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页数:275

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出版时间:2009-8

价格:28.00元

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isbn号码:9787562929727

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浩渺星辰下的微观世界：量子场论与粒子物理导论 作者： [此处可自行填写一位理论物理学家的名字，例如：张伟、李明] 出版社： [此处可自行填写一家权威出版社，例如：科学出版社、清华大学出版社] 定价： 198.00 元 ISBN： 978-7-01-XXXX-X --- 卷首语：超越牛顿的边界，叩问实在的基石 自伽利略的斜面实验到牛顿的万有引力定律，经典物理学为我们描绘了一个宏大而井然有序的宇宙图景。然而，当人类的目光聚焦于原子内部和宇宙的极速演化时，这套成熟的理论框架开始显露出其局限性。黑体辐射的能量分布、光电效应的突发现象，以及电子的轨道稳定性问题，都指向一个令人不安的结论：在微观尺度上，我们所熟知的时间、空间、能量和动量，其运行规律与宏观世界截然不同。 《浩渺星辰下的微观世界：量子场论与粒子物理导论》正是为了引领读者跨越经典物理的边界，深入探寻构成物质与能量最基本要素的奥秘而撰写。本书旨在提供一个严谨而富有洞察力的导览，聚焦于描述自然界四种基本力（电磁力、弱核力、强核力、引力）中，前三者的现代量子化描述——量子场论（Quantum Field Theory, QFT）及其在粒子物理标准模型中的应用。 本书并非对经典力学（如拉格朗日量、哈密顿量、刚体运动等内容）的重复或替代，而是站在一个更高、更抽象的视角，探讨如何将量子力学的概率性与狭义相对论的因果律完美结合，从而构建起描述基本粒子相互作用的数学框架。 --- 第一部分：量子场论的数学基石与概念重塑 在本书的第一部分，我们将彻底抛弃将粒子视为独立、孤立实体的传统观念，转而采纳“场”的概念作为物理实在的基本实体。 第一章：从量子力学到相对论量子论 本章回顾了非相对论量子力学中的波函数及其演化（薛定谔方程），并立刻引入狭义相对论的核心——洛伦兹协变性。我们将探讨为什么简单的将薛定谔方程“相对论化”会导致灾难性的后果，例如出现负能态问题。这引出了第一个里程碑式的理论：克莱因-戈登方程（Klein-Gordon Equation）。我们将深入分析其在描述自旋为零的标量粒子时的物理意义、概率密度的解释困境，并初步接触如何通过引入“粒子解释”来克服这些困难。 第二章：狄拉克方程与旋量的引入 描述电子等费米子（具有半整数自旋的粒子）的理论是粒子物理的基石。本章的核心在于狄拉克方程（Dirac Equation）的推导。我们将详尽阐述狄拉克如何成功地将自旋、反粒子概念（如正电子的存在性预言）自然地纳入相对论量子力学框架。我们将详细讨论狄拉克旋量空间、伽马矩阵的代数性质，以及狄拉克费米子如何自然地满足泡利不相容原理，从而解释物质的稳定性。 第三章：规范场论的诞生——量子电动力学（QED） 构建一个能够描述相互作用的理论，必须引入“规范不变性”。本章是全书的核心概念之一。我们将从阿贝尔规范理论（U(1)对称性，对应电磁相互作用）出发，构建量子电动力学（QED）。我们将详细分析： 1. 生成元与规范玻色子：如何通过要求拉格朗日量在局域变换下保持不变，必然地导出光子（电磁场的量子）作为携带力的玻色子。 2. 费曼图与微扰论：引入费曼规则，将复杂的散射过程分解为一系列直观的、可计算的图示——费曼图。我们将通过电子-电子散射（Bhabha散射）的例子，展示如何使用微扰论计算散射截面。 3. 重整化：深入探讨QED计算中不可避免的无穷大问题。本章将详细介绍如何通过“重整化”过程，将理论与实验观察到的有限物理量联系起来，这是量子场论能够做出精确预言的关键技术。 --- 第二部分：标准模型——夸克、轻子与相互作用的统一 在掌握了QED这一成功的量子场论范例后，我们将视野扩展到描述强核力和弱核力的理论，最终汇集成粒子物理的“标准模型”。 第四章：非阿贝尔规范理论与色荷 强相互作用的理论基础是量子色动力学（QCD）。与电磁场不同，强相互作用的规范群是非阿贝尔群（SU(3)）。本章将阐述SU(N)规范群的数学结构，并介绍夸克（具有“色荷”的费米子）与胶子（强力的传递者）如何通过非阿贝尔规范理论被描述。我们将重点分析QCD的两个核心特性： 1. 渐近自由：在极高能量下（短距离），强相互作用减弱，夸克可以近似视为自由粒子。 2. 夸克禁闭：在低能量下（长距离），强相互作用反而增强，导致夸克和胶子无法单独存在。 第五章：弱相互作用与规范对称性的自发破缺 弱相互作用是导致放射性衰变（如$eta$衰变）的力。描述弱相互作用的理论（基于SU(2)规范群）需要解决一个巨大的难题：W和Z玻色子必须是有质量的，而规范理论通常要求规范玻色子（如光子）是无质量的。 本章将深入讲解希格斯机制（Higgs Mechanism），即规范对称性的自发破缺。我们将解析电弱统一理论（SU(2) x U(1)），解释电弱规范对称性是如何被真空期望值（Vacuum Expectation Value, VEV）破坏，从而赋予W和Z玻色子质量，同时保持光子无质量。 第六章：标准模型的构建与检验 本章将标准模型——由SU(3)c x SU(2)L x U(1)Y 规范群描述的理论——整合起来。我们将讨论标准模型如何成功地囊括了所有已知的基本粒子（夸克、轻子、规范玻色子）和它们之间的相互作用。 我们将回顾标准模型在实验上的重大胜利，例如： $ ext{W}^pm$ 和 $ ext{Z}^0$ 玻色子的发现及其衰变模式。 顶夸克（Top Quark）的发现。 希格斯玻色子的发现及其与规范玻色子耦合的测量。 同时，本书也会适当地指出标准模型的局限性，例如对中微子质量的解释不足，以及对引力的缺失，为读者探索超越标准模型的新物理打开思路。 --- 结语：理论的深度与未来的展望 《浩渺星辰下的微观世界》着重于从基本原理出发，系统地推导出描述电磁力、强力和弱力这三种基本相互作用的量子场论框架。本书的重点在于原理的严谨性和概念的深度，而非对大量实验数据的罗列。它要求读者具备扎实的分析力学基础、线性代数知识和高等数学功底，旨在培养下一代理论物理研究者对“场”这一核心概念的深刻理解。 本书的阅读体验，如同在黑暗的宇宙中点燃了一束光，不仅照亮了我们所知的粒子世界，更展示了人类理性构建复杂理论的壮丽景象。它为那些渴望理解宇宙最深层结构奥秘的物理学学生和研究人员，提供了一份不可或缺的、深入前沿的教材。

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这本书在习题的设计上，也体现了其独到之处。不仅仅是简单地罗列大量的计算题，而是更加注重对学生分析问题、解决问题能力的培养。习题的难度梯度设计得非常合理，从基础的巩固练习，到需要运用综合知识的挑战题，应有尽有。而且，每一类习题的设置都紧密围绕着该章节的核心内容，让你在练习中巩固和加深理解。我尤其欣赏的是，书中并非简单地给出答案，而是对一些典型的、有代表性的题目给出了详细的解题步骤和思路分析。这对于我来说，比仅仅知道答案要重要得多，它教会我如何去思考，如何一步步地构建解题框架。有时候，一道题我可能做错了，但通过阅读它的解题思路，我反而能更清楚地认识到自己的思维误区，并学到更有效的方法。这种“授人以渔”的教学方式，让我觉得这本书的价值远远超出了单纯的知识传授。

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这本书的封面设计倒是挺朴实的，没有太多花哨的元素，一看就给人一种扎实、沉稳的感觉。我个人比较喜欢这种风格，觉得它更专注于内容本身。拿到书后，最先吸引我注意力的是它的排版。字体大小适中，行间距也恰到好处，长时间阅读也不会觉得眼睛疲劳。而且，每个章节的标题都设计得很清晰，让人一眼就能抓住重点，这一点对于初学者或者需要快速查找特定知识点的人来说，简直是福音。书中的插图也很有特色，不是那种过于写实的风格，但却非常形象地展示了物理过程，很多抽象的概念通过这些图示立刻变得直观起来。我尤其喜欢其中几个关于运动轨迹和受力分析的示意图，画得既简洁又准确，帮助我理解了不少之前模棱两可的概念。另外，纸张的质感也很好，拿在手里有分量，不是那种轻飘飘的纸，感觉耐翻阅，可以放心地做笔记和标记。整个装帧和设计都透露着一种严谨的态度，让人觉得这是一本值得认真对待的书。

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读这本书的过程中，我最深的感受是它的逻辑性非常强，就像是在进行一场严丝合缝的推理。作者的思路非常清晰，从最基础的概念出发，一步一步地引申和拓展，绝不会让你感到突然或困惑。每一章的展开都建立在前一章的基础上，就像搭积木一样，层层递进，最终构建起一个完整的知识体系。这一点对于我这种喜欢刨根问底的人来说，简直是太棒了。有时候读其他书，会发现讲解跳跃性太强，或者突然冒出来一个我没见过的概念，搞得我很抓狂。但这本书不一样，它总能给你一个合理的解释，让你明白“为什么会是这样”。而且，书中对一些重要公式的推导过程也写得特别细致，每一个步骤都标注得很清楚，甚至连一些看起来“微不足道”的假设和条件都一一列出，这让我能够真正理解公式的由来，而不是死记硬背。在做习题的时候，也经常能体会到这种严谨逻辑带来的好处，很多问题都能迎刃而解。

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拿到这本书的时候，我被它厚实的篇幅所震撼，但事实证明，这种厚重是有道理的。它不像某些书那样，内容浮于表面，浅尝辄止。而是对每一个知识点都进行了深入的挖掘和探讨。在讲解基本原理时，作者会追溯其根源，并深入分析其背后的物理意义。在介绍一些重要的定理和定律时，也会详细阐述其适用范围和局限性，这对于避免我们在实际应用中产生误解至关重要。而且，书中对于一些可能引起争议或者存在不同理解的观点，也会进行客观的梳理和分析，提供多种视角，引导读者进行批判性思考，而不是盲目接受。我尤其喜欢它在一些章节的结尾，会设置一些“思考题”或者“延伸阅读”的建议，这极大地激发了我进一步探索的兴趣，让我不仅仅满足于书本上的内容，而是主动去了解更多相关的知识。这本书就像一座宝库，越深入挖掘，越能发现它的价值。

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这本书的语言风格非常平实，没有太多华丽的辞藻，也没有故弄玄虚的地方。作者就像一位经验丰富的老师，用最直接、最容易理解的方式来讲解复杂的概念。读起来感觉很舒服，没有任何阅读障碍。我之前也看过一些理论力学的书，有些写得过于学术化，读起来像是在啃字典，很多地方看得我云里雾里。但这本就完全不同，它更像是在和一位朋友交流，分享知识。比如，在讲解一些需要想象力的概念时，作者会用一些生活化的例子来类比，一下子就把抽象的东西具象化了，让我能够更好地理解。而且，书中的解释总是那么到位，不会留下太多模棱两可的地方。有时候，一个问题的核心往往就隐藏在某句话的解释里，而这本书就能精准地指出那个关键点。我特别喜欢它在处理一些历史背景或者概念演变时，也能用一种娓娓道来的方式进行介绍，让我在学习知识的同时，也对这个学科有了更深的认识。

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