Ultracold Quantum Fields

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出版者:Springer
作者:Henk T. C. Stoof
出品人:
页数:462
译者:
出版时间:2009-2-27
价格:USD 109.00
装帧:Hardcover
isbn号码:9781402087622
丛书系列:
图书标签:
  • 物理
  • 量子场论
  • 超冷原子
  • 玻色-爱因斯坦凝聚
  • 量子信息
  • 多体物理
  • 非平衡态
  • 量子模拟
  • 相变
  • 拓扑物态
  • 量子光学
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具体描述

"Ultracold Quantum Fields" provides a self-contained introduction to quantum field theory for many-particle systems, using functional methods throughout. The general focus is on the behaviour of so-called quantum fluids, i.e., quantum gases and liquids, but trapped atomic gases are always used as an example. Both equilibrium and non-equilibrium phenomena are considered. Firstly, in the equilibrium case, the appropriate Hartree-Fock theory for the properties of a quantum fluid in the normal phase is derived. The focus then turns to the properties in the superfluid phase, and the authors present a microscopic derivation of the Bogoliubov theory of Bose-Einstein condensation and the Bardeen-Cooper-Schrieffer theory of superconductivity.The former is applicable to trapped bosonic gases such as rubidium, lithium, sodium and hydrogen, and the latter in particular to the fermionic isotope of atomic lithium. In the non-equilibrium case, a few topics are discussed for which a field-theoretical approach is especially suited. Examples are the macroscopic quantum tunnelling of a Bose-Einstein condensate, the phase dynamics of bosonic and fermionic superfluids, and their collisionless collective modes. The book is based upon the notes for a lecture course in the masters programme in Theoretical Physics at Utrecht.

好的,这是一份关于一本虚构图书的详细简介,该书名为《星际航行与超光速理论:从经典物理到量子引力视野下的跃迁机制》。 --- 书名:《星际航行与超光速理论:从经典物理到量子引力视野下的跃迁机制》 作者: 艾莉亚·范德沃斯 出版社: 寰宇科学出版社 页数: 780页 装帧: 精装 内容简介: 《星际航行与超光速理论》是一部汇集了理论物理学、工程学前沿以及深空探索战略的鸿篇巨著。本书并非专注于某一种特定的物理现象或实验,而是旨在构建一个宏大的理论框架,用以解释和指导人类文明如何实现跨越光年尺度的空间移动。作者艾莉亚·范德沃斯以其在非线性动力学和广义相对论领域的深厚积淀,系统梳理了从牛顿力学时代的“不可能”到当代前沿理论中“有待实现的可能”的演变路径。 本书的结构精妙,分为四个主要部分,层层递进,深入探讨了星际航行的核心挑战与潜在解决方案。 第一部分:经典时空观与光速壁垒的构建 这一部分首先对二十世纪初建立的经典时空观,即爱因斯坦的狭义相对论,进行了严谨的回顾和解析。重点阐述了洛伦兹变换、质能关系以及光速作为宇宙信息传递速度上限的物理根基。作者详细剖析了四维闵可夫斯基时空结构下的“因果律”对超光速旅行构成的根本性哲学和物理障碍。通过大量详实的数学推导,本书清晰地展示了当任何有静质量的物体试图加速至或超过光速时,所面临的能量奇点问题。 然而,范德沃斯并未止步于此。她引入了历史上的几种早期“假想超光速驱动”模型,例如基于对洛伦兹不变性假设的绕行路径,并对其在经典框架下的数学不自洽性进行了批判性评估。这一部分为后续的革命性理论奠定了坚实的理论基础,明确了“打破”光速限制,需要在现有物理范式之外寻找新的突破口。 第二部分:广义相对论的几何学突破与时空弯曲的利用 进入第二部分,本书的焦点转向了广义相对论。作者认为,真正的突破口在于对时空几何的操纵,而非简单地试图加速粒子。范德沃斯深入探讨了黎曼几何在描述引力场中的作用,并将其与空间距离的“有效缩短”联系起来。 核心章节详细介绍了基于曲率驱动的两种主要理论设想:阿库别瑞(Alcubierre)驱动模型和更具现代性的“零质量场”驱动概念。作者详尽分析了曲率驱动所需的“负能量密度”或“奇异物质”的理论要求。在详细的数学模型中,范德沃斯区分了对“局部光速”的遵守与对“有效空间距离”的压缩之间的微妙平衡。她引入了高维流形(Kaluza-Klein理论的衍生应用)来探讨是否存在一种尚未被标准模型捕获的物质形式,能够在宏观尺度上提供负压强所需的条件。这部分内容对驱动场所需的能量梯度、稳定性以及因果性保护机制进行了深入的模拟和讨论,强调了精确控制时空曲率的极端难度。 第三部分:量子真空与零点能的潜能挖掘 本书的第三部分将理论视角转向了量子场论的前沿领域,探讨了利用真空结构本身来实现空间操控的可能性。作者认为,如果宏观时空几何的操控需要负能量,那么这种负能量的来源最有可能潜藏于量子真空的涨落之中。 范德沃斯详细阐述了卡西米尔效应的原理及其在宏观尺度上被放大、定向应用的理论潜力。书中对“零点能”的提取和利用进行了高度理论化的建模,探讨了如何通过精细调控边界条件,在受控区域内产生一个持续且可导控的负能量密度梯度。此外,本书还引入了对“量子泡沫”结构在普朗克尺度上进行“搭便车”的猜想,即通过诱导真空能级的瞬时、局域相变来实现类似于“跳跃”的超空间移动。这一部分的难度极高,需要读者对量子电动力学和非微扰量子场论有扎实的理解。 第四部分:引力量子化与超统一场论的展望 最后一部分是面向未来物理学的哲学思辨与数学探索。范德沃斯将超光速航行的终极解决方案寄托于尚未完全建立的“量子引力”理论。她系统性地比较了弦理论(M-理论)、圈量子引力(LQG)等主流框架对时空本质的描述。作者提出,在普朗克尺度下,时空的“离散性”可能提供了规避连续光速限制的新机制——例如,如果空间本身不是连续的,那么“旅行”的定义将彻底改变。 本书的结语部分,探讨了从“时空折叠”到“虫洞”理论的跨越。范德沃斯清晰地指出了稳定、可穿越虫洞的理论要求(需要大量的奇异物质或对基础常数的局部修改),并提出了一个基于规范场论的新视角:超光速旅行可能不是在三维空间中“移动”,而是在更高维空间中进行“投影”或“拓扑连接”。 目标读者群: 本书适合高等物理专业的研究人员、理论天体物理学家、对量子引力及空间推进技术有浓厚兴趣的专业工程师,以及致力于跨学科研究的学者。阅读本书需要具备扎实的微积分、线性代数、广义相对论和量子场论基础知识。 本书特色: 全书不仅包含严谨的数学推导和理论分析,还穿插了对历史遗留问题的批判性审视。它不提供简单的工程蓝图,而是为理论物理学界指明了在超光速航行这一终极目标下,最有希望取得突破的几个关键理论交叉点。本书是一部对人类探索边界的知识构建与理论预研的里程碑式著作。

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