Conceptual Foundations of Quantum Field Theory pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Cambridge University Press

作者:Cao, Tian Yu 编

出品人:

页数:420

译者:

出版时间:2004-3-25

价格:USD 79.00

装帧:Paperback

isbn号码:9780521602723

丛书系列:

图书标签:

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量子场论概念基石 本书并非旨在提供一本详尽的量子场论的数学推导宝典，也不是一本罗列最新研究成果的综述。相反，它的核心在于深入剖析量子场论的概念根基。我们将一同探索那些支撑起这一强大理论框架的、最基本、最深刻的思想，并力求以一种清晰、直观的方式呈现，使其不仅对物理学专业的研究生，甚至对那些拥有扎实物理学基础、但希望建立更深层次概念理解的科学家们都具有启发意义。 量子场论是现代物理学最成功的理论之一，它成功地统一了量子力学和狭义相对论，为描述基本粒子及其相互作用提供了无可匹敌的框架。从描述电磁力的量子电动力学（QED），到解释强相互作用和弱相互作用的量子色动力学（QCD）和电弱理论，再到探索更广阔领域的大统一理论（GUT）和弦理论，量子场论无疑是通往理解宇宙最微观层面的关键钥匙。然而，在这迷人的数学结构和精确的实验预测背后，隐藏着一系列非直观、甚至反直观的概念。理解这些概念的精髓，远比熟练掌握计算技巧更为重要，因为它直接关系到我们能否真正把握量子场论的物理意义，能否在其基础上进行创新性的思考和探索。 本书的叙述将循序渐进，从最基础的量子力学概念出发，逐步引入场论的视角。我们会回顾经典场论的精髓，例如拉格朗日量和哈密顿量在描述连续介质和场的动力学中所扮演的角色。接着，我们将深入探讨量子的概念如何在场论的框架下得到自然的体现。这包括对“量子化”过程的细致解析，不仅仅停留在算符代数的层面，更要理解它所代表的物理实在的转变：从经典场视为一个（或一组）函数，到量子场视为一种产生和湮灭粒子的算符。这一转变至关重要，它解释了为什么粒子是量子场论的基本“构成单位”，以及为什么这些粒子具有离散的能量和动量。 我们还将花费大量篇幅来阐释粒子与场的辩证关系。在量子场论中，粒子不再是独立存在的实体，而是量子场激发（excitations）的表现。这种视角深刻地改变了我们对“粒子”的认知。它们是场的量子化行为，它们的产生和湮灭是场的能量重新分布的过程。我们将讨论如何从场的量子化中理解粒子的统计性质（玻色子和费米子），以及狄拉克方程等重要的相对论性量子力学方程是如何在场论框架下得到更完备的解释，特别是其预言反粒子的能力。 对称性在量子场论中的地位举足轻重，其重要性将贯穿全书。我们不仅将重申诺特定理在场论中的应用，即对称性对应守恒律，更重要的是，我们将深入探讨内禀对称性，例如规范对称性。规范对称性是现代基本粒子物理学的基石，它不仅规定了相互作用的性质，更是产生诸如电磁力、弱相互作用和强相互作用这些基本力的根源。我们将详细解析不同类型的规范对称性，例如U(1)规范对称性在量子电动力学中的体现，以及SU(2)和SU(3)规范对称性在弱相互作用和强相互作用中的作用。理解规范不变性如何“强制”力的存在，以及力的载体——规范玻色子的由来，是掌握量子场论精髓的关键一步。 重整化是量子场论中最具挑战性也最深刻的概念之一。尽管其数学技巧可能令人望而生畏，但其背后的物理思想却极其重要。我们将努力揭示重整化的真正含义：它并非简单地“抹掉”无穷大，而是反映了物理理论在不同能量尺度下的行为。通过重整化群的视角，我们将理解为什么一个理论在微观尺度上看似“裸露”的耦合常数，在宏观尺度上会发生演化。这解释了为什么电子的电荷在我们日常尺度上是恒定的，即使其周围充满了虚粒子对的涨落。重整化揭示了物理学理论的尺度依赖性，以及不同尺度下物理现象的涌现。 本书还将触及量子场论在理解真空方面的革命性见解。在量子场论中，真空不再是空无一物，而是充满了量子涨落的“基态”。虚粒子对在真空中不断产生和湮灭，这种动态的真空对物理现象有着至关重要的影响，例如卡西米尔效应和真空极化。我们将探讨如何从场的量子化角度理解真空的结构，以及它如何成为粒子产生和相互作用的“舞台”。 此外，我们也将概述量子场论在非微扰领域的一些进展和挑战，例如对强耦合现象的理解。尽管微扰理论在许多情况下都取得了巨大的成功，但对于诸如夸克禁闭等现象，需要非微扰的手段来解释。我们将简要介绍一些重要的非微扰方法，例如格点量子场论，以展示理论探索的广度和深度。 本书的叙述风格将力求避免堆砌复杂的数学公式，而是侧重于概念的辨析和物理图像的构建。当引入必要的数学工具时，我们会尽力解释其物理意义，而不是仅仅将其作为一种计算的手段。我们希望通过本书，读者能够建立起对量子场论的直观理解，能够辨析不同概念之间的联系，并为进一步深入研究打下坚实的基础。 最终，我们的目标是让读者能够自信地走进量子场论的殿堂，不仅仅是作为一个旁观者，而是能够以一种深刻理解的姿态，去探索其无限的可能性。这需要对基本概念的清晰把握，对物理图像的生动描绘，以及对理论背后思想的深刻洞察。本书正是为了实现这一目标而精心设计的。

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这本书的叙述风格，简直就像是穿越时空与一位思想深邃的智者进行深度对话。它没有急于把你推入那些令人眼花缭乱的数学公式深渊，而是选择了一条更具哲学意味的路径，从最基础的概念框架开始搭建。初读之下，你可能会感到它在“慢热”，因为作者花了大量篇幅去剖析我们对“场”和“量子”的直觉理解是如何在更深层次的物理图像中崩塌和重构的。例如，对于“粒子”概念的消解与“激发态”的引入，那种细致入微的辨析，让人不得不停下来，反思自己过去所有关于微观世界的假设。这本书的妙处在于，它并不满足于告诉我们“是什么”，而是执着于探究“为什么必须是这样”。那些关于洛伦兹协变性如何必然导致量子化的讨论，如同精妙的逻辑推导，每一步都坚实有力，让你在不知不觉中，对量子场论的结构之美产生了由衷的敬佩。它更像是一本关于“思维方式转变”的指南，而非单纯的教科书，对于那些渴望从根本上理解现代物理学核心架构的人来说，无疑是一份厚礼。

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阅读体验上，这本书提供了一种非常独特的节奏感，它不像市面上许多教材那样，试图用密集的例子和习题来“武装”读者。相反，它更倾向于构建一个连贯的、几乎是“叙事性”的论证链条。作者在解释诸如真空概念、虚粒子图景这些极易引起混淆的领域时，展现了惊人的耐心和洞察力。他似乎总能预见到读者在哪个转角会感到困惑，并在那个点上提供一个全新的、更具洞察力的视角。特别是关于路径积分表述的引入，它不是简单地展示公式，而是将其置于经典力学与量子力学过渡的宏大背景下进行审视，这种历史的、哲学的回溯，极大地增强了理论的内在说服力。这种深度钻研的写作风格，要求读者必须投入相当的专注力，因为任何一丝松懈都可能导致错过作者精心布置的逻辑伏笔。

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我必须说，这本书的数学表述是极其克制而精准的，这对于一个致力于理论物理基础的读者来说，无疑是双刃剑。一方面，作者成功地将复杂的物理直觉剥离出来，用最纯粹的语言勾勒出理论的骨架，避免了初学者被过于繁复的计算淹没。它在处理对称性和守恒律时，那种优雅的拉格朗日量与规范理论的引入方式，简直是教科书级别的范例。然而，对于那些已经有一定基础，期望快速掌握具体计算技巧的读者而言，可能会感到有些“意犹未尽”。书中对实际计算，比如费曼图的推导或者重整化过程的具体操作步骤，着墨不多，更多的是停留在概念性的解释和框架的构建上。这使得这本书更像是一部“元理论”著作，它教会你如何构建思想的殿堂，但要进入殿堂内部的细节操作间，你可能还需要另一本“工具书”的辅助。它的价值在于确立了正确的思维基石，而非提供一套现成的施工蓝图。

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不得不提的是，这本书的排版和图示运用达到了专业级的水准，即便内容本身晦涩难懂，但视觉上的清晰度极大地缓解了阅读压力。复杂的张量表示和符号操作，都被清晰地分隔和标注，使得读者在追踪复杂的代数推导时，能够保持思路的流畅。而且，作者在关键概念的定义上，总是保持着极高的标准，没有丝毫的含糊不清，这对于建立精确的理论模型至关重要。相比于那些试图用过多不必要的类比来“稀释”内容的著作，这本书选择了直面挑战，用严谨的语言去驯服那些本质上难以驾驭的概念。它需要的不是轻松的翻阅，而是一种严肃的、学术性的投入，但所有付出的努力，都会在理解理论的优雅结构时得到丰厚的回报。它培养的不仅是知识，更是一种对物理学思辨深度的尊重。

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对于那些对物理学史和哲学边缘感兴趣的读者来说，这本书简直是一座宝藏。它不仅仅是关于现代物理的知识传递，更像是对过去一个世纪理论物理学家们所经历的心灵历程的一次忠实记录。作者在讨论量子场论的诞生时，那种对早期理论困境的深刻共鸣，使得阅读过程充满了戏剧张力。你会清晰地感受到，为什么物理学家们不得不放弃经典直觉，转而接受这种反直觉的“场”的概念。书中对因果性在量子框架下如何被重新界定时所采用的措辞，非常精炼和具有启发性，它促使人思考，我们所建立的物理模型，究竟是对实在的描述，还是仅仅是描述实在的有效工具。这种对基础假设的不断追问，使得这本书的份量远超一般的技术手册，它更像是一次对物理学底层逻辑的“元审视”。

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