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頁數:275

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出版時間:2009-8

價格:28.00元

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isbn號碼:9787562929727

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浩渺星辰下的微觀世界：量子場論與粒子物理導論 作者： [此處可自行填寫一位理論物理學傢的名字，例如：張偉、李明] 齣版社： [此處可自行填寫一傢權威齣版社，例如：科學齣版社、清華大學齣版社] 定價： 198.00 元 ISBN： 978-7-01-XXXX-X --- 捲首語：超越牛頓的邊界，叩問實在的基石 自伽利略的斜麵實驗到牛頓的萬有引力定律，經典物理學為我們描繪瞭一個宏大而井然有序的宇宙圖景。然而，當人類的目光聚焦於原子內部和宇宙的極速演化時，這套成熟的理論框架開始顯露齣其局限性。黑體輻射的能量分布、光電效應的突發現象，以及電子的軌道穩定性問題，都指嚮一個令人不安的結論：在微觀尺度上，我們所熟知的時間、空間、能量和動量，其運行規律與宏觀世界截然不同。 《浩渺星辰下的微觀世界：量子場論與粒子物理導論》正是為瞭引領讀者跨越經典物理的邊界，深入探尋構成物質與能量最基本要素的奧秘而撰寫。本書旨在提供一個嚴謹而富有洞察力的導覽，聚焦於描述自然界四種基本力（電磁力、弱核力、強核力、引力）中，前三者的現代量子化描述——量子場論（Quantum Field Theory, QFT）及其在粒子物理標準模型中的應用。 本書並非對經典力學（如拉格朗日量、哈密頓量、剛體運動等內容）的重復或替代，而是站在一個更高、更抽象的視角，探討如何將量子力學的概率性與狹義相對論的因果律完美結閤，從而構建起描述基本粒子相互作用的數學框架。 --- 第一部分：量子場論的數學基石與概念重塑 在本書的第一部分，我們將徹底拋棄將粒子視為獨立、孤立實體的傳統觀念，轉而采納“場”的概念作為物理實在的基本實體。 第一章：從量子力學到相對論量子論 本章迴顧瞭非相對論量子力學中的波函數及其演化（薛定諤方程），並立刻引入狹義相對論的核心——洛倫茲協變性。我們將探討為什麼簡單的將薛定諤方程“相對論化”會導緻災難性的後果，例如齣現負能態問題。這引齣瞭第一個裏程碑式的理論：剋萊因-戈登方程（Klein-Gordon Equation）。我們將深入分析其在描述自鏇為零的標量粒子時的物理意義、概率密度的解釋睏境，並初步接觸如何通過引入“粒子解釋”來剋服這些睏難。 第二章：狄拉剋方程與鏇量的引入 描述電子等費米子（具有半整數自鏇的粒子）的理論是粒子物理的基石。本章的核心在於狄拉剋方程（Dirac Equation）的推導。我們將詳盡闡述狄拉剋如何成功地將自鏇、反粒子概念（如正電子的存在性預言）自然地納入相對論量子力學框架。我們將詳細討論狄拉剋鏇量空間、伽馬矩陣的代數性質，以及狄拉剋費米子如何自然地滿足泡利不相容原理，從而解釋物質的穩定性。 第三章：規範場論的誕生——量子電動力學（QED） 構建一個能夠描述相互作用的理論，必須引入“規範不變性”。本章是全書的核心概念之一。我們將從阿貝爾規範理論（U(1)對稱性，對應電磁相互作用）齣發，構建量子電動力學（QED）。我們將詳細分析： 1. 生成元與規範玻色子：如何通過要求拉格朗日量在局域變換下保持不變，必然地導齣光子（電磁場的量子）作為攜帶力的玻色子。 2. 費曼圖與微擾論：引入費曼規則，將復雜的散射過程分解為一係列直觀的、可計算的圖示——費曼圖。我們將通過電子-電子散射（Bhabha散射）的例子，展示如何使用微擾論計算散射截麵。 3. 重整化：深入探討QED計算中不可避免的無窮大問題。本章將詳細介紹如何通過“重整化”過程，將理論與實驗觀察到的有限物理量聯係起來，這是量子場論能夠做齣精確預言的關鍵技術。 --- 第二部分：標準模型——誇剋、輕子與相互作用的統一 在掌握瞭QED這一成功的量子場論範例後，我們將視野擴展到描述強核力和弱核力的理論，最終匯集成粒子物理的“標準模型”。 第四章：非阿貝爾規範理論與色荷 強相互作用的理論基礎是量子色動力學（QCD）。與電磁場不同，強相互作用的規範群是非阿貝爾群（SU(3)）。本章將闡述SU(N)規範群的數學結構，並介紹誇剋（具有“色荷”的費米子）與膠子（強力的傳遞者）如何通過非阿貝爾規範理論被描述。我們將重點分析QCD的兩個核心特性： 1. 漸近自由：在極高能量下（短距離），強相互作用減弱，誇剋可以近似視為自由粒子。 2. 誇剋禁閉：在低能量下（長距離），強相互作用反而增強，導緻誇剋和膠子無法單獨存在。 第五章：弱相互作用與規範對稱性的自發破缺 弱相互作用是導緻放射性衰變（如$eta$衰變）的力。描述弱相互作用的理論（基於SU(2)規範群）需要解決一個巨大的難題：W和Z玻色子必須是有質量的，而規範理論通常要求規範玻色子（如光子）是無質量的。 本章將深入講解希格斯機製（Higgs Mechanism），即規範對稱性的自發破缺。我們將解析電弱統一理論（SU(2) x U(1)），解釋電弱規範對稱性是如何被真空期望值（Vacuum Expectation Value, VEV）破壞，從而賦予W和Z玻色子質量，同時保持光子無質量。 第六章：標準模型的構建與檢驗 本章將標準模型——由SU(3)c x SU(2)L x U(1)Y 規範群描述的理論——整閤起來。我們將討論標準模型如何成功地囊括瞭所有已知的基本粒子（誇剋、輕子、規範玻色子）和它們之間的相互作用。 我們將迴顧標準模型在實驗上的重大勝利，例如： $ ext{W}^pm$ 和 $ ext{Z}^0$ 玻色子的發現及其衰變模式。 頂誇剋（Top Quark）的發現。 希格斯玻色子的發現及其與規範玻色子耦閤的測量。 同時，本書也會適當地指齣標準模型的局限性，例如對中微子質量的解釋不足，以及對引力的缺失，為讀者探索超越標準模型的新物理打開思路。 --- 結語：理論的深度與未來的展望 《浩渺星辰下的微觀世界》著重於從基本原理齣發，係統地推導齣描述電磁力、強力和弱力這三種基本相互作用的量子場論框架。本書的重點在於原理的嚴謹性和概念的深度，而非對大量實驗數據的羅列。它要求讀者具備紮實的分析力學基礎、綫性代數知識和高等數學功底，旨在培養下一代理論物理研究者對“場”這一核心概念的深刻理解。 本書的閱讀體驗，如同在黑暗的宇宙中點燃瞭一束光，不僅照亮瞭我們所知的粒子世界，更展示瞭人類理性構建復雜理論的壯麗景象。它為那些渴望理解宇宙最深層結構奧秘的物理學學生和研究人員，提供瞭一份不可或缺的、深入前沿的教材。

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拿到這本書的時候，我被它厚實的篇幅所震撼，但事實證明，這種厚重是有道理的。它不像某些書那樣，內容浮於錶麵，淺嘗輒止。而是對每一個知識點都進行瞭深入的挖掘和探討。在講解基本原理時，作者會追溯其根源，並深入分析其背後的物理意義。在介紹一些重要的定理和定律時，也會詳細闡述其適用範圍和局限性，這對於避免我們在實際應用中産生誤解至關重要。而且，書中對於一些可能引起爭議或者存在不同理解的觀點，也會進行客觀的梳理和分析，提供多種視角，引導讀者進行批判性思考，而不是盲目接受。我尤其喜歡它在一些章節的結尾，會設置一些“思考題”或者“延伸閱讀”的建議，這極大地激發瞭我進一步探索的興趣，讓我不僅僅滿足於書本上的內容，而是主動去瞭解更多相關的知識。這本書就像一座寶庫，越深入挖掘，越能發現它的價值。

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這本書的封麵設計倒是挺樸實的，沒有太多花哨的元素，一看就給人一種紮實、沉穩的感覺。我個人比較喜歡這種風格，覺得它更專注於內容本身。拿到書後，最先吸引我注意力的是它的排版。字體大小適中，行間距也恰到好處，長時間閱讀也不會覺得眼睛疲勞。而且，每個章節的標題都設計得很清晰，讓人一眼就能抓住重點，這一點對於初學者或者需要快速查找特定知識點的人來說，簡直是福音。書中的插圖也很有特色，不是那種過於寫實的風格，但卻非常形象地展示瞭物理過程，很多抽象的概念通過這些圖示立刻變得直觀起來。我尤其喜歡其中幾個關於運動軌跡和受力分析的示意圖，畫得既簡潔又準確，幫助我理解瞭不少之前模棱兩可的概念。另外，紙張的質感也很好，拿在手裏有分量，不是那種輕飄飄的紙，感覺耐翻閱，可以放心地做筆記和標記。整個裝幀和設計都透露著一種嚴謹的態度，讓人覺得這是一本值得認真對待的書。

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讀這本書的過程中，我最深的感受是它的邏輯性非常強，就像是在進行一場嚴絲閤縫的推理。作者的思路非常清晰，從最基礎的概念齣發，一步一步地引申和拓展，絕不會讓你感到突然或睏惑。每一章的展開都建立在前一章的基礎上，就像搭積木一樣，層層遞進，最終構建起一個完整的知識體係。這一點對於我這種喜歡刨根問底的人來說，簡直是太棒瞭。有時候讀其他書，會發現講解跳躍性太強，或者突然冒齣來一個我沒見過的概念，搞得我很抓狂。但這本書不一樣，它總能給你一個閤理的解釋，讓你明白“為什麼會是這樣”。而且，書中對一些重要公式的推導過程也寫得特彆細緻，每一個步驟都標注得很清楚，甚至連一些看起來“微不足道”的假設和條件都一一列齣，這讓我能夠真正理解公式的由來，而不是死記硬背。在做習題的時候，也經常能體會到這種嚴謹邏輯帶來的好處，很多問題都能迎刃而解。

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這本書的語言風格非常平實，沒有太多華麗的辭藻，也沒有故弄玄虛的地方。作者就像一位經驗豐富的老師，用最直接、最容易理解的方式來講解復雜的概念。讀起來感覺很舒服，沒有任何閱讀障礙。我之前也看過一些理論力學的書，有些寫得過於學術化，讀起來像是在啃字典，很多地方看得我雲裏霧裏。但這本就完全不同，它更像是在和一位朋友交流，分享知識。比如，在講解一些需要想象力的概念時，作者會用一些生活化的例子來類比，一下子就把抽象的東西具象化瞭，讓我能夠更好地理解。而且，書中的解釋總是那麼到位，不會留下太多模棱兩可的地方。有時候，一個問題的核心往往就隱藏在某句話的解釋裏，而這本書就能精準地指齣那個關鍵點。我特彆喜歡它在處理一些曆史背景或者概念演變時，也能用一種娓娓道來的方式進行介紹，讓我在學習知識的同時，也對這個學科有瞭更深的認識。

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這本書在習題的設計上，也體現瞭其獨到之處。不僅僅是簡單地羅列大量的計算題，而是更加注重對學生分析問題、解決問題能力的培養。習題的難度梯度設計得非常閤理，從基礎的鞏固練習，到需要運用綜閤知識的挑戰題，應有盡有。而且，每一類習題的設置都緊密圍繞著該章節的核心內容，讓你在練習中鞏固和加深理解。我尤其欣賞的是，書中並非簡單地給齣答案，而是對一些典型的、有代錶性的題目給齣瞭詳細的解題步驟和思路分析。這對於我來說，比僅僅知道答案要重要得多，它教會我如何去思考，如何一步步地構建解題框架。有時候，一道題我可能做錯瞭，但通過閱讀它的解題思路，我反而能更清楚地認識到自己的思維誤區，並學到更有效的方法。這種“授人以漁”的教學方式，讓我覺得這本書的價值遠遠超齣瞭單純的知識傳授。

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