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出版者:Cambridge International Science Publishi

作者:V V Antsiferov

出品人:

页数:180

译者:

出版时间:2005-10-30

价格:USD 105.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9781898326175

丛书系列:

图书标签:

• 固体激光器
• 激光物理
• 固体物理
• 光学
• 量子电子学
• 材料科学
• 非线性光学
• 激光技术
• 半导体激光器
• 光子学

《量子场论导论：从经典场到粒子物理学》 作者：[此处可填写一位虚拟的、符合学术背景的作者名，例如：阿瑟·詹金斯 教授] 出版社：[此处可填写一家信誉良好的学术出版社，例如：普林斯顿大学出版社 或 剑桥大学出版社] --- 内容概述 本书旨在为物理学研究生和高年级本科生提供一个严谨而直观的量子场论（Quantum Field Theory, QFT）基础。有别于许多侧重于高能物理或特定微扰展开的书籍，本书采取了一种更加普适和基础的视角，将量子场论视为描述自然界中相互作用粒子系统的核心数学框架。我们强调从狭义相对论和经典场论的观点出发，逐步构建量子场论的原理，并详细阐述量子化过程的物理图像和数学细节。 全书共分为六大部分，共十五章。我们力求在保持数学严谨性的同时，清晰阐释物理直觉，为读者后续深入研究粒子物理、凝聚态物理中的场论模型打下坚实的基础。 --- 第一部分：相对论性基础与经典场 第一章：狭义相对论回顾与四维时空结构 本章首先回顾了洛伦兹变换、四维动量和能量的性质，重点探讨了闵可夫斯基时空中的因果结构。我们引入了张量分析的基础，强调了协变性和逆变性在物理定律表述中的重要性。这部分内容为理解相对论性量子场奠定了语言基础。 第二章：经典场论的拉格朗日形式 本章是全书的基石。我们从最小作用量原理出发，详细推导了欧拉-拉格朗日方程在场论中的应用。重点讨论了标量场、矢量场和旋量场的拉格朗日密度构造。我们清晰地展示了如何通过选择特定的拉格朗日量来定义物理系统的动力学。 第三章：诺特定理与守恒量 诺特定理是连接对称性与守恒量的桥梁。本章深入探讨了连续对称性，特别是时空平移、洛伦兹变换以及内禀对称性（如U(1)对称性）如何导出能量-动量张量、角动量和电荷等关键守恒量。我们通过具体的例子（如自由标量场）来阐释这些概念。 --- 第二部分：正则量子化与自由场 第四章：经典场到量子场的跃迁：正则量子化 本章详细介绍了将经典场提升至量子场的规范过程——正则量子化。我们以经典的哈密顿-雅可比方程为起点，推导出场算符的对易关系。重点讨论了玻色子场（满足对易关系）和费米子场（满足反对易关系）的数学差异及其物理根源。 第五章：自由标量场（Klein-Gordon场） 作为最简单的量子场模型，自由K-G场是理解所有后续概念的起点。我们详细求解了其运动方程，并精确定义了粒子态（创建算符和湮灭算符），阐述了这些算符如何构建具有确定能量和动量的粒子态的Fock空间。我们还讨论了非相对论极限下，如何回归到标准的量子力学描述。 第六章：自由狄拉克旋量场 本章处理费米子场——狄拉克场。我们推导出狄拉克方程，并基于其费米子性质，通过反交换子关系实现量子化。狄拉克场的量子化自然地引入了自旋和泡利不相容原理的场论表述。本章的重点是理解自由狄拉克场如何描述电子和正电子的存在。 第七章：自由电磁场（量子化光子） 本章转向描述无质量矢量场——电磁场。我们讨论了规范不变性在量子化过程中的挑战。通过引入适当的规范条件（如洛伦兹规范或库仑规范）以及处理零频率模式，我们成功地构造出光子作为电磁场的量子激发。 --- 第三部分：相互作用、微扰论与散射 第八章：相互作用绘景与S矩阵 本章将引入相互作用项，将系统的描述从自由演化转移到相互作用绘景。我们详细推导了S矩阵（散射矩阵）的定义，它是连接入射态和出射态的桥梁，是计算散射概率的中心对象。 第九章：Dyson级数与微扰论的展开 S矩阵的精确解通常不可得，因此我们依赖微扰论。本章详细展开了Dyson级数，展示了S矩阵如何被写成一个无穷级的相互作用强度耦合常数的幂级数展开。这为后续的费曼图方法奠定了理论基础。 第十章：费曼图：规则的建立 本章是全书中最具实践性的部分之一。我们系统地介绍了费曼图的构造规则，包括内部线（传播子）、顶点因子（相互作用）和外部线（入射/出射粒子）。我们通过 $phi^4$ 标量理论和QED（量子电动力学）中的基本顶点，清晰地展示了如何将一个S矩阵元素转化为一个费曼图积分表达式。 --- 第四部分：传播子与因果性 第十一章：时间排序与传播子 本章深入分析了费曼图中的核心要素——传播子。我们详细区分了时间排序乘积、因果传播子（retarded propagator）和反因果传播子（advanced propagator）。我们阐明了因果传播子如何保证信息不会超光速传播，即使在微扰展开的中间态中。 第十二章：运动学的计算与截面 本章将理论计算应用于实际物理问题。我们演示了如何使用费曼图计算简单的散射过程（如 $phi + phi o phi + phi$ 散射），如何利用“光学定理”和与散射截面的关系，将S矩阵元的振幅转化为可测量的物理量。 --- 第五部分：重整化基础 第十三章：发散问题的出现与物理意义 在计算更高阶（循环图）的费曼图时，积分通常会出现紫外（UV）发散。本章首先识别这些发散的来源，并从物理直觉上讨论为什么这种发散是量子场论框架的固有特征，而非数学上的错误。 第十四章：发散的处理：正则化 我们介绍处理紫外发散的标准技术——正则化。重点讲解了维度正则化（Dimensional Regularization）的原理和操作，展示了如何将发散项转化为依赖于维度参数 $epsilon$ 的奇异性。 第十五章：重整化与有效场论 本章是全书的理论高潮。我们引入重整化方案，展示如何通过重新定义原始的裸常数（如裸质量和裸耦合常数）来吸收这些发散，从而得到与实验观测相符的、依赖于特定能量尺度（Renormalization Scale $mu$）的物理量。最后，我们简要讨论了重整化群流动的概念，将其作为连接不同能标物理学的工具。 --- 适用读者对象 本书适合物理学、数学物理专业的硕士及博士研究生，或希望系统掌握量子场论基础的科研人员。要求读者具备扎实的经典力学、电动力学、狭义相对论以及标准量子力学的知识。 本书特色 1. 强调物理图像： 尽可能使用清晰的物理类比来解释复杂的数学构造，如将粒子视为场的激发。 2. 自洽的结构： 从拉格朗日量出发，系统地推导出正则量子化、S矩阵到重整化的完整流程。 3. 平衡理论与实践： 详细介绍费曼图的构造，并辅以具体的计算示例，为进一步研究粒子物理和凝聚态中的场论模型做好准备。

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这本书的视角非常独特，它似乎超越了传统固体物理对能带的静态描述，而是着重于“动态”过程的精细捕捉。我注意到，作者在处理波导结构中的光场约束问题时，所采用的方法论明显倾向于数值模拟的视角，这使得理论推导更贴近现代实验仪器的构建需求。例如，关于二维材料中的激子动力学分析，书中不仅给出了薛定谔方程的近似解，还讨论了激子-声子散射对退相干时间的影响，这对于开发下一代低功耗、高集成度的光电器件至关重要。我特别喜欢书中对“缺陷工程”与“掺杂浓度梯度”如何调控光子发射效率的讨论，这种将材料缺陷视为可控参数而非仅仅是噪声源的观点，极大地拓宽了读者的思路。读完这本书，我感觉自己对光与物质在纳米尺度上的复杂互动，有了一种全新的、更具操作性的理解。它成功地搭建了从基础量子力学到先进光子器件设计之间的桥梁。

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这本书的内容编排上，展现出一种古典的、对物理学精神的坚守，每一个概念的引入都像是精心雕琢的艺术品，环环相扣，毫不拖泥带水。我个人认为，它最出彩的地方在于对时间反演对称性在激光系统中作用的讨论。这部分内容，在很多同类书籍中往往被一笔带过，但在这里却被提升到了核心地位，作者详细论述了激发态寿命、线宽展宽与能级简并之间的微妙关系，并将其与实际的激光阈值进行了挂钩。这种深层次的理论挖掘，使得读者能够从更本质的角度理解为何某些材料能实现低阈值、高稳定性的振荡。此外，书中对非线性效应，如四波混频和自相位调制在光纤激光器中的影响，也做了非常详尽的介绍，这些部分对于想要从事超快激光领域研究的人来说，简直是如获至宝。这本书的行文风格是沉稳而权威的，没有多余的赘述，每一个图表、每一个公式都承载着重要的信息量。

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老实说，这本书的阅读体验是极富挑战性的，它绝不是那种能让你轻松翻阅消遣的休闲读物。如果你对扎实的数学基础没有信心，初次接触可能会感到寸步难行。但一旦你克服了早期的技术门槛，你会发现作者在构建理论框架时所展现出的那种近乎完美的逻辑连贯性。我尤其欣赏它在阐述激光器工作原理时，对泵浦源特性与增益介质均匀展宽机制的精妙结合。书中对不同类型增益材料——从掺杂晶体到半导体异质结构——的效率瓶颈进行了深入剖析，这些分析不仅仅是理论上的推演，更是融入了大量的实验观察和工程实践中的考量。例如，对于腔模选择和光束质量控制部分，作者采用了一种自上而下的方法，先给出宏观现象，再追溯到微观的量子涨落，这种叙事方式非常有利于读者建立起完整的物理图景。这本书的价值在于，它教会我们如何从第一性原理出发，去设计和优化高性能的光学器件，而非仅仅停留在应用层面的简单描述。

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这部著作的深度和广度着实令人印象深刻，尤其在探讨材料科学与量子力学交叉领域时展现出的细腻把握，简直是教科书级别的范本。我记得当初翻开这本书时，就被它对晶格振动与电子能带结构之间复杂耦合关系的阐述深深吸引住了。作者似乎拥有一种魔力，能够将那些原本晦涩难懂的半导体物理概念，通过严谨的数学推导和清晰的物理图像描绘得淋漓尽致。特别是关于光与物质相互作用的章节，它不仅仅停留在经典的耦合理论层面，更是深入挖掘了量子激发态的动力学过程，这对于理解非线性光学现象至关重要。书中对不同晶体结构中载流子输运机制的对比分析，也极其到位，比如对于直接带隙和间接带隙半导体的能级结构差异，阐述得逻辑清晰，对比鲜明。阅读过程中，我常常需要停下来，反复琢磨那些复杂的傅里叶变换和格林函数的使用场景，但最终的收获是巨大的，它极大地提升了我对固态物理前沿研究的理解层次。这本书无疑为希望在光电子领域深耕的研究生和工程师提供了一份不可或缺的宝贵资源。

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这份卷宗的阅读体验，更像是一次在理论物理知识的“高海拔地区”进行的艰苦跋涉。它对理论物理背景知识的假设相当高，如果读者对量子场论和统计物理的知识点有所遗忘，可能需要频繁地查阅参考资料。然而，正是这种不妥协的严谨性，保证了书中结论的可靠性和深度。我印象非常深刻的是，书中关于腔光场与多能级原子系综相互作用的拉比振荡与饱和效应的论述，作者引入了密度矩阵形式进行分析，这远比简单的速率方程模型要精确得多，揭示了激光器动态过程中的许多非线性特征。更值得称道的是，书中对激光光谱学中线形分析的讨论，如何通过多普勒展宽和自然线宽的精确分离来反推介质的温度和寿命，这些技术细节的讲解，细致入微，实用性极强。总而言之，这本书更像是一部奠基之作，它提供的理论深度，足以支撑未来多年的深入研究和创新工作。

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