Quantum Electrodynamics (Advanced Book Classics)

Quantum Electrodynamics (Advanced Book Classics) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:Westview Press
作者:Richard P. Feynman
出品人:
页数:208
译者:
出版时间:1998-03-25
价格:USD 56.00
装帧:Paperback
isbn号码:9780201360752
丛书系列:
图书标签:
  • 物理
  • 量子电动力学
  • 量子力学
  • 英文原版
  • 科学和心理学
  • Quantum Electrodynamics
  • Advanced Physics
  • Quantum Field Theory
  • Particle Physics
  • Electromagnetism
  • Theoretical Physics
  • Feynman Diagrams
  • Relativistic Quantum Mechanics
  • Standard Model
  • Mathematical Physics
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具体描述

This classic work presents the main results and calculational procedures of quantum electrodynamics in a simple and straightforward way. Designed for the student of experimental physics who does not intend to take more advanced graduate courses in theoretical physics, the material consists of notes on the third of a three-semester course given at the California Institute of Technology.

量子电动力学(Advanced Book Classics) 量子电动力学(Quantum Electrodynamics, QED)是量子场论中最成功、最精确的物理理论之一。它完美地描述了光(光子)与带电粒子(如电子和正电子)之间的相互作用,以及这些粒子如何产生和湮灭。QED 不仅揭示了电磁力的量子本质,更构建了一个理解亚原子粒子世界的坚实框架。 理论基石: QED 的核心在于将量子力学和狭义相对论相结合,以一种自洽的方式来描述电磁现象。它的基础是量子场论,其中粒子被视为场的量子激发。对于 QED 而言,这两个关键的场是电磁场(其量子是光子)和狄拉克场(描述费米子,如电子)。 场的量子化: QED 将经典电磁场描述转化为量子场。这意味着电磁场不再是连续的,而是由离散的能量包——光子构成。同样,电子和正电子也被描述为狄拉克场的量子激发。 相互作用的描述: QED 通过引入相互作用拉格朗日量来描述光子与带电粒子之间的耦合。这种耦合表现为粒子在交换光子的过程中发生散射、吸收或发射。 费曼图: 为了直观地表示和计算这些相互作用过程,理查德·费曼发展了费曼图。费曼图是一种图形化的工具,用线条和顶点代表粒子和它们之间的相互作用,为复杂的量子计算提供了一种系统的方法。每条线代表一个粒子(传播子),每个顶点代表一个相互作用事件。 关键概念与现象: QED 成功预测并解释了许多之前无法理解的物理现象,其精确度令人惊叹: 电子的精确磁矩: QED 预测的电子磁矩(g-factor)与实验测量值在极高的精度上吻合,这是物理学中最伟大的成就之一。这个微小的差异,称为“反常磁矩”,正是由量子涨落引起的。 精细结构常数: QED 引入了精细结构常数(α),这是一个无量纲的常数,决定了电磁相互作用的强度。它起源于基本物理常数(光速、普朗克常数和电子电荷),其精确值对理解物质的结构至关重要。 拉姆移: QED 预测了原子能级会发生微小的移动,称为拉姆移。这些移位是由电子在其轨道上与量子真空中的虚粒子(如虚光子和虚电子-正电子对)相互作用引起的。 真空极化: 在 QED 的框架下,真空并非空无一物,而是充满了不断产生和湮灭的虚粒子-反粒子对。这些虚粒子会受到外部电场的影响,从而改变了电场的分布,这种现象被称为真空极化。例如,它会导致电荷的“屏蔽效应”。 电子-正电子湮灭和产生: QED 提供了对电子和正电子碰撞并湮灭成光子的过程,以及光子衰变成电子-正电子对过程的完整描述。 散射过程: QED 能够精确计算各种散射过程,例如汤姆孙散射(光子与自由电子的散射)、康普顿散射(光子与自由电子的弹性散射)以及电子-电子散射(Møller散射)和电子-正电子散射(Bhabha散射)。 重整化: 在计算 QED 过程中,会遇到无穷大。例如,在计算电子的能量或电荷时,可能会出现发散项。重整化是一种数学技术,通过引入新的物理参数(如“裸”质量和“裸”电荷)并将其与可观测的物理量(如实验测量的质量和电荷)联系起来,从而“吸收”这些无穷大,得到有限且有意义的物理预测。QED 的成功在很大程度上归功于其重整化的完备性。 影响力与局限性: QED 的巨大成功不仅在于其预测的超高精度,更在于它为发展其他量子场论提供了模型和方法,如量子色动力学(QCD)和弱相互作用理论。它们共同构成了粒子物理学的标准模型。 然而,QED 本身并不包含引力,也未能完全解释为何存在三个夸克代中的弱相互作用。将 QED 与引力(广义相对论)统一起来,仍然是理论物理学中的一个重大挑战。 学习 QED 的意义: 学习量子电动力学,是深入理解粒子物理学、量子场论以及现代物理学基本原理的关键一步。它不仅教授了描述物质基本构成和相互作用的理论框架,更展示了物理学家如何通过抽象的数学工具解决复杂的问题,并与实验数据进行前所未有的精确比对。这本书籍的出现,无疑为深入钻研这一精密理论提供了宝贵的资源。

作者简介

理查德•菲利浦斯•费曼(1918-1988),著名美国物理学家,加州理工学院物理系教授,诺贝尔物理学奖得主。

1918年5月11日,费曼出生于纽约市皇后区。童年时,费曼接受了来自父亲的科学启蒙教育,父亲所启发的思考方式影响了费曼的一生。高中毕业后进入麻省理工学院学习,并于1939年获得学士学位。随后进入普林斯顿大学念研究生,师从约翰•惠勒,1942年获得理论物理学博士学位。1943年进入洛斯阿拉莫斯国家实验室,参与了曼哈顿计划。1945年费曼开始在康奈尔大学任教,1951年转入加州理工学院。在加州理工学院期间,因其幽默生动、不拘一格的讲课风格深受学生欢迎。1963年出版《费曼物理学讲义》。1965年,费曼因在量子电动力学方面的贡献与施温格、朝永振一郎共同获得诺贝尔物理学奖。1972年获得奥斯特教学奖章。1986年,费曼受委托调查挑战者号航天飞机失事事件。1988年2月15日,费曼因腹膜癌于加州洛杉矶与世长辞。

在学生时期,费曼就表现出了不凡的研究能力。他的大学毕业论文题目是《分子中的力》,在这篇论文中,他提出了费曼-海尔曼定理。在整个科研生涯中,费曼在物理学的大部分领域都有建树。其最大的学术成就在于量子电动力学,这方面的研究使他获得了诺贝尔奖。他在这一领域做出了两项重大贡献:一是路径积分形式,这种形式从经典力学中的最小作用量原理延伸出来,通过“对历史求和”来处理量子力学问题,这是有别于薛定谔的波动力学及海森伯的矩阵力学的第三种量子力学形式;二是费曼图,这一工具大大简化了量子场论的计算。费曼的研究工作还包括:低温下液氦的超流动性理论;弱相互作用的V-A理论;强相互作用的部分子理论等。

费曼不仅是一位顶尖的科学家,同时也是一名优秀的教师。费曼非常热爱教学工作,他曾写道:“我不相信,如果不教书我还能过得下去……教学和学生使我的生命得以延续。如果有人给我创造一个很好的环境,但是我不能教学的话,那我永远不会接受它,永远不会。” 20世纪60年代初,美国一些理工科大学鉴于当时的大学基础物理教学与现代科学技术的发展不相适应,纷纷试行教学改革。在这个背景下,费曼参与了加州理工大学基础物理的改革尝试。他从1961年9月到1963年5月,作了跨越两个学年的有关基础物理学的演讲。他的演讲经过莱顿和桑兹的整理以后,出版了一套《费曼物理学讲义》。《科学美国人》这样赞誉这套书:“尽管这套教材深奥难懂,但是它的内容丰富而且富有启发性……它已经成为讲师、教授和低年级优秀学生的学习指南。”除了《费曼物理学讲义》之外,费曼还有许多优秀的著述,包括:《量子力学与路径积分》《量子电动力学讲义》《基础过程理论讲义》《统计力学讲义》《光子-强子相互作用》《引力学讲义》《计算讲义》等。这些书无不有鲜明的“费曼风格”,即对基本概念、定理和定律的讲解生动清晰、通俗易懂,而且特别注重从物理上作出深刻的叙述,反映了费曼自己以及其他在前沿研究领域工作的物理学家所通常采用的分析和处理方法。无论对于学生还是教师,这些书都有着极大的参考价值。

费曼被认为是20世纪诞生于美国的最伟大的物理学家,一个独辟蹊径的思考者,超乎寻常的教师,尽善尽美的演员,一个热爱生活和自然的人。费曼的一生多彩多姿,他不仅对理论物理学做出了巨大贡献,同时还是一位探险者、鼓手、艺术家和玛雅文专家。

目录信息

1.Interaction of Light with Matter—Quantum Electrodynamics
2.Resume of the Principles and Results of Special Relativity
3.Relativistic Wave Equation
4.Solution of the Dirac Equation for a Free Particle
5.Potential Problems in Quantum Electrodynamics
6.Relativistic Treatment of the Interaction of Particles with Light
7.Interaction of Several Electron
8.Discussion and Interpretation of Various Correction Terms
9.Pauli Principle and the Dirac Equation
10.Reprints
· · · · · · (收起)

读后感

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用户评价

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这本书是一部关于量子电动力学(QED)的杰作,它以一种前所未有的深度和广度,带领读者探索光与物质相互作用的奥秘。作者在叙述过程中,始终保持着一种批判性的思维,他并没有将QED视为一个完美无瑕的理论,而是深入探讨了其发展过程中遇到的挑战和局限。我特别欣赏作者在解释“重整化”时所采用的策略,他并没有回避理论中的发散问题,而是通过引入“紫外发散”和“红外发散”的概念,以及相应的处理方法,展现了QED的自洽性。书中对“重正化群”的介绍,也为我打开了理解能量尺度如何影响物理过程的新大门。此外,作者在讨论“电荷的自发量子化”时,也为我提供了关于对称性破缺和物质起源的深刻见解。阅读这本书,就像是在与一位深邃的智者对话,每一次阅读都能获得新的启迪。它不仅是一本关于QED的学术著作,更是一部关于科学探索精神的赞歌,它鼓励我们不断质疑,不断突破,去追求更深刻的真理。

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坦白说,在阅读这本书之前,我对量子电动力学(QED)的理解一直停留在较为表面的层次,主要依赖于一些概览性的介绍和基础的量子力学知识。然而,当我拿起这本《量子电动力学(高级书籍经典)》时,我立刻感受到了一种截然不同的体验。作者在开篇就奠定了严谨的基调,从相对论性量子力学出发,逐步引入量子场论的框架,并最终聚焦于QED的核心内容。书中对狄拉克方程的推导,以及其在描述电子和正电子行为中的作用,都进行了详尽的讲解。我尤其对书中关于“旋量”和“叉乘”的数学处理感到印象深刻,作者巧妙地将这些抽象的数学工具与物理意义联系起来,使得我能够更好地理解粒子的自旋和能量动量之间的关系。书中关于“粒子产生与湮灭”的章节,更是将QED的威力展现得淋漓尽致,通过Feynman图,我得以直观地看到光子与电子之间的相互作用,以及它们如何能够不断地产生和湮灭,形成一个动态的量子世界。阅读过程中,我反复停下来思考作者提出的问题,并尝试自己进行推导,这个过程虽然充满挑战,但每当我成功地理解一个概念或完成一个推导时,那种成就感是无与伦比的。这本书就像一座知识的宝库,每一次挖掘都能获得新的发现,让我对量子世界充满了敬畏和好奇。

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我一直认为,理解量子电动力学(QED)的关键在于掌握其数学形式与物理直觉之间的桥梁,而这本《量子电动力学(高级书籍经典)》正是这样一座完美的桥梁。作者的写作风格严谨而不失流畅,他以一种极具说服力的方式,逐步揭示了QED的数学结构和物理内涵。书中对“矢量势”和“标量势”的引入,以及它们如何与电磁场张量相互作用,都进行了深入的剖析。我特别欣赏作者在解释“狄拉克方程的相对论协变性”时所做的努力,他通过引入“度规张量”和“伽马矩阵”,将粒子在时空中的运动规律以一种高度对称的形式展现出来。书中对于“洛伦兹变换”在QED中的应用,也进行了详尽的推导,让我明白了为何QED能够完美地遵循狭义相对论的原理。此外,作者在讨论“散射过程”时,通过Feynman图的解析,清晰地描绘了电子和光子在相互作用中的路径和结果,这极大地增强了我对微观世界动力学的理解。这本书的价值在于,它不仅传授了QED的知识,更重要的是,它培养了我一种用数学语言描述物理现象的能力,让我能够更深入地洞察自然的规律。

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在深入研究量子电动力学(QED)的过程中,我接触过许多不同的教材,但《量子电动力学(高级书籍经典)》无疑是我认为最深刻、最富有启发的。作者以一种极其严谨且富有洞察力的方式,揭示了QED的精髓。书中对“拉格朗日量”的构建,以及其在描述粒子和场的动力学行为中的核心作用,都进行了细致的剖析。我尤其对书中关于“守恒律”的推导印象深刻,作者通过“诺特定理”,将对称性与守恒律紧密联系起来,揭示了物理规律背后深刻的数学结构。书中对“高阶修正”的讨论,也让我明白了QED的精确度是如何通过不断引入更复杂的相互作用来实现的。特别是关于“自能”和“顶点修正”的计算,它们虽然复杂,却直接反映了量子涨落对粒子行为的影响。此外,作者在探讨“真空的性质”时,也为我提供了关于真空极化和真空涨落的全新认识。这本书的价值在于,它不仅传授了QED的知识,更重要的是,它培养了我一种严谨的科学态度和深刻的物理直觉。

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初次接触这本书时,我对量子电动力学的认识仅停留在一些基础概念的模糊记忆中,但这本《量子电动力学(高级书籍经典)》彻底改变了我的看法。作者以一种极其耐心且富有条理的方式,引导读者进入这个深奥的领域。书中对“光子”的量子化处理,以及其作为传递电磁相互作用的媒介,都进行了详尽的阐述。我尤其喜欢作者在解释“麦克斯韦方程组的量子化”时所采用的方法,他将古典场论中的波动方程,通过引入量子算符,转化为了描述光子产生与湮灭的算符方程。这个过程充满了数学的优雅和物理的深刻。书中关于“汤川势”和“库仑势”的对比,也让我清晰地理解了不同作用力在量子场论中的描述方式。更让我着迷的是,作者在讨论“电荷的守恒”时,将其与“规范不变性”联系起来,揭示了物理规律背后更深层次的对称性原理。每一次阅读,我都感觉自己对这个世界的理解又进了一层。这本书并非易读之物,它需要投入大量的时间和精力去消化,但正是这种挑战,使得学习过程本身也充满意义。它不仅是一本关于QED的书,更是一部关于科学探索精神的教材。

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作为一名在理论物理领域摸爬滚打多年的研究者,我必须说,这本《量子电动力学(高级书籍经典)》提供了一种独特而宝贵的视角。它并非仅仅是堆砌数学符号的教科书,而更像是一部思想史,一部关于人类如何一步步揭示光与物质深层联系的史诗。作者在阐述量子电动力学的核心概念时,并没有回避其发展过程中遇到的挑战和困境,反而将其作为重要的组成部分来探讨,这使得整个理论的构建过程显得更加真实和富有生命力。我尤其欣赏作者对洛伦兹协变性、规范不变性以及微扰展开等关键原则的细致分析,这些原则不仅是QED的基石,更是理解一切量子场论的钥匙。书中对于Feynman图的介绍,更是将抽象的数学计算转化为了直观的图像语言,极大地降低了理解的门槛,也为后续的学习打下了坚实的基础。我记得在研究自能和真空极化时,作者通过引入“重整化”的概念,巧妙地解决了理论中出现的无穷大问题,这一部分的处理堪比一场精彩的数学魔术,既解决了理论困境,又揭示了物理学本身就具有的自洽性。读完这部分,我不仅对QED有了更深的理解,也对科学研究的严谨性和创造性有了新的认识。这本书的价值在于它不仅仅传授知识,更在于它培养一种思维方式,一种对复杂问题刨根问底,并从中发现规律的科学精神。

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对于任何想要深入理解量子电动力学(QED)的人来说,这本书都是一本不可或缺的宝藏。作者以一种极其清晰且富有逻辑的方式,将这个复杂而迷人的理论展现在读者面前。书中对“狄拉克方程”的推导,以及其在描述费米子行为中的关键作用,都进行了详尽的讲解。我特别欣赏作者在解释“自旋”这一概念时所采用的方法,他将其与狄拉克方程的内在结构联系起来,使得自旋不再是一个神秘的属性,而是量子力学本身的必然结果。书中对“光子”的量子化处理,以及其作为电磁相互作用媒介的地位,也为我理解粒子间的相互作用奠定了基础。更让我着迷的是,作者在探讨“散射过程”时,通过Feynman图的解析,清晰地描绘了粒子相互作用的动态过程,这极大地增强了我对微观世界动力学的直观理解。每一次阅读,我都感觉自己对这个世界的认知又向前迈进了一步。这本书的价值在于,它不仅传授了QED的知识,更重要的是,它培养了我一种用数学语言描绘物理现象的能力,让我能够更深入地洞察自然的规律。

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这本书带给我的,远不止是知识的增益,更是一种思维的重塑。作者在阐述量子电动力学的过程中,极其注重理论的内在逻辑和发展脉络。他并没有将QED视为一个孤立的理论体系,而是将其置于整个物理学发展的宏大背景下进行审视。从经典电动力学的局限性,到量子力学带来的革命,再到相对论的引入,作者层层递进,为读者构建了一个清晰的认知框架。我对于书中关于“量子化”的讨论印象尤为深刻,作者并没有简单地告诉你“怎么做”,而是深入解释了“为什么这样做”。从经典场论的哈密顿形式,到正则量子化过程,再到对量子场算符的理解,每一个步骤都经过了细致的推敲。特别是关于“零点能”的解释,作者通过类比和直观的图形,帮助我理解了即使在绝对零度下,量子场也依然存在着量子涨落,这一概念对我来说是颠覆性的。此外,书中对“自旋统计定理”的探讨,也让我对粒子在量子世界中的行为有了更深的认识。这本书的价值在于,它不仅教会了我QED的“是什么”,更教会了我“为什么”以及“如何思考”。它鼓励我质疑,鼓励我探索,鼓励我用一种更深刻、更系统的方式去理解自然界的奥秘。

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作为一名对基础物理充满热情的学习者,我一直在寻找能够真正深入理解量子电动力学(QED)的教材,而这本《量子电动力学(高级书籍经典)》无疑满足了我的期待。作者以一种极其系统化的方式,从量子场论的根基出发,逐步构建起QED的完整图景。书中对“自由场”的量子化过程,以及如何引入“相互作用拉格朗日量”,都进行了详尽的讲解。我尤其对书中关于“光子的产生和湮灭算符”的介绍印象深刻,作者将这些抽象的数学工具与光子的粒子性和波动性紧密联系起来,让我能够直观地理解光子在量子世界中的角色。书中对“散射截面”的计算,以及其与Feynman图之间的关系,也为我打开了新的视野。通过对不同散射过程的分析,我得以窥探到粒子间相互作用的强度和概率。更让我感到惊喜的是,作者在探讨“真空极化”时,通过引入“自能”和“顶点修正”等概念,展现了QED的复杂性和精妙之处。阅读这本书的过程,充满了探索的乐趣,它不仅让我掌握了QED的知识,更重要的是,它激发了我对量子世界更深层次的好奇心和求知欲。

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这本书无疑是量子电动力学领域的一块基石,它以一种既严谨又富有启发性的方式,将这个复杂而迷人的理论展现在读者面前。初次翻阅这本书时,我被其清晰的逻辑结构和详尽的数学推导所折服。作者似乎有一种将抽象概念具象化的神奇能力,使得那些最初看起来令人望而生畏的数学公式,在经过细致的解析后,变得生动而有意义。书中不仅仅是简单地罗列公式和定理,更重要的是,它深入探讨了这些概念背后的物理思想,以及它们如何相互关联,共同构建起我们对光与物质相互作用的深刻理解。特别是关于重整化理论的部分,作者的讲解层层递进,从最早的困难和悖论,到现代解决这些问题的方法,都进行了详尽的梳理。我尤其喜欢作者在解释“发散”问题时所采用的类比,这使得我这个非专业人士也能窥探到其中的精髓。这本书不适合那些期望速成的人,它需要时间和耐心,需要反复咀嚼和思考,但只要你肯付出,回报是丰厚的。每一次重读,我都能发现新的细节,理解更深层次的含义,这种渐进式的学习体验是其他许多教材难以比拟的。它更像是一位博学而耐心的导师,循循善诱,带领我一步步深入量子世界的奇妙殿堂,探索那些支配宇宙最基本相互作用的规律。

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