,现在都变得清晰起来。我尤其喜欢书中关于“物质场”和“力场”的区分,以及如何用路径积分来描述它们之间的相互作用。书中详细介绍了标量场、费米子场和向量场,以及它们各自的拉格朗日量。在处理相互作用时,作者详细阐述了Feynman Graph Expansion是如何工作的,以及如何通过这些图来计算各种物理过程的振幅。他对量子场论中自能修正、圈图计算以及重整化方法的讲解,都非常透彻,让我能够真正理解这些技术的物理意义和数学依据。

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这本书的结构设计非常合理,它能够引导读者循序渐进地掌握量子场论的知识体系。从路径积分的基础,到量子电动力学,再到更复杂的非阿贝尔规范场论,每一个章节都建立在前一章的基础上,确保了学习的连贯性。我特别欣赏作者在处理重整化(Renormalization)这个关键概念时的细致之处。重整化是量子场论中最具挑战性但也最核心的概念之一,它涉及到如何处理计算中出现的无穷大。作者并没有回避这些困难,而是系统地解释了为什么会出现发散,以及重整化群(Renormalization Group)的思想是如何解决这些问题的。他通过一系列具体的例子,展示了如何在不同尺度下有效地处理物理参数,从而得到与实验相符的结果。这种对复杂问题的深入剖析,让我对量子场论的自洽性有了更深的认识。

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在学习本书的过程中,我发现它在理论深度和实践应用之间取得了非常好的平衡。它不仅仅是一本理论性的教科书,更像是一本实用的指南,教会我如何将理论知识转化为解决实际问题的能力。我尤其喜欢书中的例子和习题,它们不仅能够巩固我所学的概念,还能激发我进一步思考和探索。比如,在学习关于规范对称性的章节时,书中通过对杨-米尔斯理论的介绍,让我对非阿贝尔规范场有了初步的认识,并理解了它在描述强核力和弱核力中的重要作用。这部分内容对我来说是全新的,但作者的讲解让我感觉并不难以理解,他详细地解释了规范群、规范变换以及伴随的规范场,并展示了如何在路径积分的框架下处理这些复杂的规范理论。这本书对于理解现代物理学的许多前沿问题,比如希格斯机制和标准模型,都提供了坚实的基础。

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这本书的叙述风格非常吸引人,作者善于将复杂的概念用清晰易懂的语言表达出来,并且经常引用一些生动的比喻来帮助读者理解。我记得在解释“路径积分”时,作者将其比作“所有可能的旅行路线的总和”,这让我立刻就抓住了核心思想。在书中关于“对称性破缺”的章节,作者非常详细地讲解了自发对称性破缺和手动对称性破缺的区别,以及它们在粒子物理中的应用,例如希格斯机制。他对对称性破缺的分析,不仅展示了数学上的严谨性,也突出了其物理上的重要性,让我对为什么一些粒子有质量,而另一些粒子没有质量有了更清晰的认识。

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这本书最让我印象深刻的一点,是它对于“模型”的深入探讨。量子场论之所以强大,很大程度上在于它能够构建出各种各样的物理模型来描述不同的现象。从简单的自由场论,到复杂的相互作用理论,再到一些更具挑战性的模型,这本书都给了详尽的介绍。我特别喜欢关于量子电动力学(QED)的章节,它不仅介绍了QED的基本理论框架,还深入探讨了其在计算各种物理过程中的应用,例如散射截面和粒子衰变率的计算。通过对这些模型的分析,我不仅学会了如何应用量子场论的数学工具,更重要的是,我开始理解不同模型之间的联系和区别,以及如何根据具体的物理问题选择合适的模型。作者在处理那些复杂的计算时,展示了多种技巧和方法,比如Feynman Diagrammatic Expansion,以及如何处理发散问题,例如Regularization和Renormalization。这些内容虽然技术性很强,但作者的讲解清晰透彻,让我能够一步步地掌握这些核心概念。

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作为一名对粒子物理和凝聚态理论都感兴趣的读者,我发现这本书的内容恰好满足了我的需求。书中不仅深入探讨了基本粒子的相互作用,如量子电动力学和量子色动力学,还触及了凝聚态物理中的一些重要概念,例如有效场论。我尤其欣赏它关于有效场论的章节,它解释了如何在低能区域构建描述复杂系统的模型,而无需考虑其微观细节。这对于我在研究某些凝聚态现象时,能够快速建立一个有效的描述框架非常有帮助。此外,书中对于对称性和守恒律的讨论,以及它们与场论之间的深刻联系,也给我留下了深刻的印象。理解这些基本原理,对于把握量子场论的精髓至关重要。

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这本书的深度和广度都令人印象深刻,它为我打开了通往量子场论更广阔世界的大门。我曾尝试阅读过其他一些量子场论的教材,但总觉得难以深入。而这本书则不同,它以一种非常系统和全面的方式,将量子场论的核心概念一一呈现。我特别喜欢书中关于“非微扰方法”的一些初步讨论,虽然这部分内容可能比较初步,但它让我意识到,除了Feynman Diagrammatic Expansion之外,还有其他方法可以用来处理复杂的量子场论问题,这为我今后的研究提供了新的思路。

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