Introduction To the Theory of Quantized Fields pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:John Wiley & Sons

作者:N. N. Bogoliubov

出品人:

页数:620

译者:Seweryn Chomet

出版时间:1980

价格:0

装帧:Hardcover

isbn号码:9780471042235

丛书系列:

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深邃时空的涟漪：探索物质最微小的律动与相互作用 本书并非一本详尽阐述“量子化场论导论”具体内容的教科书。相反，它是一次更为广阔且深刻的探索，致力于勾勒出理解我们宇宙基本构成要素——量子场——的核心思想、历史演进以及它们在现代物理学版图中所扮演的至关重要角色。我们将绕开具体的数学推导与复杂公式，聚焦于那些驱动科学家们不断深入探究的根本问题，以及由此孕育出的革命性概念。 想象一下，我们的世界并非由独立的、离散的粒子构成，而是由遍布时空、永不停歇的“场”所填充。这些场，就像宇宙的基底，当它们以特定的方式“激发”时，我们便观察到了所谓的粒子。电子、光子、夸克，这些我们耳熟能详的基本粒子，不再是独立的实体，而是量子场能量的局部化表现。而“量子化”，则是赋予这些场以离散能量量子，使其能够以粒子形式出现的神奇过程。 回溯历史：智慧的火花如何点燃量子场的黎明 量子场论的诞生并非一蹴而就，而是人类对微观世界理解不断深化、一系列理论突破累积的必然结果。回望历史的长河，我们可以看到几条关键的思想脉络汇聚成最终的洪流。 首先，普朗克的量子假说如同划破黑暗的闪电，揭示了能量的量子化本质。他提出，黑体辐射的能量并非连续分布，而是以一份份不连续的“量子”形式发射和吸收。这一革命性的观点，尽管最初是为了解释宏观现象，却为后来的微观粒子理论奠定了基础。 紧随其后，爱因斯坦的光量子（光子）假说将能量的量子化思想直接应用于光。他成功解释了光电效应，证明了光不仅是一种波，也具有粒子性，即能量为 $h u$（其中 $h$ 为普朗克常数，$ u$ 为光的频率）的光子。这标志着粒子-波二象性概念的初步形成，为理解物质的基本构成打开了新的视角。 玻尔模型虽然后来被更完备的量子力学取代，但它在原子能级的量子化以及电子围绕原子核的轨道量子化方面，无疑是重要的里程碑。它让人们意识到，在微观尺度下，系统的行为遵循着与经典物理截然不同的规则。 真正将量子化概念引向“场”的，是狄拉克方程。在量子力学的基础上，狄拉克试图将狭义相对论引入，从而描述电子的运动。他发现，在满足相对论要求的同时，他的方程自然地包含了负能量解。起初这曾是令人困惑的难题，但狄拉克巧妙地将其解释为反物质的存在。更重要的是，狄拉克的方程为描述具有自旋的粒子奠定了基础，并且深刻地暗示了，粒子并非独立的实体，而是某种基本场的激发。 量子电动力学（QED）的诞生，是量子场论发展史上的又一辉煌篇章。由汤川秀树、戴森、费曼、施温格和朝永振一郎等科学家共同努力，QED成功地将电磁相互作用量子化，精确地描述了光与带电粒子（如电子）之间的相互作用。费曼图的引入，更是以直观的图形化方式，将复杂的量子过程可视化，极大地简化了计算，并使得对实验结果的预测达到了前所未有的精度。QED的成功，成为了量子场论的典范，证明了用场来描述粒子及其相互作用的强大能力。 超越QED：向着更广阔的物理图景迈进 随着对核力的认识加深，特别是强相互作用和弱相互作用的发现，科学家们意识到需要发展更普适的量子场论框架。 量子色动力学（QCD）应运而生，用于描述夸克之间的强相互作用。夸克是组成质子和中子的基本粒子，而强相互作用则是将它们紧密联系在一起的强大力量。QCD引入了“色荷”的概念，就像电荷一样，但具有三种“颜色”。传递强相互作用的粒子是胶子，它们自身也带有色荷，这使得QCD的数学结构比QED更为复杂。渐近自由性是QCD的一个重要特征，它意味着在极短的距离（高能）下，夸克之间的相互作用非常弱，而在较长的距离（低能）下，相互作用则会急剧增强，将夸克“囚禁”在原子核内部。 电弱统一理论，由温伯格、萨拉姆和格拉肖等人提出，实现了电磁相互作用和弱相互作用的统一。这个理论揭示了在极高的能量下，这两种看似不同的力其实是同一基本相互作用在不同能量尺度下的表现。弱相互作用在原子核衰变等过程中扮演着重要角色，而其传递粒子是W和Z玻色子。电弱统一理论的成功，为构建更庞大的“标准模型”奠定了基石。 标准模型，是当前描述除引力之外的所有基本粒子及其相互作用的最成功的理论之一。它集成了QED、QCD以及电弱统一理论，包含了基本粒子（夸克、轻子）和传递相互作用的规范玻色子（光子、胶子、W和Z玻色子），还引入了希格斯机制，解释了粒子质量的来源。标准模型的预测，如希格斯玻色子的发现，都得到了实验的有力验证，使其成为粒子物理学研究的基石。 量子场论的核心概念：思想的基石 尽管具体公式繁多，但理解量子场论的核心概念，是把握其精髓的关键。 场（Field）：宇宙的底层织物。每个基本粒子都对应着一个量子场。例如，电子场、光子场、夸克场等等。这些场在时空中弥漫，并且是动态的。 量子化（Quantization）：将连续的场“分割”成离散的能量包，这些能量包就是粒子。想象一个水面，可以是连续的波浪，也可以是水滴。量子化就是让场表现为“水滴”——粒子。 粒子（Particle）：量子场的激发态。当一个场获得了足够的能量，它就会以粒子的形式出现。粒子就是场的“涟漪”或者“量子”。 相互作用（Interaction）：粒子之间通过交换“力载体”（规范玻色子）来发生相互作用。例如，两个电子之间的排斥力是通过交换光子来实现的。 交换对称性（Exchange Symmetry）：对于全同粒子，它们的波函数需要满足特定的对称性要求。对于玻色子（如光子），波函数是对称的；对于费米子（如电子），波函数是反对称的，这引出了泡利不相容原理，即两个相同的费米子不能处于完全相同的量子态。 重整化（Renormalization）：在计算量子场论的各种物理量时，经常会遇到无穷大的结果。重整化技术是一套数学工具，通过引入有限的参数来“吸收”这些无穷大，从而得到有意义的、可与实验比对的有限结果。这并非是“修正”了物理定律，而是我们对理论理解深化后，用于处理理论在特定计算框架下的表现。 对称性（Symmetry）：对称性在量子场论中扮演着极其重要的角色。诺特定理指出，每一种连续的对称性都对应着一个守恒量。例如，时空平移对称性对应着能量动量守恒，旋转对称性对应着角动量守恒。规范对称性更是直接决定了相互作用力的形式。 量子场论的意义与挑战：通往更深层理解的桥梁 量子场论不仅成功地描述了已知的所有基本粒子和力（除了引力），更重要的是，它提供了一个统一的框架来理解物质的本质。它告诉我们，粒子的产生与湮灭是基本过程，能量与质量可以相互转化，而且粒子之间并非孤立存在，而是通过场相互连接。 然而，量子场论也面临着挑战。 引力：目前，量子场论尚未能成功地将引力纳入统一的框架。虽然有尝试性的理论，如弦论和圈量子引力，但尚未得到实验的充分验证。 暗物质与暗能量：标准模型无法解释宇宙中占主导地位的暗物质和暗能量的本质。这暗示着可能存在着标准模型之外的新粒子或新物理。 数学的严谨性：一些量子场论的数学结构仍然存在着深刻的未解决的问题，例如在某些情况下，理论的完备性和一致性尚未得到严格证明。 结论：永不止步的探索 本书旨在为读者提供一个宏观的视角，去理解量子场论——这个人类智慧的结晶——是如何一步步建立起来，又是如何深刻地改变了我们对宇宙的认知。它是一个持续发展、不断拓展的领域，激励着一代又一代的物理学家去探索物质最深层的奥秘，去解答那些关于宇宙起源、演化和基本构成最根本的问题。通过领略量子场论的思想之美，我们得以窥见支撑万物运行的宏大律动，感受科学探索永不止步的魅力。

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这本书的封面设计简直是场视觉盛宴，那种深邃的蓝色调配上银色的字体，立刻就给人一种探索未知、深入核心的专业感。我拿起它的时候，首先被那种厚重感所吸引，这显然不是那种轻飘飘的入门读物，它散发着一种“干货满满”的气息。内页的纸张质感也相当不错，印刷清晰，即便是那些复杂的希腊字母和公式符号，看起来也毫不费力。排版上，作者似乎非常注重读者的阅读体验，公式块和正文的穿插处理得恰到好处，不会让人在试图理解理论推导时，因为排版混乱而产生视觉疲劳。当然，作为一本理论性极强的著作，它在结构布局上自然是严谨得无懈可击，从基础的经典场论回顾开始，步步为营地搭建起量子化的理论框架，每一个章节的衔接都像是精密的齿轮咬合，让人不得不佩服作者在组织庞大知识体系上的功力。它就像是一张精密绘制的航海图，指引着我们穿越理论物理的迷雾海域，即便过程充满挑战，但清晰的路径本身就是一种极大的慰藉。

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这本书的章节安排体现了作者对学科发展脉络的深刻理解。它并没有止步于大家熟悉的狄拉克场或玻色场的第一步量子化，而是非常迅速地将讨论引向了更现代、更具挑战性的领域，比如非微扰效应的探讨，以及对有效场论思想的初步引入，虽然篇幅不长，但足以让读者感受到量子场论的广阔前景和尚未完全解决的难题所在。尤其是关于自相互作用场的处理，书中展现了一些教科书中不常提及的技巧，这些细节对于那些未来计划从事理论研究的读者来说，无疑是宝贵的财富。总体而言，这本书的价值在于其深度和系统性，它提供了一套扎实、全面的工具箱，足以支撑读者去理解和探索前沿的粒子物理或凝聚态理论中的复杂问题。它是一部值得反复研读，并随着自身理解深度的增加而不断“焕发新意”的经典之作。

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从语言风格上来说，这本书的叙述是极其克制和精炼的，几乎没有冗余的修饰词汇，一切都服务于理论的精确表达。它更偏向于一种德式的严谨，逻辑链条紧密到几乎没有“喘息”的空间。你不能期望在其中找到太多生动的比喻或者历史典故来帮助你记忆，它需要的是专注和心无旁骛的思考。我个人认为，这对于那些已经有一定基础，希望将知识体系系统化、精深化的高年级本科生或研究生来说，是绝佳的选择。它更像是一本“参考手册”与“教科书”的完美结合体，当你遇到具体问题时，翻阅相关章节，总能找到最直接、最权威的推导过程。但对于初学者，我必须提醒，直接上手可能会导致挫败感，建议搭配一些讲解更侧重于物理图像的入门材料作为辅助阅读。

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这本书最让我印象深刻的地方，在于它对“规范不变性”这一核心思想的贯彻始终。它不仅仅是将规范场论作为一个章节来讲解，而是将其作为一条贯穿全书的主线，从最基础的量子化过程开始，就不断强调对称性在构建物理理论中的决定性作用。作者在阐述费曼图的构建以及微扰展开时，展示了一种近乎艺术化的处理方式，将原本繁复的路径积分表述，通过精妙的代数操作和积分技巧，转化为清晰、可计算的图形化工具。尤其是在处理非阿贝尔规范场论的量子化时，那些涉及到规范固定和幽灵场（ghosts）的部分，作者的处理显得异常沉稳和内敛，既保持了数学上的严谨性，又试图在物理意义上给出合理的解释，避免了许多其他教材中那种生硬地“套用规则”的感觉。这使得我对量子场论的内在逻辑结构有了更深层次的体悟。

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我花了相当长的时间来消化前几章的内容，坦白说，它对读者的预备知识要求相当高，这绝对不是那种让你轻松入门的“科普读物”。它更像是一位严苛的导师，要求你必须对狭义相对论和经典场论有扎实的理解，否则你很可能在第二章就开始迷失方向，被那些层出不穷的数学技巧和抽象概念所吞噬。作者在引入核心概念时，几乎没有采用那种“先给结论再解释”的捷径，而是坚持从第一性原理出发，每一个量子化步骤、每一个重整化技巧的引入，都伴随着详尽的数学推导和物理图像的阐释。这使得当你最终掌握某个环节时，那种“豁然开朗”的成就感是无与伦比的，但前提是你得耐得住性子，一步一个脚印地去啃。书中的例题和习题设计得非常巧妙，它们不是简单的计算练习，而往往是深化理解关键物理思想的绝佳载体，极大地考验了读者的分析能力和理论应用能力。

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