Particle Physics and Cosmology

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出版者:North Holland
作者:
出品人:
页数:382
译者:
出版时间:1990-6-26
价格:USD 70.00
装帧:Paperback
isbn号码:9780444885968
丛书系列:
图书标签:
  • 粒子物理
  • 宇宙学
  • 标准模型
  • 广义相对论
  • 量子场论
  • 暗物质
  • 暗能量
  • 宇宙微波背景辐射
  • 大爆炸
  • 高能物理
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具体描述

好的,这是一份关于“量子场论导论”的图书简介,旨在详细介绍本书内容,避免提及“Particle Physics and Cosmology”或任何生成过程的痕迹。 --- 量子场论导论:从基础到前沿应用 作者:[此处可留空,或填写虚构作者名] 内容简介 本书旨在为物理学研究生和高年级本科生提供一个全面且深入的量子场论(Quantum Field Theory, QFT)入门与进阶指南。量子场论是现代理论物理学的基石,它不仅成功地描述了基本粒子及其相互作用,更是连接统计力学、凝聚态物理以及宇宙学等多个领域的桥梁。本书的编写遵循清晰的逻辑结构,从经典场论的数学框架出发,逐步引入量子化方法,最终抵达现代物理学研究中不可或缺的各种技术与概念。 全书共分为五个主要部分,共计十五章,力求在概念的严谨性与计算的可操作性之间取得平衡。 --- 第一部分:经典场论与正则量子化 (Classical Field Theory and Canonical Quantization) 本部分为后续内容奠定坚实的数学和物理基础。我们从拉格朗日量密度和作用量原理出发,详细推导了欧拉-拉格朗日方程在场论中的应用,包括连续对称性和诺特定理的精确表述。我们强调了经典场论作为构建量子理论的必要前置步骤的重要性。 核心内容包括: 拉格朗日与哈密顿表述: 场变量的动力学方程及其共轭动量。 诺特定理: 深入探讨守恒量与时空对称性的关系,特别是平移、旋转和洛伦兹不变性。 自由标量场: 使用正则量子化方法(对易关系)对Klein-Gordon场进行量子化,引入创建子和湮灭子算符,并构建Fock空间。 自由狄拉克场: 详细处理费米子场的量子化,重点讨论泡利不相容原理在量子场论框架下的自然体现,以及旋量方程的相对论性质。 --- 第二部分:相互作用的引入与微扰论 (Interactions and Perturbation Theory) 在理解了自由场论后,本部分着手处理粒子之间的相互作用,这是QFT最具挑战性但也最富成果的部分。我们引入相互作用项,并系统地发展了费曼图的微扰展开方法。 核心内容包括: 相互作用绘景: 引入S矩阵(散射矩阵)的概念,并以Dyson级数展开S矩阵。 费曼图的构造: 详细解释了每个费曼图元素(内部线、顶点、外部线)所对应的数学表达式,这是进行实际计算的关键工具。 散射振幅计算: 针对不同阶次的微扰计算,展示如何从费曼图中提取可观测量,例如计算二阶(树形图及一圈图)的$phi^4$理论和QED的简单过程。 因果律与传播子: 深入探讨泡利-约旦传播子和费曼传播子的物理意义,以及它们如何确保了局域性和因果性的满足。 --- 第三部分:重整化:处理无穷大 (Renormalization: Taming the Infinities) 微扰论计算中不可避免地会出现紫外发散,本部分是本书的技术核心,专注于现代物理学家处理这些发散的标准程序——重整化。 核心内容包括: 发散的来源: 识别一圈图计算中出现的紫外(高能)和红外(低能)发散。 正则化技术: 详细介绍维度正则化(Dimensional Regularization)的原理与操作步骤,这是现代高精度计算的标准方法。 重整化群基础: 阐述“裸”参数与“重整化”参数之间的关系,并引入跑动耦合常数的概念。 重整化理论: 区分可重整化理论与不可重整化理论,并对特定模型(如$phi^4$理论)进行完整的重整化程序演示。 --- 第四部分:规范场论基础 (Foundations of Gauge Field Theory) 规范对称性是描述自然界基本力的核心原理。本部分将量子场论扩展到描述规范场的框架,这是量子电动力学(QED)和杨-米尔斯理论的必要步骤。 核心内容包括: 局域规范对称性: 从Abelian U(1)对称性(QED)出发,引入规范场(光子)及其耦合。 非Abelian规范场(杨-米尔斯理论): 详细推导SU(N)群下的规范场作用量,强调规范场自相互作用的几何起源。 QED的完整性: 重新审视QED的微扰计算,重点关注Ward-Takahashi恒等式在保证计算一致性中的作用。 洛伦兹协变规范选择: 讨论在实际计算中,选择Lorentz协变的$R_xi$规范以及Feynman规范的必要性。 --- 第五部分:前沿概念与拓展 (Advanced Topics and Extensions) 最后一部分将介绍QFT中一些对现代研究至关重要的进阶概念,这些概念通常出现在高能物理和统计物理的交叉领域。 核心内容包括: 路径积分表述: 从路径积分的角度回顾和重构自由场与相互作用场的动力学,特别是其与统计力学的深刻联系。 费米子的路径积分: 引入Grassmann变量,并讨论费米子路径积分的计算技巧(如Faddeev-Popov方法在规范场论中的应用)。 对称性破缺的场论描述: 阐述自发对称性破缺(SSB)的机制,并深入分析Goldstone定理。 质量的起源: 简要介绍规范玻色子如何通过Higgs机制获得质量,以及这一机制在标准模型中的核心地位。 本书的每一章末尾都附有精心设计的练习题,旨在巩固理论理解并训练实际计算能力。通过本书的学习,读者将能够熟练掌握量子场论的工具箱,为进一步探索粒子物理、弦理论或量子引力等更专业的领域做好充分准备。 目标读者: 理论物理专业研究生、研究人员,以及希望深入理解现代物理学数学框架的物理学爱好者。 所需预备知识: 经典力学(特别是哈密顿力学)、狭义相对论、基础的群论和线性代数。

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读后感

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用户评价

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我向来对那些能够挑战我固有思维模式的书籍情有独钟,而《Particle Physics and Cosmology》无疑做到了这一点。它不仅仅是知识的传递,更是一种思维方式的引导。在阅读过程中,我多次被书中提出的“假设-检验”的科学方法论所折服。作者在介绍各种粒子理论和宇宙学模型时,总是非常清晰地阐述了它们是如何从实验观测中孕育而生,又如何通过后续的精密测量而被证实或证伪。这让我深刻理解到,科学并非一蹴而就的真理,而是一个不断修正、不断逼近真相的动态过程。我对书中关于弦理论的部分尤其感兴趣,尽管它充满了数学上的抽象,但作者通过生动的图示和形象的比喻,努力将这个极具挑战性的理论展现在读者面前。

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这本书的文字功底着实不凡,作者能够将极其复杂的物理概念,用一种引人入胜的叙述方式呈现出来。我曾尝试阅读过一些物理学入门书籍,但往往因为过于枯燥的说教而半途而废。然而,《Particle Physics and Cosmology》却让我沉浸其中,欲罢不能。书中对于量子纠缠和量子退相干的解释,虽然依然具有一定的挑战性,但作者通过生动形象的比喻,例如将纠缠比作“心灵感应”的粒子对,以及将退相干比作信息在与环境的相互作用中“泄露”的过程,让我对这些奇特的量子现象产生了更深刻的理解。这些理论不仅在微观粒子世界中扮演着重要角色,也与宇宙的演化息息相关,让我对它们的联系感到惊叹。

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从封面那深邃的宇宙图景和复杂粒子碰撞的抽象线条,我就知道《Particle Physics and Cosmology》绝非一本寻常的读物。我带着一种混合着敬畏与好奇的心情翻开了它,准备迎接一场智识上的冒险。一开始,我被书中对基本粒子家族的细致描绘所吸引,从夸克、轻子到传递力的玻色子,作者用一种令人惊叹的清晰度,将这些微观世界的“积木”呈现在我眼前。我一直对那些隐藏在物质最深处的力量感到着迷,而这本书恰恰满足了这种渴望。它不仅仅是罗列公式和模型,更像是在讲述一个宏大而精巧的故事,一个关于宇宙起源、演化和终极命运的故事。我特别欣赏作者在解释一些抽象概念时所采用的类比,比如将场的量子涨落比作平静水面上的微小涟漪,这极大地帮助了我理解那些难以直观把握的物理现象。

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《Particle Physics and Cosmology》给我带来的最大冲击,在于它让我意识到人类对于宇宙的认知,远比我之前想象的要更加宏大和深刻。书中对引力波探测的最新进展的介绍,例如LIGO和Virgo探测器如何捕捉到黑洞合并产生的引力波信号,让我对“看见”宇宙有了全新的概念。不仅仅是通过电磁波,我们还可以通过引力波来“倾听”宇宙深处的声音,这简直太令人兴奋了!这本书也让我了解到,粒子物理学和宇宙学并非相互独立的领域,而是相互支撑、相互促进的。例如,宇宙早期极端的能量环境下所发生的粒子物理过程,直接影响了宇宙的演化,而宇宙的宏观结构又为粒子物理的检验提供了天然的实验室,这种跨领域的融合让我看到了科学发展的无限可能。

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对于我来说,《Particle Physics and Cosmology》不仅仅是一本学术著作,它更像是一次关于宇宙本质的哲学探索。书中对“自然界的基本对称性”的讨论,以及它们如何支配着粒子的相互作用,让我对宇宙的内在秩序有了更深的理解。我尤其欣赏作者在解释一些古老物理学思想如何被现代理论所继承和发展时所展现的洞察力,例如从经典力学到量子力学,再到量子场论的演进。这种历史的纵深感,让我看到了人类认识宇宙过程的艰辛与伟大。书中对宇宙大爆炸模型的详细介绍,以及它如何解释了宇宙的年龄、元素丰度等关键观测事实,更是让我对这个被广泛接受的宇宙起源理论有了更坚实的信心。

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作为一个对宇宙充满好奇的普通读者,《Particle Physics and Cosmology》提供了一个非常宝贵的视角,让我得以一窥隐藏在日常经验之下的宇宙真相。书中对爱因斯坦的广义相对论的讲解,虽然涉及复杂的数学,但作者通过循序渐进的方式,将时空弯曲、引力波等概念解释得非常透彻,让我对引力这一基本力的本质有了更深的理解。我一直对黑洞的形成和性质感到着迷,而书中关于黑洞视界、奇点等内容的讨论,则更加深了我对这些宇宙中最神秘天体的敬畏之情。此外,书中对于宇宙加速膨胀的解释,以及它所揭示的关于宇宙未来走向的种种可能性,都让我陷入了深刻的思考,让我开始重新审视我们在这个广袤宇宙中的位置。

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在我看来,《Particle Physics and Cosmology》最令人称道之处在于它并非只停留在理论的阐述,而是将其与前沿的实验观测紧密地联系在一起。书中对大型强子对撞机(LHC)等粒子探测器的介绍,以及它们如何帮助科学家们发现新的粒子,例如希格斯玻色子,让我对现代物理学的实验能力有了全新的认识。我曾想象过那些在地下深处运行的庞大设备,是如何以令人难以置信的精度捕捉那些转瞬即逝的亚原子事件,而这本书则为我打开了一扇通往那个奇妙世界的大门。此外,书中对宇宙微波背景辐射(CMB)的分析,以及它如何为宇宙学模型提供关键证据,也让我对我们能够从宇宙最古老的光芒中解读出如此丰富的信息感到惊叹,这些细节都极大地丰富了我对物理学和宇宙学的理解。

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这本书的结构设计堪称精妙,它巧妙地将微观粒子世界的奥秘与宏观宇宙的浩瀚图景融为一体,仿佛在描绘一幅由最细小的尘埃粒子汇聚成星系,由基本相互作用塑造出宇宙大尺度结构的壮丽画卷。我特别欣赏书中对于早期宇宙相变的论述,那种从极高能量密度下的物质“汤”逐渐冷却,最终分化出不同粒子和力的过程,被描绘得既充满戏剧性又符合逻辑。阅读过程中,我仿佛亲身经历了宇宙从一个炽热、混沌的状态,一步步演化成我们今天所见的复杂而有序的宇宙。对于暗物质和暗能量的章节,我更是看得津津有味。它们是宇宙中最神秘、最引人入胜的部分,而这本书并没有回避这些前沿的未解之谜,而是以严谨的态度,梳理了相关的理论证据和观测结果,展现了科学家们探索未知世界的勇气和智慧,让我对接下来的研究方向充满期待。

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我必须承认,在阅读《Particle Physics and Cosmology》之前,我对宇宙学的理解主要停留在科幻小说中的概念。然而,这本书以一种严谨而不失趣味的方式,将那些模糊的想象具象化。我特别喜欢书中关于宇宙膨胀的哈勃定律的论述,它以如此简洁的数学形式,揭示了宇宙动态变化的本质,让我对宇宙的起源有了更清晰的认识。同时,书中对宇宙学常数的研究,以及它如何与暗能量的概念联系起来,更是让我对当前物理学前沿的困惑与挑战有了更直观的感受。我曾经以为宇宙学是一门早已成熟的学科,但这本书让我意识到,它仍然充满了未解之谜,并且正以前所未有的速度向前发展,这种充满活力的探索精神深深地吸引了我。

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我不得不说,《Particle Physics and Cosmology》是一部能够真正激发读者求知欲的书籍。它并没有试图将所有的问题都一次性解答清楚,而是通过展现科学研究的边界,鼓励读者去思考、去探索。我尤其欣赏书中对“宇宙学十大难题”的梳理,它们就像是一张张待解的地图,指引着科学家们前进的方向。无论是关于宇宙暴胀的机制,还是关于暗能量的本质,亦或是关于宇宙的最终命运,这些问题都充满了悬念和挑战。这本书让我明白,科学的魅力不仅在于发现已知,更在于不断追寻未知。我会被书中那些悬而未决的议题深深吸引,并希望在未来能够看到更多关于这些问题的突破性进展,也希望能继续通过阅读类似的书籍,来拓展我认知的边界,进一步理解这个我们赖以生存的宇宙。

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