Theory Of Quantum Liquids (Advanced Book Classics) (v. 1 & 2) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Westview Press

作者:Philippe Nozieres

出品人:

页数:574

译者:

出版时间:1999-11-18

价格:USD 71.00

装帧:Paperback

isbn号码:9780738202297

丛书系列:

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凝聚态物理学前沿：超越经典流体的概念 一、 导论：从宏观到微观的量子革命 在物理学的宏伟殿堂中，对物质的理解经历了从牛顿经典力学到爱因斯坦相对论，再到量子力学的深刻变革。然而，即使在量子力学确立之后，如何描述大量粒子相互作用的集体行为，仍然是一个充满挑战的领域。经典流体理论，尽管在描述宏观现象（如水流、气动）方面取得了巨大成功，但在面对极端低温和强相互作用的体系时，其局限性便暴露无遗。 本书旨在深入探讨凝聚态物理学的核心议题之一：量子液体的理论构建与实验验证。我们聚焦于那些在低温下表现出奇异、反直觉宏观特性的物质相态，它们的核心特征在于，即使在绝对零度附近，粒子间的量子涨落和关联效应也占据主导地位，使得传统的单粒子或平均场近似失效。 我们首先回顾理解复杂多体系统的基本工具，包括费米子和玻色子的量子统计、激发态的准粒子概念，以及对称性破缺在相变中的关键作用。在此基础上，我们将引入描述多体量子系统的核心框架，例如二次量子化和格林函数方法，为后续的深入分析奠定坚实的理论基础。 二、 低温量子世界的两大支柱：费米液体与玻色爱因斯坦凝聚 量子液体的概念并非单一同质的。根据构成物质的基本粒子（费米子或玻色子）的不同，其低温行为呈现出截然不同的图景。 费米液体理论的精髓： 对于由费米子（如电子）构成的系统，例如液氦-3或金属中的电子，尽管粒子间存在强烈的库仑或类费米相互作用，但朗道费米液体理论提供了一个 remarkable 的描述框架。本书将详尽阐述朗道理论的准粒子概念：尽管系统远非理想气体，但低激发能量下的行为可以被视为“类自由”准粒子（携带与单粒子相同的电荷和统计性质，但有效质量和寿命发生改变）的集合。 我们将深入分析费米液体中输运性质的微小偏差，特别是比热、磁化率（如泡利顺磁性及其修正）以及电阻率随温度的依赖关系。重点将放在费米面附近的定性描述，以及相干性如何维持，即使在强关联（如强磁场或高压下）环境中。对于液氦-3，我们将考察其在超流转变点附近的独特行为，对比其与电子费米液体模型的异同。 玻色爱因斯坦凝聚（BEC）的涌现： 与费米子的“排斥性”行为形成鲜明对比的是，由玻色子（如液氦-4中的原子）构成的系统，在极低温下会发生玻色-爱因斯坦凝聚。本书将详细解析BEC的统计力学基础，从波色-爱因斯坦分布函数出发，推导临界温度的精确表达式，并解释凝聚态中粒子占据最低能级的现象。 在BEC形成后，系统进入超流态。我们将讨论二流体模型，将超流体视为一个无粘性的超流分量和一个有粘性的正常分量的混合体。关键概念包括伦敦方程、量化涡旋（拓扑缺陷的经典案例）以及二声（第二音速）的传播机制。这些现象的产生，完全源于玻色子波函数的宏观相干性。 三、 拓扑序与分数霍尔效应：超越传统序参量的界限 在对经典相变理论的描述（基于Ginzburg-Landau理论和序参量）达到瓶颈时，凝聚态物理学开始探索拓扑序的概念。这标志着我们对量子物质理解的又一次飞跃。 拓扑排序的数学语言： 拓扑序的特点在于，系统的基态简并性依赖于系统的拓扑结构（如环面或球面），而非局部对称性破缺。本书将介绍拓扑量子场论（TQFT）的初步概念，以及如何使用张量网络态来描述和识别这些高度纠缠的基态。我们将探讨任意子（Anyons）—— 一维和二维系统中特有的准粒子，它们的交换统计性质介于费米子（反交换）和玻色子（正交换）之间，是实现拓扑量子计算的候选物。 分数量子霍尔效应（FQHE）的魅力： 在强磁场和二维电子气中，FQHE展现了物质行为的极致复杂性。我们不仅关注整数霍尔效应中的经典朗道能级，更深入研究分数量子霍尔态。这些态的特征是具有分数填充因子（如 $ u=1/3, 2/5$），其描述需要诉诸于高度关联的朗道-杰里明（Laughlin）波函数。 Laughlin 波函数的构造揭示了这些态的基态本质上是准粒子的费米子液体（或玻色子液体），这些准粒子携带分数电荷，并且服从任意子统计。本书将详细分析如何通过对Laughlin波函数进行重整化群变换来理解其拓扑性质，并探讨分形能隙的物理意义。 四、 磁性系统与自旋液体：长程关联的瓦解 磁性系统是研究相互作用和量子涨落的天然场所。在强挫折（Frustration）和低维效应共同作用下，传统的磁有序态（铁磁或反铁磁）会被破坏，从而形成自旋液体。 磁有序的局限性与量子挫折： 我们将考察经典磁体（如海森堡模型）在高温下的平均场描述，并转向低温下的基态寻找。在具有几何挫折的晶格（如三角形、八面体或 kagome 格子）上，粒子之间无法同时满足所有最小能量的要求，导致系统无法形成长程磁有序。 自旋液体的概念与定义： 自旋液体被定义为在绝对零度下仍然没有长程磁有序，但却表现出短程关联（或某种形式的拓扑序）的量子态。我们将重点讨论U(1) 迪拉克自旋液体和Z2 拓扑自旋液体。在这些体系中，激发态不再是局域的自旋翻转（磁振子），而是分数化的准粒子，例如自旋子（Spinons），它们携带自旋但电荷为零。这些分数化现象是量子相变和强关联物理中最令人兴奋的领域之一。 五、 结论：通向下一代物质形态的展望 本书通过对费米液体、超流体、拓扑态和自旋液体的系统性剖析，展示了量子力学如何深刻地重塑了我们对“物质”的理解。量子液体不再是简单的低温气体或液体，而是高度纠缠、具有涌现性质的复杂系统。 未来的研究方向，如高温超导的微观机制、量子多体模拟器的发展，以及利用拓扑态实现容错量子计算的潜力，都建立在这些坚实的理论基础之上。理解这些非平凡的量子态，是迈向设计和控制下一代功能材料的关键一步。

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**学术的深度与广度：一场智力上的马拉松** 对于那些已经在该领域深耕多年的研究者而言，这套书无疑提供了一个极为扎实且深入的知识框架。我印象最深的是其中对多体问题处理方法的详尽梳理，从早期的近似方法到最新的数值模拟技术，作者几乎穷尽了所有重要的理论工具，并对其优缺点进行了犀利的剖析。这本书的价值在于其历史脉络的清晰构建，它没有将理论视为凭空出现的真理，而是展示了它们是如何在实验的推动下一步步发展和完善的。阅读过程中，我常常需要停下来，反复推导书中的关键定理和证明过程，每一次成功理解，都带来一种豁然开朗的喜悦。这套书的行文风格极其严谨，每一个论断都有坚实的数学基础支撑，这对于任何需要将理论应用于前沿课题的专业人士来说，都是不可或缺的财富。它不是一本快速消费的读物，而是需要你投入时间、精力和心智去“征服”的学术巨著。

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**经典之魅：跨越时代的思想火花** 读完关于超导性和液态氦的章节后，我深刻体会到“经典”二字的重量。这本书仿佛一座时间胶囊，将几十年前物理学家们在面对全新实验现象时的困惑、挣扎和最终的突破，以近乎现场的方式记录了下来。我惊叹于作者在阐述那些看似已经成熟的理论时，依然保持着对初创思想的尊重与审视。例如，他对波函数对称性在低能激发态中扮演核心角色的论述，充满了哲学思辨的美感。阅读体验中，我时常会联想到爱因斯坦和玻尔在那个黄金时代的争论，这本书成功地将那种探索未知、勇于挑战既有观念的科学精神传递给了当代读者。它教导我们，理论的优雅性往往隐藏在对基本假设的深刻理解之中，而不是仅仅依赖于复杂化的数学技巧。这是一次与物理学史上最伟大思想家的深度对话。

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**结构组织与逻辑递进的艺术** 要评价一套厚重的专业书籍，其结构组织方式是衡量其是否优秀的决定性因素之一。这套书的编排简直是教科书级的典范。它采用了自下而上的构建方式，从最基本的量子力学假设开始，逐步引入粒子间的相互作用，然后过渡到更复杂的多粒子系统，每一步都建立在前文已经牢固掌握的基础之上。这种循序渐进的逻辑流让人在面对高难度内容时，也不会感到突兀或迷失方向。特别是作者对不同理论框架（如平均场近似与更精细的函数展开法）之间的切换和对比，处理得极为流畅自然，使得读者能够清晰地辨识出每种方法适用的物理情境和局限性。我发现，即便是跳跃性地阅读某个特定章节，也能迅速找到上下文的支撑点，这充分体现了作者在设计全书知识体系时的深思熟虑和卓越的组织能力。

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**初识物理的奇妙旅程** 这本书的装帧和排版，拿到手里就给人一种沉甸甸的、值得信赖的感觉。作为一名对物理学领域的新手，我怀着忐忑又期待的心情翻开了第一页。坦率地说，最初的几章对于我来说如同天书，那些复杂的数学符号和抽象的概念，让我一度想要放弃。然而，作者的叙述方式，尽管专业，却有一种独特的魅力，他似乎总能在一堆看似枯燥的公式中，找到一个直观的类比或一个引人入胜的历史背景来解释深层的物理原理。我特别喜欢其中关于晶格振动那一部分的讲解，那种将宏观现象与微观粒子运动巧妙结合的描述，让我对“物质的本质”有了全新的认识。虽然我可能还没有完全消化书中的所有内容，但它已经成功地在我心中播下了一颗对这个奇妙领域的兴趣种子。它不仅仅是一本教材，更像是一位耐心、博学的导师，在你迷茫时为你指引方向，尽管道路崎岖，但风景绝对值得探索。我花了大量时间在图书馆里对照其他辅助读物来理解其中的关键概念，这过程虽然辛苦，但收获颇丰，感觉自己正在踏入一个更深层次的知识殿堂。

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**一个关于“美感”的体会** 对于我来说，物理理论的美感，往往体现在其解释力的简洁与普适性上。这本书在展示复杂现象背后的统一性方面做得非常出色。当我读到关于拓扑序的概念时，那种感觉是难以言喻的——它用一种全新的几何视角，将看似不相关的宏观性质与微观纠缠态联系了起来。这种跨越尺度的统一性，正是物理学最迷人的地方。书中的插图和图表虽然数量不多，但每一张都经过精心挑选，它们不是简单的装饰，而是对抽象概念最直观的视觉辅助。阅读这套书，就像欣赏一首结构精妙的交响乐，每一个声部（理论分支）都在恰当的时候响起，最终汇集成一个和谐而强大的整体音响。它让我意识到，真正的物理学不仅是关于“计算”，更是关于“洞察”和“发现自然界最本质的简洁之美”。

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读过第一册。图像清晰，李正中书第4章的升级版。Pines是牛人，这些工作主要是他做的。

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