Quantum Theory, Groups and Representations

Quantum Theory, Groups and Representations pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:Springer
作者:Woit, Peter
出品人:
页数:668
译者:
出版时间:2017-11-30
价格:0
装帧:Hardcover
isbn号码:9783319646121
丛书系列:
图书标签:
  • 量子力学
  • 群论
  • QM
  • 数学物理
  • Lie_Algebra
  • 量子理论
  • 群论
  • 表示论
  • 数学物理
  • 量子力学
  • 抽象代数
  • 李群
  • 量子场论
  • 拓扑学
  • 希尔伯特空间
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具体描述

Systematically emphasizes the role of Lie groups, Lie algebras, and their unitary representation theory in the foundations of quantum mechanics

Introduces fundamental structures and concepts of representation theory in an elementary, physically relevant context

Gives a careful treatment of the mathematical subtleties of quantum theory, without obscuring its global mathematical shape

《量子理论、群与表示》 本书是一部深入探讨量子力学基本框架的著作,聚焦于其核心的数学工具——群论及其在量子体系中的应用。作者以严谨的数学语言和清晰的物理直觉,系统地阐述了量子力学如何从其公理化体系出发,并在此基础上,详细介绍了群论作为描述对称性及其在量子系统中的重要作用。 全书结构清晰,逻辑严谨,从最基础的量子力学原理出发,逐步引入群论的概念,并详细阐述了群表示的理论。作者着重讲解了李群和李代数在量子力学中的应用,例如它们如何描述连续的对称性,以及如何通过表示论来理解这些对称性所带来的量子数、简并度等物理性质。 本书的核心内容包括: 量子力学基础: 作者首先回顾并详细阐述了量子力学的基本假设和数学结构,包括希尔伯特空间、算符、本征值方程、态叠加原理等。这一部分为后续的群论应用奠定了坚实的数学基础。 群论基础: 随后,本书系统地介绍了群论的基本概念,如群的定义、子群、陪集、正规子群、商群、同态与同构等。作者特别强调了群在描述物理对称性方面的重要作用,并引入了置换群、旋转群、洛伦兹群等典型群作为例子。 群表示理论: 这是本书的重点之一。作者深入讲解了群表示的定义、可约表示与不可约表示、特征标理论等。通过大量的例子,展示了如何利用表示论来分类量子态、理解粒子的基本对称性质,以及分析相互作用的守恒律。 对称性与量子力学: 书中花了大量篇幅讨论对称性在量子力学中的核心地位。作者讲解了对称性操作如何作用于量子态,并由此引出守恒量(诺特定理的量子力学体现)。例如,空间平移的对称性对应动量守恒,转动的对称性对应角动量守恒。 具体应用: 作者不仅理论讲解,更注重实际应用。书中会详细分析原子物理、核物理、粒子物理等领域中,群论是如何被用来理解原子光谱的精细结构、分子的振动转动光谱、粒子的分类与相互作用等。例如,SU(2)群在描述自旋和角动量时的应用,SU(3)群在夸克模型中的角色等,都会被详细剖析。 进阶主题: 随着内容的深入,本书还会触及一些更高级的主题,如张量算符、Clebsch-Gordan系数的计算,以及某些特定群(如SO(3), SU(2), SU(3)等)在量子力学中的具体表示及其物理意义。 本书的写作风格力求严谨又不失可读性。作者在给出数学推导的同时,也会辅以清晰的物理解释,帮助读者理解抽象的数学概念与具体的物理现象之间的联系。书中包含的例题和习题,旨在帮助读者巩固所学知识,并能独立解决相关问题。 《量子理论、群与表示》是一部适合于物理专业高年级本科生、研究生以及对量子力学数学基础感兴趣的研究人员的参考书。它不仅是一本理论教材,更是一把理解和掌握现代物理学中对称性原理的钥匙。通过学习本书,读者将能深刻理解数学工具在构建和理解量子世界中的关键作用,为进一步深入研究量子场论、凝聚态物理等前沿领域打下坚实的基础。

作者简介

Peter Woit is a Senior Lecturer of Mathematics at Columbia University. His general area of research interest is the relationship between mathematics, especially representation theory, and fundamental physics, especially quantum field theories like the Standard Model.

目录信息

Preface.- 1 Introduction and Overview.- 2 The Group U(1) and its Representations.- 3 Two-state Systems and SU(2).- 4 Linear Algebra Review, Unitary and Orthogonal Groups.- 5 Lie Algebras and Lie Algebra Representations.- 6 The Rotation and Spin Groups in 3 and 4 Dimensions.- 7 Rotations and the Spin 1/2 Particle in a Magnetic Field.- 8 Representations of SU(2) and SO(3).- 9 Tensor Products, Entanglement, and Addition of Spin.- 10 Momentum and the Free Particle.- 11 Fourier Analysis and the Free Particle.- 12 Position and the Free Particle.- 13 The Heisenberg group and the Schrödinger Representation.- 14 The Poisson Bracket and Symplectic Geometry.- 15 Hamiltonian Vector Fields and the Moment Map.- 16 Quadratic Polynomials and the Symplectic Group.- 17 Quantization.- 18 Semi-direct Products.- 19 The Quantum Free Particle as a Representation of the Euclidean Group.- 20 Representations of Semi-direct Products.- 21 Central Potentials and the Hydrogen Atom.- 22 The Harmonic Oscillator.- 23 Coherent States and the Propagator for the Harmonic Oscillator.- 24 The Metaplectic Representation and Annihilation and Creation Operators, d = 1.- 25 The Metaplectic Representation and Annihilation and Creation Operators, arbitrary d.- 26 Complex Structures and Quantization.- 27 The Fermionic Oscillator.- 28 Weyl and Clifford Algebras.- 29 Clifford Algebras and Geometry.- 30 Anticommuting Variables and Pseudo-classical Mechanics.- 31 Fermionic Quantization and Spinors.- 32 A Summary: Parallels Between Bosonic and Fermionic Quantization.- 33 Supersymmetry, Some Simple Examples.- 34 The Pauli Equation and the Dirac Operator.- 35 Lagrangian Methods and the Path Integral.- 36 Multi-particle Systems: Momentum Space Description.- 37 Multi-particle Systems and Field Quantization.- 38 Symmetries and Non-relativistic Quantum Fields.- 39 Quantization of Infinite dimensional Phase Spaces.- 40 Minkowski Space and the Lorentz Group.- 41 Representations of the Lorentz Group.- 42 The Poincaré Group and its Representations.- 43 The Klein-Gordon Equation and Scalar Quantum Fields.- 44 Symmetries and Relativistic Scalar Quantum Fields.- 45 U(1) Gauge Symmetry and Electromagnetic Field.- 46 Quantization of the Electromagnetic Field: the Photon.- 47 The Dirac Equation and Spin-1/2 Fields.- 48 An Introduction to the Standard Model.- 49 Further Topics.- A Conventions.- B Exercises.- Index.
· · · · · · (收起)

读后感

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用户评价

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坦率地说,这本书的阅读体验是一场智力上的马拉松,而不是轻松的短跑。它的篇幅和内容密度要求读者必须保持高度的专注。书中对非紧致群的表示论的讨论,尤其是一些更高级的主题,如表示的张量积分解,处理得极为细致,这对于研究散射理论或粒子衰变过程中的选择定则至关重要。作者在很多地方都引用了历史上的发展脉络,这使得复杂的概念在历史的语境下变得更加易于理解,展现了数学工具如何一步步被物理学家所采纳和发展。尽管其数学深度令人望而却步,但对于那些真正热爱理论物理美学的人来说,这本书就是一座宝库。它教会我们,在最基本的物理定律层面,美和必然性是同一枚硬币的两面,而群论正是揭示这种美与必然性的通用语言。

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这是一本令人眼前一亮的物理学著作,虽然标题是《量子论、群与表征》,但它绝非仅仅是枯燥的数学公式堆砌。作者巧妙地将抽象的群论与量子力学的核心概念编织在一起,使原本晦涩难懂的对称性原理变得触手可及。书中对群论基础的介绍非常扎实,从最基本的群的定义到更复杂的李群,每一步都辅以清晰的物理背景解释。尤其值得称赞的是,作者在讲解表征理论时,并没有停留在纯粹的数学推导上,而是通过大量的物理实例——比如角动量、晶体对称性等——来阐释这些数学工具的强大威力。阅读过程中,我能明显感觉到自己的物理直觉在不断增强,不再仅仅是机械地应用公式,而是真正理解了为什么某些物理量必须具有特定的对称性,以及这些对称性如何决定了粒子行为和能级结构。这本书的行文风格非常严谨,逻辑链条环环相扣,非常适合那些希望深入理解量子力学底层数学结构的研究生或高年级本科生。

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这本厚重的专著,与其说是在讲述量子力学,不如说是在探讨“不变性”在自然界中的终极体现。作者的笔触非常老练,充满了洞察力,他总能精准地把握住读者在学习过程中可能产生的疑惑点,并在关键时刻提供一个极其精妙的数学或物理论证来解惑。书中对晶体物理中点群和空间群的讨论,简直是教科书级的范例,完美地展示了数学抽象如何直接转化为对固体材料宏观性质的预测。我个人认为,这本书最大的价值在于它提供了一种“思维模式”——即用对称性来约束和指导物理理论的构建。它的内容组织并非完全线性,而是像一个巨大的网络,各个章节相互参照,相互支撑。如果你希望摆脱那种只停留在薛定谔方程表面解法的学习状态,转而探究物理定律背后的深刻结构,这本书绝对值得你投入时间和精力去细细品味。

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初次翻开这本书时,我略感有些不知所措,因为它的深度远超我预期的科普读物范畴,更像是一本为专业人士准备的进阶教材。这本书的叙事节奏相对缓慢而细致,特别是对于初次接触表示论的读者来说,前几章的内容需要反复研读。然而,一旦跨过最初的门槛,其结构之美便开始展现。作者构建了一个宏大而统一的理论框架,将相对论量子力学中的洛伦兹群、规范场论中的内禀对称群等内容,全部置于广义群论的伞盖之下进行讨论。这种“一以贯之”的叙述方式极大地提升了学习效率,避免了知识点的碎片化。书中对物理直觉的培养并非通过简化,而是通过挑战读者去接受更高维度的数学抽象,最终在更高维度上实现认知的飞跃。对于那些已经掌握了基础量子力学,但渴望在粒子物理或凝聚态物理领域深耕的读者来说,这本书无疑提供了一把通往精妙世界的大门钥匙。

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这本书的数学严谨性令人印象深刻,几乎达到了教科书级别的标准。它不是那种轻描淡写的综述性文献,而是充满了推导和证明的“硬核”作品。我特别喜欢它在处理不可约表示时所采用的方法,清晰地展示了如何从抽象的群结构中提取出具体的物理可观测量。书中对角动量理论的重述尤为精彩,它将量子力学的核心——对易关系——提升到了群作用的层次来理解,这是一种更本质的视角。不过,我也必须指出,对于自学者而言,本书的难度系数相当高,需要读者具备扎实的线性代数和基础分析功底。随书的习题设计得非常巧妙,往往不是直接的计算,而是需要结合理论进行概念性的深入思考。读完这本书后,我感觉自己对量子场论中各种规范群的理解都有了质的提升,因为对称性的根源终于清晰地呈现在眼前。

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