凝聚态场论

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出版者:世界图书出版公司
作者:Alexander Altland (A.阿尔特兰)
出品人:
页数:776
译者:
出版时间:2015-5-1
价格:159
装帧:平装
isbn号码:9787510095559
丛书系列:
图书标签:
  • 凝聚态理论
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具体描述

Modern experimental developments in condensed matter and ultracold atom physics present formidable challenges to theorists. This book provides a pedagogical introduction to quan-tum field theory in many particle physics, emphasizing the applicability of the formalism to concrete problems.

This second edition contains two new chapters developing path integral approaches to classical and quantum nonequilibrium phenomena. Other chapters cover a range of topics, from the introduction of many-body techniques and functional integration, to renormaliza-tion group methods, the theory of response functions, and topology. Conceptual aspects and formal methodology are emphasized, but the discussion focuses on practical experimental applications drawn largely from condensed matter physics and neighboring fields.

Extended and challenging problems with fully–worked solutions provide a bridge between formal manipulations and research-oriented thinking. Aimed at elevating graduate students to a level where they can engage in independent research, this book complements graduate level courses on many particle theory.

《凝聚态场论》:深入探索物质世界的微观奥秘 凝聚态物理学,一个充满奇妙现象的领域,致力于理解由大量粒子构成的宏观物质所呈现出的集体行为。从我们脚下的固体材料到浩瀚宇宙中的星体,凝聚态物质以其令人惊叹的多样性遍布世界。而要深入揭示这些物质背后的深刻规律,《凝聚态场论》一书应运而生,它将带领读者踏上一段严谨而迷人的理论探索之旅。 本书并非一本简单的知识罗列,而是以一套统一的理论框架——场论,为工具,去解析凝聚态系统中涌现出的复杂性质。我们知道,由简单的基本粒子组成的系统,在数量庞大且相互作用时,会展现出完全不同于单个粒子行为的集体现象。例如,一个孤立的电子可能遵循简单的量子力学定律,但当数以亿计的电子聚集在一起形成金属时,它们会表现出导电性、磁性以及超导性等宏观特性。这些宏观性质并非简单的粒子性质的叠加,而是涌现(emergence)的结果,是集体行为的独特体现。 《凝聚态场论》的核心思想在于,将这些看似复杂的集体行为,用场(field)的概念来描述。场论的强大之处在于,它提供了一种抽象且普适的语言,能够捕捉到系统中粒子的集体涨落和相互作用。书中将从量子场论的基本概念出发,逐步引导读者理解如何将这些抽象的数学工具应用于描述凝聚态系统。 例如,在处理大量的相互作用粒子时,我们不能简单地跟踪每一个粒子的轨迹,这在计算上是不可行的。取而代之的是,场论允许我们关注系统整体的状态,通过定义描述粒子密度、动量或自旋等物理量的场算符,来刻画系统的集体自由度。这些场算符的动力学演化,就如同一个动态的“场”,在空间中传播和相互作用,最终决定了系统的宏观性质。 书中将深入探讨低能有效场论(Low-Energy Effective Field Theory)的思想。这意味着,对于许多凝聚态现象,我们不必关注系统中所有可能存在的粒子和相互作用,而只需要关注那些在特定低能尺度下起主导作用的自由度和相互作用。通过这种“重整化”(renormalization)的思想,我们可以大大简化问题,并抓住问题的本质。例如,对于许多固体材料中的电子行为,我们并不需要考虑电子与真空中的所有基本粒子(如光子、夸克等)的相互作用,而是可以将其有效地描述为在晶格环境中运动的“准粒子”(quasiparticle),而准粒子的行为就可以通过一个有效的场来描述。 本书将覆盖一系列重要的凝聚态物理现象,并展示如何运用场论对其进行深刻的分析。这包括但不限于: 电子在晶格中的行为: 晶体中电子的能带结构,绝缘体、导体和半导体的形成机理,以及电子-声子相互作用等。这些都将通过描述电子场和声子场的相互作用来阐释。 相变: 物质在不同温度、压力等条件下发生的相变(如固液气转变,铁磁到顺磁转变),其临界行为和普适性将是场论分析的重点。例如,利用重整化群方法,我们可以揭示不同系统中相似的临界行为,即使它们的微观构成完全不同。 拓扑物态: 近年来备受瞩目的拓扑绝缘体、拓扑超导体等新型物态,它们的性质往往由拓扑学而非微观细节决定。场论提供了描述这些拓扑相的强大框架,能够清晰地揭示其鲁棒的边缘态和独特的输运性质。 量子多体效应: 强关联系统中的许多奇特现象,如高临界温度超导、Mott绝缘体等,都源于电子之间强烈的相互作用。场论,特别是利用某些近似方法(如平均场理论、量子蒙特卡罗方法等),能够为理解这些挑战性的问题提供重要的理论工具。 《凝聚态场论》的读者群体,将主要包括物理学、材料科学以及相关交叉学科的研究生和高年级本科生。本书假定读者已具备扎实的量子力学和统计力学基础。在阅读过程中,读者将需要熟悉张量、微分几何等数学工具,因为场论的语言本身就高度数学化。 本书的叙述风格严谨且逻辑清晰,力求在概念的引入和推导的过程中,做到循序渐进,让读者逐步建立起对凝聚态场论的深刻理解。书中会包含大量的数学推导和物理图像的结合,旨在帮助读者不仅掌握计算方法,更能领会理论背后的物理直觉。 总而言之,《凝聚态场论》是一本旨在为读者提供一套强大理论工具的书籍。它将带领读者超越对单个粒子的直观理解,进入一个更加宏观、更加普适的理论视角,去揭示物质世界中隐藏的深刻规律。对于那些渴望深入理解凝聚态物质丰富多彩的性质,并为前沿研究打下坚实理论基础的读者而言,本书无疑是一部不可或缺的参考。它将激发您对物质世界的全新认识,并可能为您未来的研究方向提供重要的启迪。

作者简介

Alexander Altland is Professor of Theoretical Condensed Matter Physics at the Institute of Theoretical Physics, University of K¨oln. His main areas of research include mesoscopic physics, the physics of interacting many particle systems, and quantum nonlinear dynamics.

Benjamin D. Simons is Professor of Theoretical Condensed Matter Physics at the

Cavendish Laboratory, University of Cambridge. His main areas of research include strongly correlated condensed matter systems, mesoscopic and ultracold atom physics.

目录信息

Preface
1 From particles to fields
1.1 Classical harmonic chain: phonons
1.2 Functional analysis and variational principles
1.3 Maxwell’s equations as a variational principle
1.4 Quantum chain
1.5 Quantum electrodynamics
1.6 Noether’s theorem
1.7 Summary and outlook
1.8 Problems
2 Second quantization
2.1 Introduction to second quantization
2.2 Applications of second quantization
2.3 Summary and outlook
2.4 Problems
3 Feynman path integral
3.1 The path integral: general formalism
3.2 Construction of the path integral
3.3 Applications of the Feynman path integral
3.4 Problems
3.5 Problems
4 Functional field integral
4.1 Construction of the many—body path integral
4.2 Field integral for the quantum partition function
4.3 Field theoretical bosonization: a case study
4.4 Summary and outlook
4.5 Problems
5 Perturbation theory
5.1 General structures and low—order expansions
5.2 Ground state energy of the interacting electron gas
5.3 Infinite—order expansions
5.4 Summary and outlook
5.5 Problems
6 Broken symmetry and collective phenomena
6.1 Mean—field theory
6.2 Plasma theory of the interacting electron gas
6.3 Bose—Einstein condensation and superfluidity
6.4 Superconductivity
6.5 Field theory of the disordered electron gas
6.6 Summary and outlook
6.7 Problems
Response functions
7.1 Crash course in modern experimental techniques
7.2 Linear response theory
7.3 Analytic structure of correlation functions
7.4 Electromagnetic linear response
7.5 Summary and outlook
7.6 Problems
8 The renormalization group
8.1 The one—dimensional Ising model
8.2 Dissipative quantum tunneling
8.3 Renormalization group: general theory
8.4 RG analysis of the ferromagnetic transition
8.5 RG analysis of the nonlinear σ—model
8.6 Berezinskii—Kosterlitz—Thouless transition
8.7 Summary and outlook
8.8 Problems
9 Topology
9.1 Example: particle on a ring
9.2 Homotopy
9.3 θ—Oterms
9.4 Wess—Zurnino terms
9.5 Chern—Simons terms
9.6 Summary and outlook
9.7 Problems
10 Nonequilibrium (classical)
10.1 Fundamental questions of (nonequilibrium) statistical mechanics
10.2 Langevin theory
10.3 Boltzmann kinetic theory
10.4 Stochastic processes
10.5 Field theory Ⅰ: zero dimensional theories
10.6 Field theory Ⅱ: higher dimensions
10.7 Field theory Ⅲ: applications
10.8 Summary and Outlook
10.9 Problems
11 Nonequilibrium (quantum)
11.1 Prelude: Quantum master equation
11.2 Keldysh formalism: basics
11.3 Particle coupled to an environment
11.4 Fermion Keldysh theory (a list of changes)
11.5 Kinetic equation
11.6 A mesoscopic application
11.7 Full counting statistics
11.8 Summary and outlook
11.9 Problems
Index
· · · · · · (收起)

读后感

评分

This book authorized by Alex and Simons is one of the most representative publications in the field of classical/quantum field theory. Here, I'm focusing on the errors including typo and unreasonable statements so that our Chinese students can read it conv...

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用户评价

评分

说实话,我对这本书的排版和装帧设计印象非常深刻,它给我一种非常“老派”的学术书籍的感觉,纸张的质地很厚实,带着轻微的纹理,翻动起来声音都带着一种沙沙的、沉稳的质感。这书的边距留得相当宽敞,这对于我这种习惯在书页边缘做大量批注的人来说,简直是福音,我可以在空白处写下各种心得、疑问和自洽的推导过程。然而,这种经典的设计风格也带来了一些小小的困扰,比如字体选择上,虽然清晰易读,但在面对那些极其冗长的数学推导时,有时候还是会让人感到视觉疲劳。我特别喜欢它在引用其他经典文献时采用的那种细小的、带有衬线的字体,那感觉就像是在和学科前辈进行一场无声的对话。整本书的装帧牢固得令人称奇,我估计即使把它当作砖头来敲门,它也能屹立不倒,这大概是出版商对内容重要性的一种隐形宣告吧。虽然内容本身可能需要我花费数年才能完全掌握,但光是持有它、触摸它,就已经带给我一种“拥有知识重量”的满足感。

评分

这本大部头,拿到手里沉甸甸的,光是书脊上的烫金字体就透着一股子学究气的严肃劲儿。我本来是抱着极大的期望来啃这本书的,毕竟封面设计得挺有那么回事,那种深邃的蓝色调,加上一些抽象的几何图案,让人联想到宇宙的奥秘或者微观世界的复杂结构。刚翻开目录的时候,我心头一紧,那些密密麻麻的符号和术语,仿佛一座座难以逾越的高山,每一个章节名都像是一个密码,需要我用尽毕生所学去破解。说实话,我花了好大力气才适应它的叙事节奏,那种抽丝剥茧、层层递进的讲解方式,虽然严谨到令人发指,但有时候也显得过于内敛,没有太多引人入胜的小故事或者直观的类比来帮助理解那些抽象的概念。读到后面,我感觉自己就像是在攀登一座没有地图的雪山,每一步都必须小心翼翼,生怕走错一步就万劫不复。尽管如此,当一些关键性的理论框架终于在我脑海中构建起来时,那种豁然开朗的喜悦感,绝对是其他通俗读物无法比拟的。它更像是一份需要反复研读的学术档案,而非茶余饭后的消遣之作,需要投入大量的时间和心力去消化和吸收。

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从内容结构的安排来看,这本书的逻辑主线非常清晰,它似乎是以时间轴或者理论发展的必然阶段为骨架,将复杂的现象分门别类地嵌入其中。每一个章节都不是孤立的单元,而是像精密的齿轮一样,紧密咬合,驱动着整个理论体系向前发展。我尤其欣赏它在处理那些具有争议性的历史背景时所展现出的克制和公正,它不会轻易地褒贬某一位学者的贡献,而是客观地呈现理论的演变路径,让读者自行去评判。当然,这种均衡也导致了某些我个人更感兴趣的前沿分支在篇幅上略显单薄,似乎作者将更多的笔墨集中在了那些已经成熟、被广泛接受的理论基石上。这本书更像是一部奠定基础的“宪法”,而不是一部探索无限可能的“宣言”。我合上书本时,脑海中浮现的不是具体的计算细节,而是一张宏大而有序的知识网络图景,这说明作者在宏观结构布局上的功力是深厚的。

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这本书的语言风格,嗯,怎么说呢,它就像一个极其精确的外科医生在做手术,每句话都直击要害,不容许任何模棱两可的表达。我常常需要借助外部工具来校准我理解的每一个术语,因为作者似乎默认读者已经对前置知识了如指掌,很少会花费篇幅去解释那些基础中的基础概念。对于一个刚刚涉足这个领域的新手来说,这本书的开篇简直就是一堵高墙,让人望而却步。它不是那种会耐心引导你入门的“导游”,而更像是一份交货清单,要求你带着所有必需的工具箱来验收成果。我不得不承认,这种高强度的学习过程是痛苦的,但它带来的回报是直接和显著的——我感觉自己的思维框架被这本书的逻辑重塑了,过去一些模糊的认识被这本书的严密推导一一清理和替换掉了。我几乎是从头到尾都在与书中的论点“辩论”,用自己的理解去挑战作者构建的体系,这本身就是一种高效的学习方式,虽然过程充满了挫败感。

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这本书给我带来最强烈的情感冲击,来自于它那种近乎于“冷酷”的客观性。它讨论的现象虽然宏大,但表达上却极其克制,几乎没有使用任何渲染情绪的词汇。我读到那些描述极端物理条件或复杂数学结构的段落时,内心是波澜壮阔的,但作者的文字却像冰水一样冷静。这种反差极具魅力,它迫使读者将所有情感抽离,纯粹地专注于逻辑本身。我发现自己开始用一种全新的、更去个人化的视角去看待物理世界的问题,很多过去基于直觉的判断都被书中提供的、基于第一性原理的推导所取代。这本书更像是一面镜子,照出的是我思维中的漏洞和不严谨之处。它不是一本读完就能让你立刻成为专家的书,而是一张长期有效的“学习许可证”,告诉你未来需要攻克的方向和深度。每一次重读,都会发现新的细节和更深的层次,这种持续的探索感,远比短暂的阅读快感要珍贵得多。

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好书,读的第一本凝聚态场论。已经看过了第一遍,以后可能还会再翻翻。

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Bought but never read, as I transferred outside the field of condensed material. 2017-9-15

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好书,读的第一本凝聚态场论。已经看过了第一遍,以后可能还会再翻翻。

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好书,读的第一本凝聚态场论。已经看过了第一遍,以后可能还会再翻翻。

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