经典可积系统导论

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出版者:
作者:贝博龙
出品人:
页数:602
译者:
出版时间:2009-5
价格:88.00元
装帧:
isbn号码:9787510004575
丛书系列:
图书标签:
  • 数学
  • 数学物理
  • 可积系统
  • 可积系统
  • 经典力学
  • 哈密顿力学
  • 非线性动力学
  • 数学物理
  • 常微分方程
  • 李代数
  • 辛几何
  • 拓扑学
  • 混沌理论
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具体描述

《经典可积系统导论》是贝博龙编著的,provides a thorough introduction to the theory of classical integrable systems, discussing the various approaches to the subject and explaining their interrelations. The book begins by introducing the central ideas of the theory of integrable systems, based on Lax representations, loop groups and Riemann surfaces. These ideas are then illustrated with detailed studies of model systems. The connection between isomon- odromic deformation and integrability is discussed, and integrable field theories are covered in detail. The KP, KdV and 'lbda hierarchies are explained using the notion of Grassmannian, vertex operators and pseudo-differential operators. A chapter is devoted to the inverse scattering method and three complementary chapters cover the necessary mathematical tools from symplectic geometry, Riemann surfaces and Lie algebras. The book contains many worked examples and is suitable for use as a textbook on graduate courses. It also provides a comprehensive reference for researchers already working in the field. O LIVIE R B A B E L O N has been a member of the Centre National de la Recherche Sci- entifique (CNRS) since 1978. He works at the Laboratoire de Physique Theorique et Hautes Energies (LPTRE) at the University of Paris VI-Paris VII. His main fields of interest are particle physics, gauge theories and integrables systems. M I C H E L T A L O N has been a member of the CNRS since 1977. He works at the LPTHE at the University of Paris VI-Paris VII. He is involved in the computation of radiative corrections and anomalies in gauge theories and integrable systems. DENIS BERNARD has been a member of the CNRS since 1988. He currently works at the Service de Physique Theorique de Saclay. His main fields of interest are conforma[ field theories and integrable systems, and other aspects of statistical field theories, including statistical turbulence.

经典可积系统导论 导论 经典可积系统是理论物理学和数学领域一个迷人且富有挑战性的分支。它关注的是那些满足特定代数或几何条件的动力学系统,这些系统拥有足够的守恒量,使得它们的运动轨迹可以被精确地解析求解。这种“可积性”的概念,虽然看似抽象,却在理解从经典力学、流体力学到广义相对论等诸多物理现象的本质方面扮演着至关重要的角色。 本书旨在为读者提供一个全面而深入的导论,带领他们领略经典可积系统的核心思想、基本工具和前沿应用。我们着重于构建一个坚实的理论基础,使读者能够理解从李维尔-阿诺德(Liouville-Arnold)可积性理论到更现代的保型(Symplectic)几何方法,以及在特定系统中的具体实现。 第一部分:基础与背景 本书伊始,我们将回顾经典哈密顿力学的基本框架。这包括相空间的几何结构、泊松括号的定义以及哈密顿-雅可比方程。我们将详细阐述李维尔定理的意义——在可积系统中,系统的运动可以被转化为一系列简单的、周期性的运动,这为理解可积性提供了最初的直观图像。 1.1 汉密尔顿力学基础 相空间与动力学: 复习相空间结构、流的性质以及守恒量在动力学中的作用。 泊松括号: 探讨泊松括号作为相空间上函数代数结构的地位,及其与李代数的关系。 守恒量与可积性: 定义守恒量,并引入“完全可积”的初步概念,即是否存在足够多的相互洛松不相交的守恒量。 1.2 李维尔-阿诺德定理 这是经典可积系统理论的奠基石。我们将细致地推导和阐述李维尔-阿诺德定理,该定理指出,在一个解析可积的系统中,存在一个正则变换,可以将系统转化为作用量-作用角(Action-Angle)坐标。 正则变换: 介绍生成函数和经典正则变换的理论。 作用量-作用角变量: 详细解释如何通过规范化的坐标来描述可积系统的解,并将运动简化为简单的谐振子运动。 鞍点问题: 探讨在正则变换过程中,系统在奇点(如椭圆或双曲鞍点)附近的复杂动力学行为,这标志着系统从周期性运动向准周期性运动的过渡。 第二部分:代数结构与几何工具 理解可积系统的深度,需要依赖更强大的代数和几何工具。本部分将引入现代数学物理中处理可积性的核心概念,特别是与费米子和玻色子系统相联系的结构。 2.1 费米子和玻色子场论的关联 我们将探讨如何将连续的、无穷自由度的系统(如场论)映射到有限维的可积系统上,反之亦然。 KdV 方程的起源: 介绍Korteweg-de Vries (KdV) 方程作为第一个被发现的完全可积非线性偏微分方程(PDE)。我们将展示其哈密顿结构以及与刚性绳波的联系。 无限维哈密顿系统: 探讨在无穷维空间中定义泊松括号和守恒量的必要性,并引入场论中的泛函导数。 2.2 保型几何与辛流形 可积性本质上是关于相空间几何结构的问题。保型(Symplectic)几何提供了描述这些结构的精确语言。 保型流形: 定义保型流形及其结构张量(辛形式)。 函数上的保型结构: 探讨哈密顿函数在保型流形上诱导的动力学流,以及可积性条件在保型几何中的体现。 李代数与黎曼-希尔伯特问题: 简要介绍如何通过特定的李代数结构来识别可积性,特别是与线性谱理论(如零曲率表示)的关联。 第三部分:特定的可积模型与求解方法 本部分将聚焦于具体的、具有代表性的可积系统,并介绍求解这些系统的关键技术,特别是逆散射方法(Inverse Scattering Method, ISM)。 3.1 经典可积方程实例 非线性薛定谔方程 (NLS): 作为一个重要的模型,NLS在光纤通信和凝聚态物理中具有广泛应用。我们将分析其相关的泊松括号和守恒量。 Sine-Gordon 方程: 探讨该方程的孤子解(Soliton Solutions)及其拓扑性质。 陀螺仪动力学: 将几何概念应用于经典力学,分析刚体绕定点运动(如欧拉方程)的可积性,特别是欧拉角和欧拉-泊松方程。 3.2 逆散射方法(ISM) ISM是求解非线性偏微分方程的强大工具。我们将系统地介绍如何利用Lax对(Lax Pair)来解耦一个复杂的非线性演化方程。 Lax 对与谱理论: 定义Lax矩阵和关联的薛定谔算子,并解释Lax方程与哈密顿方程之间的等价性。 散射数据与演化: 详细阐述如何通过求解散射问题来确定系统的演化,并将散射数据作为新的守恒量。 重构与孤子: 介绍从散射数据重构势能的方法(例如,Gel'fand-Levitan-Marchenko 方程),并展示如何利用反射系数来构造精确的N孤子解。 3.3 自伴随系统 讨论那些其守恒量可以通过特定代数结构自然产生的系统,例如与矩阵Ricatti方程相关的系统。 第四部分:现代进展与展望 最后,我们将简要回顾可积系统的现代研究方向,包括其与量子可积系统(如Bethe假设)的交叉,以及在退化情况下的重要性。 希尔伯特空间与量子化: 讨论经典可积性如何指导量子可积系统的构造,以及Bethe假设在精确求解一维量子多体问题中的作用。 退化可积性: 研究当李维尔定理中的“光滑”条件不满足时(例如在共振点附近),系统的动力学特性,以及如何通过更精细的几何构造(如轨道分解)来处理这些情况。 结语 本书力求以严谨的数学方法为基础,结合丰富的物理实例,为读者构建一个清晰的知识体系。通过对经典可积系统的深入探索,读者不仅能掌握一套强大的求解技术,更能对物理定律的内在秩序与和谐之美产生更深刻的理解。

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这是一本让我重新认识“数学之美”的书。在《经典可积系统导论》中,我看到了数学的严谨性与物理的直观性完美结合。作者对相空间几何的描绘,对Poincaré截面的分析,都充满了视觉上的吸引力,让我仿佛置身于一个抽象而又充满规律的世界。书中对Bohr-Sommerfeld量子化条件的推导,更是将经典的数学物理方法与量子力学的前沿课题联系起来,令人拍案叫绝。虽然有些数学概念对我来说是全新的,但我通过书中丰富的图示和详实的解释,逐渐理解了它们背后的逻辑。这本书的价值不仅仅在于传授知识,更在于它展现了数学工具的强大生命力,以及如何运用这些工具去理解和改造世界。它让我更加坚信,数学是探索宇宙奥秘的最有力武器之一。

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说实话,拿到《经典可积系统导论》之前,我对于“可积系统”这个概念,印象还停留在高中物理课本里那些可以求解的简谐振动或自由落体。这本书彻底颠覆了我之前的认知,它将可积性提升到了一个全新的数学和物理高度。从Hamiltonian形式到Symplectic流形,从Poisson代数到代数曲线,作者以一种极其严谨又不失生动的笔触,将这些看似高深的概念一一展现在读者面前。我特别欣赏书中对于相空间几何的描绘,那些充满美感的轨迹和不变的体积,让我对可积系统的内在结构有了直观的理解。虽然某些章节涉及到的泛函分析和微分几何工具对我来说还稍显陌生,但通过作者精心的铺垫和恰到好处的类比,我依然能感受到其中蕴含的深刻思想。这本书不仅仅是知识的传授,更是一种思维方式的引导,它教会我如何从全局的视角去理解复杂的动力学系统,如何发现隐藏在混沌之下的秩序。

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阅读《经典可积系统导论》的过程,对我而言,是一场智力上的盛宴。书中对数学工具的运用,简直可以用“出神入化”来形容。我尤其惊叹于作者如何将代数几何中的概念,如阿贝尔簇和theta函数,巧妙地融入到可积系统的研究中。这对于我这样背景相对有限的读者来说,无疑是一次非常宝贵的学习机会。书中对Painlevé奇点和李群对称性的讨论,也让我对可积系统的普适性和深刻性有了更深的认识。虽然有些地方的证明过程相当复杂,需要反复推敲,但正是这种挑战,让我感觉自己在不断突破认知边界。这本书不仅仅是理论的堆砌,更重要的是,它展示了数学的创造力如何与物理的直觉相结合,共同构建起可积系统这个宏伟的理论框架。我强烈推荐给任何对数学物理有兴趣,并且愿意投入时间和精力去深入探索的读者。

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这本《经典可积系统导论》真是让我眼前一亮!一直以来,我对数学物理中的“可积性”概念充满了好奇,但苦于没有系统性的入门读物。市面上相关的书籍要么过于晦涩,要么缺乏连贯性,让人望而却步。而这本导论,简直就像为我量身定制的。它循序渐进地介绍了可积系统的基本概念,从Hamiltonian力学的基本框架出发,深入浅出地讲解了正则变换、Poisson括号、Liouville定理等核心内容。我尤其喜欢作者在讲解过程中引入的例子,那些经典的例子,比如单摆、二体问题,不再是枯燥的公式推导,而是展现了可积性在解决实际物理问题中的强大力量。书中对代数几何方法的介绍也让我耳目一新,原来抽象的数学工具能够如此巧妙地刻画可积系统的几何结构。虽然我还没有完全掌握所有细节,但这本书已经成功地激发了我进一步探索可积系统这个迷人领域的兴趣,为我打开了一扇通往更深层次数学物理世界的大门。

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《经典可积系统导论》这本书,给我最大的感受就是它的“系统性”和“启发性”。作者并非零散地罗列知识点,而是构建了一个清晰的逻辑脉络,从最基础的Hamiltonian力学原理,逐步引申到各种判定可积性的方法和判据,再到不同类型的可积系统及其特殊的性质。这种由浅入深、层层递进的讲解方式,让我在学习过程中不会感到迷失方向。尤其是书中对各种可积系统的分类和比较,让我对这一领域有了整体的把握。我发现,原来许多看似不相关的数学工具,在可积系统的研究中,竟然能够如此自然地联系起来。这本书的启发性还体现在它能够激发读者去思考更多的问题,去探索那些尚未完全解决的难题。它不仅仅是一本教材,更像是一位经验丰富的导师,在引导你思考,在鼓励你去发现。

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