量子场论现代导引

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出版者:世界图书出版公司
作者:[美] 加来道雄
出品人:
页数:785
译者:
出版时间:2012-6-1
价格:129.00元
装帧:平装
isbn号码:9787510044168
丛书系列:
图书标签:
  • 物理
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具体描述

《牛津大学研究生教材:量子场论现代导引》几乎涵盖了二十世纪九十年代为止量子场论所涉及的所有的基本知识和应用领域。其中既有对作为量子场论基础知识的经典场论、量子力学、相对论和群论等的简要描述,也有对量子场论本身的各种量子化方法、费曼图和微扰论、重整化理论和重整化群的详细介绍;既包括了规范场论、QED、QCD、格点规范理论、电弱统一理论、标准模型、大统一、超对称、量子引力与超引力以及超弦理论等粒子物理相关的各个方面理论知识的详细阐述,也简要地讨论了在凝聚态物理中量子场论的典型应用知识。《牛津大学研究生教材:量子场论现代导引》的作者加来道雄是一位日裔美国著名理论物理学家。

《量子场论:从对称性到物质的统一》 内容简介 这部著作旨在为读者提供一个全面而深入的量子场论(QFT)的现代视角,从其基本原理出发,逐步构建起理解粒子物理和凝聚态物理中各种复杂现象的理论框架。本书不局限于对已有的理论进行复述,而是着重于揭示QFT背后深刻的物理思想和数学结构,以及它们如何统一地描述微观世界的奥秘。 第一部分:数学基础与对称性的力量 在深入量子场论的核心之前,本书首先为读者奠定坚实的数学基础,并强调对称性在物理理论构建中的核心作用。 线性代数与群论的复兴: 我们将重新审视线性代数在量子力学中的应用,特别关注其在描述量子态、算符以及哈密顿量的角色。在此基础上,本书将深入介绍群论,不仅仅是作为抽象的数学工具,更是揭示物理定律内在对称性的语言。我们将探索离散群和连续群,理解其在分类粒子及其相互作用中的关键作用,并引入洛伦兹群和庞加莱群,它们是描述时空对称性的基石,直接关联到相对论性量子场论的构建。 微分几何与纤维丛的视角: 量子场论的现代发展离不开对时空几何更精细的刻画。本书将引入微分几何的基本概念,包括流形、张量场等,使读者能够理解弯曲时空的描述。在此基础上,我们将探讨纤维丛的概念,特别是主丛和向量丛,它们在规范场论中扮演着至关重要的角色,用以描述场的内在结构和规范对称性。 泛函分析与分布理论的工具箱: 为了严谨地处理量子场及其算符,本书将系统介绍泛函分析中的核心概念,如希尔伯特空间、算符的性质、谱理论等。分布理论,作为广义函数的数学框架,将被引入用于处理量子场的奇异性,并为理解量子场的量子化过程提供必要的数学支撑。 第二部分:量子场的构建与量子化 本部分将是本书的重心,我们将从头开始构建量子场,并对其进行量子化,揭示粒子的出现以及它们之间的相互作用。 自由场:从经典到量子: 我们将首先从最简单的自由场开始,例如自由标量场、自由狄拉克场和自由电磁场。通过拉格朗日量形式化,我们将看到经典场方程是如何推导出来的。随后,我们将进入量子化的过程,采用正则量子化和路径积分量子化两种主要方法。通过正则量子化,我们将看到场算符的出现,并理解场的量子激发如何对应于粒子的产生和湮灭,引入玻色子和费米子的概念。路径积分方法则提供了一个更加直观的视角,将量子力学中的跃迁振幅表示为所有可能场构型上的泛函积分,这对于理解相互作用量子场论尤为重要。 相互作用场:扰动论的艺术: 现实世界的粒子并非孤立存在,它们通过相互作用而彼此影响。本书将详细阐述如何处理相互作用量子场论。我们将引入费曼图作为可视化和计算粒子相互作用的强大工具,并详细讲解如何从费曼图中提取散射振幅。我们将深入讨论戴森级数、斯佩克特姆法以及重正化群的思想,理解在微扰计算中如何处理无穷大,以及物理量如何随能量尺度而变化。 规范对称性的统一力量: 规范对称性是现代粒子物理模型(如标准模型)的核心。本书将深入探讨规范对称性的概念,从阿贝尔规范理论(如量子电动力学)的简单形式,逐步推广到非阿贝尔规范理论(如量子色动力学和弱电理论)。我们将理解规范场的引入如何自然地描述基本相互作用,以及规范对称性在确保理论自洽性方面的重要性。 第三部分:量子场论的应用与前沿 在掌握了QFT的基本框架后,本书将进一步探讨其在物理学各个分支的广泛应用,并触及一些前沿的研究方向。 粒子物理的标准模型: 作为QFT最成功的应用之一,本书将详细介绍粒子物理的标准模型。我们将理解夸克、轻子、规范玻色子(光子、W/Z玻色子、胶子)和希格斯玻色子的起源,以及它们之间通过强、弱、电磁三种基本相互作用而产生的各种现象。我们将探讨对称性破缺的概念,解释为何质量产生以及中微子质量的微妙问题。 凝聚态物理中的QFT语言: 量子场论并非只局限于高能物理。本书将展示QFT如何成为理解凝聚态物理中许多集体激发和相变的强大工具。我们将讨论准粒子的概念,以及如何用场论的方法描述超导、超流、磁性材料中的相变,甚至二维材料中的拓扑相。 重整化群的普遍性: 重整化群(RG)是QFT中最深刻的思想之一,它揭示了不同尺度下物理现象的联系。本书将从概念上和技术上深入探讨RG,理解其在相变、临界现象以及高能物理中的关键作用。我们将看到RG如何帮助我们理解理论的渐近自由性,以及它们如何连接微观粒子世界和宏观物质性质。 非微扰方法与前沿探索: 尽管微扰论在许多情况下非常有效,但对于某些强相互作用现象,非微扰方法是必不可少的。本书将简要介绍格点量子场论等非微扰技术,为读者提供理解这些方法的入门。此外,我们将触及一些前沿研究方向,例如拓扑量子场论、手征微扰论、有效场论的构建,以及QFT与引力、弦理论的联系,为读者进一步探索QFT的广阔天地提供线索。 本书特色 循序渐进的逻辑: 本书的结构设计考虑到了读者从基础到深入的学习路径,每个概念的引入都建立在前一个概念的基础上,力求逻辑清晰,过渡自然。 数学与物理的深度融合: 本书强调数学工具在理解物理直觉中的作用,力图让读者不仅掌握计算技巧,更能深刻理解QFT背后的物理意义。 广泛的应用视野: 除了高能物理,本书还广泛介绍QFT在凝聚态物理中的应用,展现了QFT作为一种普适的理论框架的强大生命力。 强调现代视角: 本书关注QFT的现代发展,例如规范理论、重整化群的深刻理解,以及其在处理复杂物理问题中的作用。 通过研读本书,读者将能够建立起对量子场论的深刻理解,掌握分析和解决现代物理学中各种问题的关键工具,并为进一步深入研究量子物理学的奥秘打下坚实的基础。

作者简介

目录信息

第一部分量子场和重整化
第1章为什么需要量子场论?
1.1历史回顾
1.2强相互作用
1.3弱相互作用
1.4引力相互作用
1.5规范革命
1.6统一
1.7作用量原理
1.8从一次量子化到二次量子化
1.9Noether定理
1.10习题
第2章对称性和群论
2.1群论基础
2.2SO(2)
2.3SO(2)和U(1)的表示
2.4SO(3)和SU(2)的表示
2.5SO(N)的表示
2.6旋量
2.7洛伦兹群
2.8庞加莱群的表示
2.9主群和超对称性
2.10习题
第3章自旋为0和1/2的场
3.1量子化方案
3.2Klein—Gordon标量场
3.3带电标量场
3.4传播子理论
3.5狄拉克旋量场
3.6旋量场的量子化
3.7Weyl中微子
3.8习题
第4章量子电动力学
4.1麦克斯韦方程
4.2相对论量子力学
4.3麦克斯韦场的量子化
4.4Gupta—Bleuler量子化
4.5C,P和T不变性
4.5.1宇称
4.5.2电荷共轭
4.5.3时间反演
4.6CPT定理
4.7习题
第5章费曼规则和LSZ约化
5.1截面
5.2传播子理论和卢瑟福散射
5.3LSZ约化公式
5.4狄拉克旋量的约化
5.5时间演化算符
5.6威克定理
5.7费曼规则
5.8习题
第6章散射过程和s矩阵
6.1康普顿效应
6.2对湮灭
6.3穆勒散射
6.4Bhabha散射
6.5轫致辐射
6.6辐射修正
6.7反常磁矩
6.8红外发散
6.9兰姆位移
6.10色散关系
6.11习题
第7章QEO的重整化
7.1重整化方案
7.2重整化类型
7.2.1不可重整理论
7.2.2可重整理论
7.2.3超可重整理论
7.2.4有限理论
7.3φ4理论中的重整化概述
7.4 QED中的重整化概述
7.5正规化类型
7.6 Ward—Takahashi恒等式
7.7交缠发散
7.8 QED的重整化
7.8.1 步骤一
7.8.2步骤二
7.8.3步骤三
7.8.4步骤四
7.9习题
第二部分规范理论和标准模型
第8章路径积分
8.1量子力学公理
8.1.1公理一
8.1.2公理二
8.2导出薛定谔方程
8.3从一次量子化到二次量子化
8.4连通图的生成元
8.5圈图展开
8.6对Grassmann变量的积分
8.7 Schwinger—Dyson方程
8.8习题
第9章规范理论
9.1局域对称性
9.2 Faddeev—Popov规范固定
9.3规范理论的费曼规则
9.4库仑规范
9.5 Gribov不定性
9.6库仑规范和朗道规范的等价性
9.7习题
第10章温伯格一萨拉姆模型
10.1 自然界中破缺的对称性
10.2希格斯机制
10.3弱相互作用
10.4温伯格一萨拉姆模型
10.5轻子衰变
10.6 Rζ规范
10.7’t Hooft规范
10.8 Coleman—Weinberg机制
10.9习题
第11章标准模型
11.1夸克模型
11.2 QCD
11.2.1自旋统计问题
11.2.2对湮灭
11.2.3喷注
11.2.4奇特态的缺失
11.2.5介子衰变
11.2.6渐近自由
11.2.7禁闭
11.2.8手征对称性
11.2.9无反常
11.3 喷注
11.4流代数
11.5 PCAC和Adler—Weisberger关系
11.5.1 CVC
11.5.2 PCAC
11.5.3 Adler—Weisberger关系
11.6混合角和衰变过程
11.6.1纯轻子衰变
11.6.2半轻子衰变
11.6.3非轻子衰变
1 1.7 GIM机制和Kobayashi—Maskawa矩阵
11.8习题
第12章Ward恒等式,BRST和反常
第13章规范理论的BPHZ重整化
第14章QCD和重整化群
第三部分非微扰方法和统一
第15章格点规范理论
第16章孤子,磁单极子和瞬子
第17章相变和临界现象
第18章大统一理论
第19章量子引力
第20章超对称和超引力
第21章超弦
附录
说明
参考文献
索引
· · · · · · (收起)

读后感

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用户评价

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这本赫然摆在书架上的“量子场论现代导引”,光是名字就透着一股子硬核的学究气。初翻开时,我最直观的感受是它在数学推导上毫不含糊,每一个符号的引入、每一步积分的变换,都像是在带领读者徒步穿越一片茂密的数学森林,绝不提供任何捷径。尤其是在处理费曼图的细节时,作者那种近乎偏执的严谨性让人印象深刻。比如,对于规范场论中对称性破缺的讨论,书中并未满足于蜻蜓点水式的介绍,而是深入到了Goldstone玻色子和希格斯机制的微观起源,那些用到群论和拉格朗日量构建的部分,着实考验了我的耐心和基础功。老实说,我花了比预期多出三倍的时间来消化前三章的内容,因为作者似乎默认读者已经对高等电动力学和狭义相对论有着近乎完美的掌握,任何微小的知识漏洞都会在后续的推导中被无情放大。然而,正是这种挑战性,让我在最终理解了微扰论的框架时,产生了一种极大的成就感。它不是那种可以让你在咖啡馆里轻松翻阅的读物,更像是一位严苛的导师,逼迫你直面理论物理最深层的挑战。

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这本书的排版和图示设计,说实话,是那种典型的、略显保守的学术风格,如果你期待看到像科普读物那样色彩斑斓的插图或者酷炫的动态模拟,那必然会感到失望。它更侧重于清晰的数学符号和清晰的逻辑流程图。然而,这种“朴素”的外表下,隐藏着对概念清晰度的极致追求。我发现作者在定义一些关键的重整化群(RG)流的概念时,其文字描述极其精准,避免了许多教科书在处理边界条件时的模糊地带。特别是关于紫外(UV)和红外(IR)灾难的处理,书中提供了一个非常详尽的解析,它不像一些教材只是简单地告诉你“我们通过正则化解决了发散问题”,而是深入探讨了不同正则化方案背后的物理哲学差异。这种对细节的打磨,让我在构建自己对量子场论完整图景时,少走了很多弯路。可以说,它的价值并不在于让你“爱上”物理学,而在于让你“精通”物理学所需的严密思维。

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这本书最让我赞赏的一点是,它似乎有意地将读者推向了现代研究的前沿,而不是仅仅停留在上世纪中叶的经典成果上。虽然标准模型的建立是基础,但它并未止步于此。我记得关于非阿贝尔规范场论的讨论,它不仅仅停留在QCD的描述,而是深入探讨了晶格规范场论的一些基本思想,以及在低能有效场论(EFT)框架下如何处理超出标准模型的可能迹象。这种前瞻性使得这本书不仅仅是一本“入门”或“导引”,更像是一份通往博士研究方向的“地图”。它在介绍完基础工具后,会立即指向那些尚未完全解决的开放性问题,并给出当前研究者正在使用的主要技术路线。因此,对于有志于深入理论物理研究的年轻人来说,这本书的价值在于它为你设定了一个极高的起点和清晰的未来探索方向,让你明白接下来的学习路径应该朝哪个更深、更具挑战性的领域迈进。

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这本书的叙事节奏感,我个人觉得有点像一部结构宏大的交响乐,开篇是低沉、厚重的铺陈,但一旦进入到核心主题——比如非微扰效应或者共形场论的某些概念——乐章的音量和复杂性就会陡然提升,令人猝不及防。我特别欣赏作者在试图构建直觉与精确计算之间的桥梁时所采用的“多视角”策略。例如,在讲解路径积分的物理意义时,它没有固守传统的经典作用量最小化视角,而是引入了相干态的表述,甚至还穿插了一小段关于量子信息理论中纠缠熵与场论拓扑性质的类比。这种跨学科的视野,让原本晦涩的数学工具瞬间拥有了更丰富的物理内涵。当然,这种广度也带来了一点小小的困扰:对于初学者而言,信息密度过大,可能需要反复阅读,甚至需要结合其他更基础的教材辅助理解。但对于那些已经对标准模型框架有基本了解,渴望深挖其数学结构和更前沿课题的读者来说,这种丰富的“调味料”恰恰是求之不得的“盛宴”。它展现了一种对物理学边界探索的勃勃野心。

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阅读体验上,这本书给我带来的感觉是,它像一位经验丰富的老教授在小班授课,语调平稳,但信息量巨大,且极少重复。它几乎没有使用任何“你知道的,这很简单”或者“显而易见”之类的敷衍性语言,对每一个复杂步骤都给予了足够的解释,但这种解释往往是建立在对读者已有知识的深信不疑之上的。例如,在引入高阶微扰计算时,它对某些特定的圈图结构给出了非常直观的几何或代数上的解释,这比单纯地罗列公式有效得多。不过,我必须承认,这本书的“翻译腔”略微重了一些,可能是为了追求数学上的精确性,导致有些句子读起来略显拗口,需要放慢语速才能捕捉到其精确的含义。但一旦你适应了这种特殊的节奏,你会发现,它在概念的层次结构上组织得非常出色,每一章都是对前一章构建的知识大厦的坚实加固,很少有跳跃感。

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