Knots and Physics

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出版者:
作者:Louis H. Kauffman
出品人:
页数:770
译者:
出版时间:2001-12
价格:506.00元
装帧:
isbn号码:9789810241124
丛书系列:
图书标签:
  • 物理
  • 数学
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具体描述

This volume provides an introduction to knot and link invariants as generalized amplitudes for a quasi-physical process. The demands of knot theory, coupled with a quantum-statistical framework, create a context that naturally includes a range of interrelated topics in topology and mathematical physics. The author takes a primarily combinatorial stance toward knot theory and its relations with these subjects. This stance has the advantage of providing direct access to the algebra and to the combinatorial topology, as well as physical ideas. The book is divided into two parts: Part 1 is a systematic course on knots and physics starting from the ground up; and Part 2 is a set of lectures on various topics related to Part 1. Part 2 includes topics such as frictional properties of knots, relations with combinatorics and knots in dynamical systems. In this third edition, a paper by the author entitled "Knot Theory and Functional Integration" has been added. This paper shows how the Kontsevich integral approach to the Vassiliev invariants is directly related to the perturbative expansion of Witten's functional integral. While the book supplies the background, this paper can be read independently as an introduction to quantum field theory and knot invariants and their relation to quantum gravity. As in the second edition, there is a selection of papers by the author at the end of the book. Numerous clarifying remarks have been added to the text.

《编织宇宙的脉络:从日常绳结到宇宙弦的深度探索》 这是一部旨在揭示物理学领域中一个引人入胜但常被忽视的视角的著作。它并非一本枯燥的技术手册,而是一场穿越物质世界、探索其最基本构成和行为模式的旅程。本书将从我们日常生活中触手可及的“绳结”出发,逐步深入到理论物理学的前沿,揭示这些看似简单的结构在理解空间、时间和基本力方面所扮演的关键角色。 我们每天都会遇到绳结:鞋带上的蝴蝶结,船只上的固定索,甚至是头发上的发髻,它们都是特定结构下的缠绕。然而,一旦我们开始以更加抽象和数学化的视角审视它们,这些日常的缠结便显露出深刻的物理意义。本书将详细阐述拓扑学,这一数学分支如何为我们理解这些“结”的本质提供强大的工具。拓扑学关注的是物体在连续变形下保持不变的性质,而“结”的拓扑不变量,例如它们是否可以被轻易解开,或者是否可以通过连续变形相互转化,恰恰是理解其内在稳定性和可能性的关键。 从基础物理学出发,我们将探讨“结”的概念如何渗透到我们对原子、分子甚至更基本粒子的理解中。电子的自旋、分子的手性(左右不对称性)以及一些高分子材料的复杂结构,都可以通过引入“结”的思想来加以阐释。例如,DNA的缠绕和解缠是细胞生命活动的基础,而蛋白质的折叠过程也充满了类似“结”的复杂动力学。理解这些过程,离不开对结构稳定性和构象变化的深入洞察,而拓扑学正是提供这种洞察的语言。 本书将进一步拓展到更宏观的物理领域。在流体力学中,湍流的形成和演化,以及涡旋的结构,都与“结”的概念有着千丝万缕的联系。科学家们利用“结”的数学模型来模拟和理解这些复杂的流动现象。而在凝聚态物理中,一些特殊材料(如超导体和超流体)的宏观量子行为,其集体激发模式有时也可以被描述为某种形式的“准粒子结”。 然而,本书最令人兴奋的章节将转向理论物理学的最前沿——弦理论。弦理论是一种试图统一所有基本粒子和力的框架,它将基本粒子视为一维的“弦”的振动。在某些版本的弦理论中,这些弦的振动模式和相互作用,特别是当它们在紧致化的额外维度中形成时,会产生复杂的“结”的结构。这些“宇宙的结”不仅影响着弦的能量和动量,更可能决定了我们宇宙的基本常数和粒子的种类。本书将详细解读这些前沿研究,介绍科学家们如何运用先进的数学工具,包括低维拓扑、量子场论和代数几何,来探索这些宇宙尺度的“绳结”的奥秘。 我们还将讨论“结”在量子信息科学中的潜在应用。量子比特的纠缠态,以及量子纠错码的设计,有时也借鉴了“结”的思想。通过操纵和理解量子系统的拓扑性质,我们或许能够构建更稳定、更强大的量子计算机。 本书致力于以一种清晰、直观的方式,将复杂的物理概念呈现给读者。尽管涉及了高级的数学和物理理论,但作者将着重于概念的逻辑发展和物理直觉的培养,避免过多的技术性推导,让那些对物理世界充满好奇,但不一定拥有深厚数学背景的读者也能从中受益。我们将通过生动的类比、精美的插图和引人入胜的例子,带领读者一步步理解“绳结”如何在微观到宏观的尺度上,编织出我们所观察到的宇宙。 《编织宇宙的脉络》将是一次激发读者想象力的旅程,它将挑战你对“结”的日常认知,并展示这一简单概念如何成为理解宇宙深层结构和基本规律的强大钥匙。它将鼓励你跳出固有的思维模式,用全新的视角去审视身边的世界,以及那片浩瀚而神秘的宇宙。

作者简介

Louis Hirsch Kauffman (born February 3, 1945) is an American mathematician, topologist, and professor of Mathematics in the Department of Mathematics, Statistics, and Computer science at the University of Illinois at Chicago. He is known for the introduction and development of the bracket polynomial and the Kauffman polynomial.

目录信息

读后感

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I don't think it is as clear as the other, but it may be more specifically relevant to my interests.

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用户评价

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这本书的参考文献部分也体现了作者的深厚功力和严谨态度。它不仅仅是一个简单的引用列表,更像是一份高度浓缩的“进阶阅读指南”。作者针对每个章节的核心难点或延伸主题,都提供了多层次的推荐阅读材料,从早期的经典论文到最新的研究综述,覆盖了从代数拓扑到量子信息等多个交叉领域。例如,在我尝试深入理解**“共形场论与纽结理论的联系”**时,书中推荐的几篇特定文献,直接点明了关键的数学工具和当前研究的前沿方向,这极大地节省了我自行“大海捞针”的时间。这种详尽的导向性,使得这本书的价值超越了教科书本身,它成功地将自己定位为一个“学术孵化器”——它不仅传授知识,更指明了通往更专业研究的道路。对于任何希望将理论知识转化为实际研究动力的读者来说,这本书的这种前瞻性设计,无疑是其最宝贵的资产之一。它是一份邀请函,邀请读者从一个扎实的基础出发,走向未知的物理前沿。

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从宏观的理论视野来看,这本书的野心绝不止于单纯地讲解纽结理论的应用。它更像是一次对**“几何化物理学”**思想的深度探索和致敬。作者非常清晰地勾勒出了从古典力学中的约束条件,到广义相对论的时空几何,再到粒子物理中对基本作用力的描述,这背后统一的数学语言——微分几何和拓扑学——是如何发挥核心作用的。我特别欣赏作者对理论历史脉络的梳理,他没有将这些理论视为孤立的知识点,而是追溯了它们在时间长河中相互渗透、彼此启发的过程。例如,他对**“Chern-Simons 理论”**在描述低维场论中的关键地位的论述,就非常到位地展示了如何用拓扑不变量来构造出具有物理意义的拉格朗日密度。这种纵向和横向的连接能力,使得读者不仅学会了“如何计算”,更重要的是理解了“为何要如此计算”。这本书为我提供了一个坚实的框架,让我能够更批判性地审视当前物理学研究中的某些“模型依赖性”,并思考是否存在更深层次、更具几何美感的统一描述。它教会我的,是如何像一位几何学家一样去构建物理模型。

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阅读体验上,这本书的排版和插图质量简直是业界典范。通常严肃的学术著作,为了节省成本或出于传统惯例,插图往往是黑白、低分辨率,晦涩难懂,常常需要读者自己动手重绘才能理解其中的空间关系。然而,《Knots and Physics》在这方面做到了极致的用心。无论是对**“李群的根系结构”**的阐述,还是对**“拓扑量子场论中的莫雷-萨顿糖链模型”**的图形演示,都采用了高对比度、色彩编码清晰的图示。这对于理解那些涉及多重联络和纤维丛的复杂几何结构至关重要。举个例子,书中展示的某个特定纽结群的生成元如何作用于三维流形上的路径积分时,通过三维透视图和二维投影图的对比,几乎瞬间消除了我原先对空间定向性理解上的所有障碍。这种对视觉辅助的重视,充分体现了作者深知“一图胜千言”的道理,尤其是在处理涉及空间拓扑的操作时,好的视觉呈现是理解概念的前提。这种对细节的打磨,让阅读过程本身变成了一种享受,极大地降低了复杂概念带来的认知负担。

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我是在一个偶然的机会下接触到这本书的,当时我正在尝试理解高维空间中场论的某些非平凡构型。坦率地说,市面上充斥着大量声称能连接“几何”与“物理”的书籍,但大多虎头蛇尾,要么过于偏重纯粹的数学证明,使得物理直觉荡然无存;要么则流于表面,用几个漂亮的图示来掩盖内容的单薄。这本书却成功地找到了一个近乎完美的平衡点。它的论述结构极其精巧,仿佛是一座精心搭建的数学迷宫,但每条路径都指向一个清晰的物理洞察。我尤其欣赏作者在处理**“杨-米尔斯理论的经典极限”**时所采用的路径积分方法,他没有回避其中的困难,而是通过引入特定的正则化技巧,将抽象的泛函积分具象化为可操作的计算步骤。书中对**“规范场”**的几何解释,也让我对规范不变性有了前所未有的深刻理解。那种感觉就像是,之前你看到的是一堆零散的零件,而这本书则提供了一张权威的、详细的装配图纸,让你豁然开朗,明白了这些看似不相关的概念是如何协同作用,共同支撑起现代物理学的宏伟架构的。对于那些已经在研究领域有所建树,但希望拓宽知识边界的研究人员而言,这本书的价值是无可估量的,它提供了一种全新的、跨学科的视角来审视经典问题。

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这本《Knots and Physics》的封面设计得非常简洁,线条感十足,给人一种严谨而又充满几何美学的初印象。我原本以为这会是一本晦涩难懂的纯理论著作,毕竟“拓扑学”和“量子场论”这些词汇一摆出来,就足以让许多非专业人士望而却步。然而,翻开第一页后,我才发现,作者的叙述方式远比我想象的要平易近人。他没有一上来就抛出复杂的数学公式,而是选择从非常直观的物理现象入手,比如如何用数学工具来描述一根绳结的性质,这瞬间拉近了抽象概念与日常经验之间的距离。书中对基本概念的解释详尽得令人赞叹,即便是那些我自认为已经掌握的知识点,在作者的重新梳理下,也展现出了新的层次和联系。特别是关于**“纽结不变量”**的介绍部分,作者巧妙地运用了图论的视角,将原本复杂的代数结构用更具象的图形语言表达出来,使得读者能够“看”到问题的核心,而非仅仅“计算”答案。对于那些渴望在理论物理的深水区寻求坚实立足点的初学者来说,这本书无疑提供了一个绝佳的、兼顾深度与清晰度的起点。它不是一本可以快速翻阅的书,更像是一本需要细细品味的工具书,每深入一章,都会感受到作者在构建逻辑框架时所倾注的心血,每一个定义、每一个定理的引入都显得水到渠成,极具说服力。

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