Lie Groups, Physics, and Geometry

Lie Groups, Physics, and Geometry pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:Cambridge University Press
作者:Robert Gilmore
出品人:
页数:332
译者:
出版时间:2008-02-18
价格:USD 74.00
装帧:Hardcover
isbn号码:9780521884006
丛书系列:
图书标签:
  • 物理
  • 数学
  • 数学-Lie
  • group
  • 物理&数学
  • 数学-微分几何
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  • Mathematics
  • Differential Geometry
  • Representation Theory
  • Mathematical Physics
  • Topology
  • Symmetry
  • Group Theory
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具体描述

Describing many of the most important aspects of Lie group theory, this book presents the subject in a 'hands on' way. Rather than concentrating on theorems and proofs, the book shows the applications of the material to physical sciences and applied mathematics. Many examples of Lie groups and Lie algebras are given throughout the text. The relation between Lie group theory and algorithms for solving ordinary differential equations is presented and shown to be analogous to the relation between Galois groups and algorithms for solving polynomial equations. Other chapters are devoted to differential geometry, relativity, electrodynamics, and the hydrogen atom. Problems are given at the end of each chapter so readers can monitor their understanding of the materials. This is a fascinating introduction to Lie groups for graduate and undergraduate students in physics, mathematics and electrical engineering, as well as researchers in these fields.

《群论、物理学与几何学》 概述 本书旨在为那些对群论、物理学和几何学之间的深刻联系感兴趣的读者提供一个全面而深入的介绍。它并非一个简单的教科书,而更像是一本探索性的导论,旨在揭示这些看似独立的数学和物理领域是如何相互交织,共同塑造我们对宇宙基本结构的理解的。本书的目标读者是具有一定数学或物理学背景,但可能尚未系统地探索过它们之间联系的本科高年级学生、研究生以及研究人员。 核心主题与内容 本书的核心在于阐释抽象群论的概念如何成为理解现代物理学中对称性、守恒律以及粒子物理和场论结构的关键。同时,它也将深入探讨几何学,特别是微分几何,如何在描述物理空间、时空以及基本相互作用中扮演不可或缺的角色。 第一部分:群论基础及其物理学应用 抽象群论的引入: 本部分将从群的基本定义、子群、陪集、正规子群、商群、同态与同构等概念入手,建立坚实的群论基础。我们将重点介绍有限群,特别是对称群和循环群,以及它们在早期物理模型中的应用。 李群与李代数: 这是本书的重点之一。我们将引入李群的概念,即连续群,以及与之密切相关的李代数。我们将探讨李群的指数映射、子群生成元以及它们的表示论。这部分内容对于理解许多连续对称性至关重要,例如旋转群 SO(3) 和洛伦兹群 SO(1,3)。 粒子物理中的对称性: 本书将详细讨论群论在粒子物理中的应用,包括: 内禀对称性: 如 SU(2) 同位旋对称性,SU(3) 味对称性(夸克模型),以及 SU(5) 和 SO(10) 等统一理论中的群结构。 时空对称性: 洛伦兹群和庞加莱群在狭义相对论中的作用,以及它们如何约束物理定律。 规范对称性: 量子电动力学 (QED) 中的 U(1) 规范对称性,量子色动力学 (QCD) 中的 SU(3) 规范对称性,以及弱相互作用中的 SU(2) x U(1) 规范对称性。我们将探讨规范场的引入如何自然地产生相互作用,以及它们与守恒律(诺特定理)的深刻联系。 表示论: 群的表示论是理解其在物理学中应用的另一个关键工具。本书将介绍表示的基本概念,例如不可约表示、酉表示,以及张量积表示。我们将展示如何利用表示论来分类基本粒子及其性质,以及如何构建量子场论中的相互作用拉格朗日量。 第二部分:几何学与物理学的交叉 微分几何基础: 本部分将回顾或介绍必要的微分几何概念,包括: 流形: n 维流形的概念,切空间,向量场,张量场。 联络与协变导数: 黎曼几何中的度量张量,联络的概念,以及协变导数在向量场和张量场上的作用。 曲率: 曲率张量的定义及其物理意义,例如曲率如何描述时空的弯曲。 广义相对论中的几何学: 引力作为时空几何: 爱因斯坦的广义相对论将引力解释为时空的几何性质。本书将深入探讨爱因斯坦场方程,以及它如何通过物质能量分布来决定时空的几何结构。 度规张量与时空几何: 探讨度规张量在描述时空距离和几何性质中的作用。 测地线与自由落体: 解释粒子在弯曲时空中沿着测地线运动的物理图像。 几何相位(Berry Phase): 本书将介绍几何相位在量子力学中的一个迷人现象,它与量子态在参数空间中经历的几何路径有关,即使在能量本征态中,这种几何效应也会导致相位变化,这在凝聚态物理和量子信息领域有重要应用。 第三部分:群论、几何学与物理学的高度统一 李群与微分几何的联系: 本部分将进一步深化群论与几何学之间的联系。我们将探讨李群如何作用于流形,以及李代数如何与流形上的向量场和对称性相关联。例如,SO(3) 群作用于三维欧几里得空间,而其李代数则对应于三维空间中的旋转生成元。 规范场论的几何视角: 纤维丛: 本部分将介绍纤维丛的概念,这是理解规范场论的强大几何框架。我们将探讨主丛和向量丛,以及连接(connection)在纤维丛上的作用,并将其与规范势联系起来。 杨-米尔斯理论的几何构造: 更加深入地阐述杨-米尔斯理论如何通过在纤维丛上定义联络来实现,以及场的强度(曲率)如何与纤维丛的曲率张量相对应。 现代物理学中的群论与几何学: 弦论与 M 理论: 简要介绍弦论和 M 理论等前沿理论中,高维几何和复杂的群结构(如 E8 群)扮演的关键角色,它们旨在统一所有基本粒子和力。 拓扑量子场论 (TQFT): 探讨 TQFT 中,拓扑不变量和群论之间的联系,以及它们如何描述系统的整体性质,而不依赖于具体的度量。 本书的特点 循序渐进的教学方法: 尽管涉及高深概念,本书仍致力于以一种逻辑清晰、循序渐进的方式引导读者。 强调概念的理解: 本书注重培养读者对数学和物理概念背后深刻联系的直觉理解,而非仅仅停留在形式推导。 丰富的例子和类比: 为了帮助读者更好地掌握抽象概念,书中将穿插各种具体的物理和数学例子,以及有助于理解的类比。 数学严谨性与物理洞察力并重: 本书在保持数学严谨性的同时,也力求揭示这些数学工具在描述物理世界时的深刻洞察力。 前沿领域的展望: 书的最后部分将触及当前物理学研究中的一些前沿问题,展示群论和几何学在探索未知宇宙过程中的持续重要性。 结论 《群论、物理学与几何学》是一次引人入胜的旅程,它邀请读者一同探索数学的抽象之美与物理世界的奇妙规律是如何交织在一起的。通过掌握本书的内容,读者将能够更深刻地理解现代物理学的基本框架,并为进一步深入研究相关领域打下坚实的基础。本书不仅是学习知识的工具,更是一扇通往理解宇宙深层奥秘的大门。

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读后感

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用户评价

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这本厚重的书籍初次上手时,那种油墨的独特气味和纸张的质感就让人对它抱有极高的期待。我花了整整一周的时间才大致浏览完前言和第一章,印象最深的是作者在引言部分对于“何为几何”的哲学探讨,它远超出了传统微积分课程中对空间形态的刻板印象。作者似乎有意将读者从熟悉的三维欧氏空间中剥离出来,引入了更抽象、更本质的数学结构。书中对群论在解析力学中的应用有着非常精妙的阐述,特别是关于对称性和守恒定律之间深刻联系的论证,简直令人拍案叫绝。我特别喜欢它在描述相空间流形时所采用的语言,既保持了数学的严谨性,又不失诗意。例如,描述测地线时,那种“宇宙自身对运动的偏好”的表述,让我对那些冰冷的公式背后蕴含的物理直觉有了更深的体悟。当然,对于初学者来说,中间穿插的那些关于拓扑学和微分几何的基础知识点,可能会显得有些突兀和密集,需要反复咀咏才能消化。但可以肯定的是,这本书绝对不是一本可以轻松“读完”的书,它更像是一个需要长期投入、反复咀嚼的知识宝库,值得每一个对现代物理和高深数学交叉领域抱有好奇心的灵魂深埋其中。

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我以一个有着多年数学背景,但刚接触物理几何交叉领域的“跨界者”的视角来评价此书。它给我的震撼是多维度的。首先是其广度,几乎涵盖了从经典力学(通过哈密顿力学几何化)到量子力学(通过表示论)再到广义相对论(通过洛伦兹群和坐标变换)的数学骨架。其次是其深度,很多内容在标准的物理教材中是被“黑箱化”处理的,而这本书则坚持把“为什么”和“如何推导”的过程完整地展示了出来。比如,它对于辛几何在正则变换中的地位的阐述,让我终于明白了正则变换背后的深层几何意义,而非仅仅是坐标的代换。这本书的风格是极其内敛而有力的,它很少使用华丽的辞藻,而是让数学的内在美感自行流淌出来。它要求读者付出极大的心智努力,但回报也是巨大的——它重塑了你对时空、对称性和基本作用力的理解框架。读完它,我感觉自己不再是简单地“使用”数学工具来解决物理问题,而是开始以几何的思维方式去“构建”物理理论了。这是一本真正能改变你思维范式的书。

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拿到这本书时,我首先关注的是它在处理物理学概念时的精确度。我是一名理论物理的研究生,日常工作中经常需要用到群论的工具,但很多教科书在介绍完抽象的代数结构后,就草草地收尾,缺乏将其“锚定”在具体物理模型上的有效桥梁。这本书的厉害之处就在于,它没有停留在纯粹的数学推导上,而是花了大量的篇幅去构建这种联系。比如,它对庞加莱群的分解及其在描述基本粒子时的应用,简直是教科书级别的范例。作者处理张量和联络的方式,比起我以前读过的任何一本微分几何教材都要来得直观和有目的性。我尤其赞赏它对规范场论的几何化解释,那种将场方程看作是曲率和联络的自然结果的视角,极大地提升了我对量子场论基础的理解层次。唯一的遗憾是,部分涉及到高阶李代数的讨论,篇幅稍显不足,感觉像是一个过于精炼的脚注,如果能展开成一个单独的章节深入探讨,那就更加完美了。总体而言,这本书是连接纯数学与尖端物理的坚实桥梁,是案头必备的参考书。

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这本书的排版和印刷质量简直令人发指地精良,每一页的图表都清晰锐利,坐标系的标注准确无误,这对于涉及大量几何图形和群作用的数学著作来说至关重要。我发现,作者在解释复杂的几何结构时,大量使用了图示辅助说明,这些图示并非简单的装饰,而是推理过程中不可或缺的一部分。例如,描述紧致李群的根系图时,那些彩色的线条和标记,瞬间将抽象的向量空间具象化了。相较于许多老旧的数学书籍,它在符号约定上保持了高度的现代性,避免了不同作者间常用的那种令人困惑的符号混乱。阅读体验上的舒适感是这本书的一大优点。唯一让我感到时间投入过大的是,书中引用的参考文献数量庞大且跨度极广,从爱因斯坦到当代顶尖数学家的工作都有涉及,每次遇到不熟悉的背景知识,我都不得不停下来去查阅那些被引用的原始论文,这无疑拉长了我的学习周期。但反过来看,这也体现了作者的博学和严谨。

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说实话,我最初是被这本书的封面设计和标题吸引的,以为它会是一本偏向于科普性质的读物,结果大错特错。这本书的难度梯度极其陡峭,它对读者的预备知识要求非常高,如果缺乏扎实的代数拓扑和黎曼几何基础,阅读过程无疑会充满挫败感。我尝试用它来辅助我的博士论文写作,发现它更像是一部高水平的学术专著而非入门指南。作者的论证逻辑链条极长,环环相扣,一个概念的建立往往需要回顾前三章的内容。这使得它在作为速查手册方面效率不高,但作为系统学习的教材,其内在的逻辑一致性又无可挑剔。我特别欣赏它对纤维丛理论的介绍,作者通过物理学的实例(例如电磁场)来引入切丛和向量丛,这种自上而下的教学方法,对于我这种“应用导向型”的学习者来说,是难得的体验。读完关于旋量和克利福德代数的章节后,我对非交换几何的兴趣被彻底点燃了,这本书成功地在我心中播下了一颗好奇的种子,让我迫不及待想去探索更深的海域。

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李群的关键是:代数,拓扑,微分结构的相容性带来的群的简化,利用矩阵群模型把所有的李群的要点阐述出来,最为关键的是一阶微分算子的代数化对应是和双线性的对易关系,无穷小的变换的对应物的理解和无穷小原始理解的模糊性。李群的结构的刚性的代数和拓扑的结合是光滑性(微分结构)

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李群的关键是:代数,拓扑,微分结构的相容性带来的群的简化,利用矩阵群模型把所有的李群的要点阐述出来,最为关键的是一阶微分算子的代数化对应是和双线性的对易关系,无穷小的变换的对应物的理解和无穷小原始理解的模糊性。李群的结构的刚性的代数和拓扑的结合是光滑性(微分结构)

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李群的关键是:代数,拓扑,微分结构的相容性带来的群的简化,利用矩阵群模型把所有的李群的要点阐述出来,最为关键的是一阶微分算子的代数化对应是和双线性的对易关系,无穷小的变换的对应物的理解和无穷小原始理解的模糊性。李群的结构的刚性的代数和拓扑的结合是光滑性(微分结构)

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李群的关键是:代数,拓扑,微分结构的相容性带来的群的简化,利用矩阵群模型把所有的李群的要点阐述出来,最为关键的是一阶微分算子的代数化对应是和双线性的对易关系,无穷小的变换的对应物的理解和无穷小原始理解的模糊性。李群的结构的刚性的代数和拓扑的结合是光滑性(微分结构)

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李群的关键是:代数,拓扑,微分结构的相容性带来的群的简化,利用矩阵群模型把所有的李群的要点阐述出来,最为关键的是一阶微分算子的代数化对应是和双线性的对易关系,无穷小的变换的对应物的理解和无穷小原始理解的模糊性。李群的结构的刚性的代数和拓扑的结合是光滑性(微分结构)

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