Physics in One Dimension

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出版者:Springer Verlag
作者:Bernasconi, J.
出品人:
页数:0
译者:
出版时间:
价格:39
装帧:HRD
isbn号码:9780387105864
丛书系列:
图书标签:
  • 物理学
  • 一维运动
  • 经典力学
  • 运动学
  • 动力学
  • 能量
  • 守恒定律
  • 振动
  • 教材
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具体描述

《量子场论导论:从微观粒子到宇宙尺度》 作者: [此处可填入一位虚构的资深物理学家姓名,例如:亚历山大·冯·施特劳斯] 出版社: [此处可填入一家专业学术出版社名称,例如:普林斯顿大学出版社] 页数: 约 950 页 定价: [此处可填入一个符合学术专著的定价] --- 内容简介 《量子场论导论:从微观粒子到宇宙尺度》是一部旨在为高年级本科生、研究生以及专业研究人员提供坚实理论基础与前沿应用视野的综合性教材与参考书。本书系统地、深入浅出地阐述了量子场论(Quantum Field Theory, QFT)这一现代物理学的核心支柱。我们摒弃了仅侧重于特定模型的狭隘视角,而是构建了一个涵盖理论起源、数学框架、基本原理以及关键物理应用的全景图。 本书的结构设计旨在引导读者从经典场论的视角出发,逐步过渡到量子化过程的必然性,最终掌握描述基本粒子及其相互作用的现代工具。 第一部分:理论基础与历史溯源(第 1 章至第 5 章) 本部分着重于为读者打下坚实的数学和物理基础。 第 1 章:经典场论回顾与狭义相对论框架 我们从拉格朗日和哈密顿力学在连续介质和场上的推广开始,引入诺特定理在场论中的应用,精确推导了能量动量张量和守恒律。随后,我们详细讨论了闵可夫斯基时空下的洛伦兹协变性,并建立了描述无自旋、自旋半整数和自旋整数粒子的相对论性波动方程(如克莱因-戈登方程、狄拉克方程和马克斯韦尔方程组)。 第 2 章:正则量子化与玻色子场 这是本书的核心起点。我们详细阐述了正则对易关系在场论中的推广,并对自由(无相互作用)的标量场(如克莱因-戈登场)进行二次量子化。重点分析了产生算符和湮灭算符的物理意义,并清晰地构建了福克空间(Fock Space),阐明了粒子作为场的激发态的本质。真空态的定义及其性质是本章的重点。 第 3 章:费米子场与自旋统计定理 本章专注于狄拉克场的量子化。我们严格推导了费米子场必须满足的反交换关系,并从数学上证明了自旋统计定理——为什么半整数自旋粒子必须服从泡利不相容原理。对映体(Antiparticle)的概念,通过狄拉克海的图像和现代量子算符语言的结合,得到了严谨的阐述。 第 4 章:相互作用的引入与微扰论 在自由场论的基础上,我们引入了微小相互作用项,构建了相互作用绘景。本书采用海森堡绘景和交互绘景的对比分析,随后深入探讨了狄拉克(Dyson)级数展开,这是计算散射振幅的基石。我们详细讨论了S矩阵的定义及其在幺正性约束下的物理意义。 第 5 章:费曼图与微扰计算 本章是连接理论与实验的关键。我们系统地介绍了费曼图的符号规则,包括内部线、顶点和外部线所代表的物理过程。我们将费曼图的构建与微扰论的各项进行一一对应,并应用这些规则计算了最基础的物理过程,如电子-电子库仑散射的更高阶修正,为后续的重整化做好了铺垫。 第二部分:现代量子场论的严谨性(第 6 章至第 9 章) 本部分处理了量子场论中最具挑战性、但也是最关键的理论问题:无穷大及其处理方法。 第 6 章:紫外灾难与发散的起源 本章深入分析了为什么高能(短距离)的修正会导致积分发散,即“紫外灾难”。我们详细探讨了截断方法和维数正则化的技术细节,并解释了为什么这些方法在不同的正则化方案下会产生不同的结果,从而引出重整化概念的必要性。 第 7 章:重整化群与有效场论 这是本书最现代化的章节之一。我们引入了重整化群(Renormalization Group, RG)的概念,将其视为描述物理理论在不同能量尺度下行为的强大工具。我们详细推导了贝塔函数,并解释了“跑动耦合常数”的物理图像。有效场论(EFT)的思想被引入,展示了如何通过聚焦于特定能标下的有效拉格朗日量来避免处理所有尺度的细节。 第 8 章:规范场论的引入:量子电动力学 (QED) 我们以 QED 作为第一个成功的规范场论范例。首先,从局部规范不变性的要求出发,自然地导出了光子场的引入。本章详细推导了完整的 QED 拉格朗日量,并给出了电子-光子顶点的费曼规则。我们计算了电子的“裸质量”和“裸电荷”如何被真空极化和自能修正所“屏蔽”,最终得到可观测的物理量。 第 9 章:非阿贝尔规范理论与杨-米尔斯场 超越 QED,本章介绍了非阿贝尔(Non-Abelian)规范场论,即杨-米尔斯理论,这是描述强核力和弱核力的基础。我们详细讨论了非对易的场的规范变换,以及由此带来的“自相互作用”的胶子。我们探讨了渐近自由(Asymptotic Freedom)的深刻意义,以及其在强相互作用理论(QCD)中的核心地位。 第三部分:超越标准模型与前沿课题(第 10 章至第 12 章) 本部分将理论工具应用于描述自然界的基本力,并探讨了场论在凝聚态物理和宇宙学中的应用。 第 10 章:自发对称性破缺与希格斯机制 本章解释了如何在一个具有精确规范对称性的理论中,通过真空期望值(VEV)的非零性来“软化”对称性。我们详细分析了 Goldstone 定理及其在规范场论中的修正——即“吸收”Goldstone 玻色子形成规范玻色子的希格斯机制。本书随后介绍了标准模型中的电弱统一理论的框架,并讨论了质量的起源。 第 11 章:量子场论在凝聚态物理中的应用 本章展示了 QFT 并非仅限于高能物理。我们使用拟粒子(Quasiparticle)的概念,展示了如何用场论方法描述凝聚态系统,例如 BCS 理论中的超导现象(通过库珀对的玻色化)以及朗道费米子液体理论。高频激发在固体中被解释为集体激发模式,而非单个电子的运动。 第 12 章:场论与引力、宇宙学展望 最后,本章探讨了量子场论在极端条件下的行为。我们简要讨论了量子场在弯曲时空中的处理,包括霍金辐射的半经典推导。此外,我们还介绍了对标准模型进行超越的尝试,例如大统一理论(GUTs)的基本思想,以及在早期宇宙暴胀模型中,标量场(如暴胀子)所扮演的关键角色。 --- 本书的特点与优势 1. 深度与广度的完美结合: 本书不仅覆盖了标准课程所需的所有核心内容(正则化、重整化、规范对称性),还系统地纳入了现代物理学家必须掌握的工具(有效场论、重整化群、非阿贝尔规范理论)。 2. 数学严谨性: 严格遵循数学物理的规范,尤其在处理正则化和对称性破缺时,提供了清晰的证明和推导链条,而非仅仅停留在符号操作层面。 3. 强调物理图像: 尽管理论推导繁复,本书始终注重解释数学结构背后的物理意义,例如,将场的量子化解释为粒子激发,将重整化视为不同能尺度下理论的耦合。 4. 案例驱动: 通过 QED、QCD 和希格斯机制等核心案例,使抽象的理论概念具体化。 本书是物理学研究者通往前沿课题的坚实阶梯,对于希望深入理解粒子物理、凝聚态理论以及量子引力基础的读者而言,是不可或缺的参考资料。

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读后感

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用户评价

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这本书的独特之处在于其强大的“共振效应”。它不只是在讲述知识,更像是在发起一场针对读者自身世界观的对话。作者对“观察者效应”的阐述,已经远远超出了狭义的物理范畴,扩展到了社会学和个人选择的层面。他提出的那个关于“信息熵与自由意志悖论”的假设,让我久久不能平静。这种将微观粒子的行为模式映射到宏观人类行为的尝试,虽然极具争议性,却也为我们理解自身的能动性提供了一种全新的、充满张力的视角。整本书的结构就像一个精妙的迷宫,你每走一步,都会遇到一面映照着自身困惑的镜子。它不会给你现成的答案,但它会极其有力地帮你界定问题所在。这是一种罕见的、能够激发读者主动建构知识体系的文本,其价值远超单纯的信息传递。

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这部作品集实在是一次令人耳目一新的阅读体验,它巧妙地将看似孤立的哲学思辨与严谨的科学方法论熔铸一炉,呈现出一种独特的“智识景观”。作者仿佛是一位经验老到的园丁,他没有刻意去雕琢那些宏大的、包罗万象的理论体系,而是专注于对那些常常被主流学术界忽略的“边缘地带”进行细致入微的挖掘。书中对于“边界条件”的探讨尤其精妙,那种对系统初始状态的敏感性分析,不仅仅是物理学上的一个设定,更像是对人类认知局限性的一种深刻反思。我尤其欣赏作者在论述过程中展现出的那种游刃有余的文笔,它既有古典学者的那种对逻辑的苛求,又不失现代思想家对不确定性的拥抱。阅读过程中,我常常被那种突然的洞察力所震撼,仿佛有什么东西在我思维的角落里被拨亮了灯光。它不是一本用来速读的书,更像是一块需要细细品味的陈年佳酿,每一口都能带出新的层次感,关于维度、对称性以及信息流动的那些章节,简直是思想的盛宴。

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我必须承认,这本书在某些章节的论证深度上,对读者的心智负荷是相当高的。它要求你不仅要跟上作者的逻辑链条,还要同时在脑海中构建起他所描述的那个多维度的概念空间。这种挑战性是这本书最迷人的部分之一,它拒绝迎合快速消费的阅读习惯。书中对于“时间之箭”的探讨,引入了“熵增的审美价值”这一概念,这简直是天才般的连接。它将物理学的必然性与人类对美的追求巧妙地联系起来,探讨了我们在宇宙的衰变中如何寻找意义。这种深度挖掘的倾向,使得全书散发着一种沉静而厚重的气质。它不追求耸人听闻的结论,而是耐心地引导读者去感受那些宏大规律的冰冷与壮美。对于那些渴望进行深度思考,不满足于碎片化知识的求知者来说,这本书无疑是一份极其珍贵的馈赠。

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坦白说,初次翻开这本书时,我略带一丝怀疑,毕竟“哲学与科学的交汇”常常沦为故作高深的口水话。然而,这本书以其惊人的内在一致性和令人信服的论证结构,迅速打消了我的顾虑。它不是简单地将两个领域的术语硬凑在一起,而是深入剖析了两者在核心方法论上的同源性。例如,作者在讨论量子纠缠时引入的那个关于“叙事完整性”的概念,简直是神来之笔。它迫使我重新审视我们构建现实模型的内在驱动力——我们是否只是在寻找一个“足够好”的、能自洽的故事情节?这种跨界的对话,带来的不是知识的叠加,而是认知结构的重塑。书中对于“简化”这一行为的批判,也相当有力,它揭示了在追求模型优雅性的过程中,我们可能已经阉割了现实的丰富性和复杂性。这本书的价值在于,它提供了一套全新的工具箱,让你去审视那些你以为已经看穿了的领域,每一次翻页都是一次对固有认知的挑战。

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这本书的阅读节奏感把握得非常好,它像是一首精心编排的交响乐,有低沉的铺垫,也有高亢的爆发。那种叙事上的张力,让我几乎无法放下手中的书卷。作者在引入那些相对抽象的概念时,总是能找到极富画面感的类比,这对于我这种非专业背景的读者来说,简直是莫大的福音。我记得有一段描述多重宇宙理论时,用了“无限镜厅中的回音”来比喻,那个瞬间,原本晦涩难懂的概率波函数仿佛触手可及。但请注意,这种可读性绝不意味着内容的浅薄化。恰恰相反,正是这种清晰的阐释,才将那些极其深奥的数学结构以一种近乎诗意的方式呈现出来。它挑战了那种将高深知识“加密”的做法,坚信真正的智慧应该能够以最纯粹、最易懂的形式被传达。读完之后,我感觉自己像是接受了一次全面的“智力健体操”,思维的各个角落都被充分调动和锻炼了。

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