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出版者:

作者:Muga, J. G. (EDT)/ Mayato, R. Sala (EDT)/ Egusquiza, I. L. (EDT)

出品人:

页数:455

译者:

出版时间:

价格:765.00 元

装帧:

isbn号码:9783540734727

丛书系列:

图书标签:

• 量子力学
• 时间演化
• 量子测量
• 开放量子系统
• 相对论量子力学
• 量子信息
• 量子动力学
• 散射理论
• 量子统计
• 非平衡态统计

书籍简介：《超维宇宙的织锦：探索量子场论与时空几何》 引言：超越经典认知的边界 自伽利略和牛顿奠定宏大宇宙图景以来，人类对实在的理解便建立在坚实、可预测的经典物理学框架之上。然而，当我们将目光投向极小尺度和极高速运动时，这套宏伟的经典体系开始瓦解，显露出一个充满概率、不确定性与奇特关联的全新领域。本书旨在带领读者深入探索支撑现代物理学两大支柱——量子场论（Quantum Field Theory, QFT）与广义相对论（General Relativity, GR）——的深刻结构，并着力描绘它们在最前沿的交汇点所产生的宇宙图景。我们不满足于对既有现象的描述，而是致力于剖析这些理论的数学美感、哲学内涵以及它们如何共同编织出我们所处的超维宇宙。 第一部分：量子的深层结构——场与激发 量子场论是现代物理学的基石，它成功地将狭义相对论与量子力学融为一体，为粒子物理学的标准模型提供了无可匹敌的理论基础。本书将从概念的革新入手，摒弃“粒子”作为基本实体的传统观念，转而聚焦于“场”的本质。 1.1 场的概念重构：从波动到实体 我们将详细阐述量子场论的核心——场，是如何从经典场（如电磁场）演化而来。场不再是空间中的一个数值函数，而是扮演着“媒介”的角色，其自身的量子激发构成了我们所观察到的基本粒子。我们会深入探讨规范场论（Gauge Theory）的必要性，理解为什么对称性在物理学定律的构建中扮演着如此核心的角色。从电弱统一理论的对称性破缺，到量子色动力学（QCD）中夸克和胶子的复杂互动，我们将解析这些基本力的内在逻辑。 1.2 费曼图景与微扰展开 为了实际计算粒子间的相互作用，数学工具的选择至关重要。本书将详细介绍费曼图（Feynman Diagrams）作为一种强大的可视化和计算工具。我们不会止步于描绘顶点和传播子，而是会深入探讨微扰论（Perturbation Theory）的局限性，尤其是在处理强耦合系统时所面临的挑战。我们还会探讨重整化（Renormalization）这一革命性的概念——它如何使理论在处理高能激发时保持物理意义，并揭示出物理定律对观察尺度（能量）的依赖性。 1.3 拓扑与非微扰物理 现代QFT研究的焦点已逐渐转向那些无法用标准微扰方法处理的区域。本章将探索拓扑结构在场论中的重要性，例如瞬子（Instantons）和磁单极子（Magnetic Monopoles）。这些拓扑缺陷不仅是数学上的优雅构造，更是理解宇宙早期相变和场论非微扰动力学的关键线索。我们将考察场论中拓扑荷的概念及其对物理过程的约束。 第二部分：时空的几何化——引力与弯曲的维度 与微观世界的量化描述相对，广义相对论以其无可辩驳的宏观美学，将引力描述为时空的几何属性。本书将构建一个严格的几何学框架来理解爱因斯坦的场方程。 2.1 黎曼几何的基础与张量分析 为了真正理解广义相对论，我们必须掌握其语言：微分几何。本部分将系统回顾必要的数学工具，包括协变导数、黎曼曲率张量以及测地线方程。重点将放在如何用张量形式来表达物质和能量如何影响时空的曲率，而非仅仅是一个力的作用。我们将阐述等效原理的深刻含义，即局部惯性系与自由落体运动之间的同一性。 2.2 场方程的解析解与宇宙学 爱因斯坦场方程（Einstein Field Equations）的复杂性令人望而生畏，但其解析解却描绘了宇宙中最壮观的现象。我们将分析包括史瓦西解（描述无电荷、不旋转黑洞）、克尔解（描述旋转黑洞）在内的经典解。随后，我们将过渡到宇宙学模型，审视弗里德曼-勒梅特-罗伯逊-沃尔克（FLRW）度规，并探讨暗物质和暗能量在驱动宇宙演化中的几何角色。 2.3 奇点与时空边界 黑洞中心的奇点和宇宙的初始奇点代表了当前几何理论的失效点。我们将依据彭罗斯-霍金奇点定理，理解在何种条件下时空结构必然会崩溃。同时，我们将探讨视界（Event Horizons）的概念，它们作为信息单向流动的边界，如何从纯粹的几何结构中涌现出来，并引入了关于信息丢失的深刻问题。 第三部分：量子与时空的对决——量子引力的探索 物理学最伟大的未竟事业，便是将量子场论的概率性与广义相对论的确定性时空几何统一起来。本书的最后一部分将聚焦于当前的尝试，即构建一个自洽的量子引力理论。 3.1 量子引力的挑战：非重整化性 我们将剖析为什么简单地将GR“量子化”（即将其视为一个作用于背景时空上的量子场）会导致理论在普朗克尺度上不可重整化。这表明，我们需要从根本上改变我们对时空本身的理解，不能再将时空视为一个固定的、连续的背景。 3.2 弦理论的几何维度 弦理论（String Theory）是最有希望的候选者之一，它通过将基本点粒子替换为一维的振动弦来消除无穷大问题。我们将探讨弦理论对额外空间维度的要求（如紧致化），以及这些维度如何通过卡拉比-丘流形（Calabi-Yau Manifolds）等复杂的几何结构来“隐藏”起来。我们将审视全息原理（Holographic Principle）在AdS/CFT对应关系中的体现，即引力理论可以用一个低一维的无引力量子场论来描述，暗示了时空本身可能是一种涌现的现象。 3.3 圈量子引力与背景独立性 与弦理论依赖固定背景（Background Dependence）的尝试不同，圈量子引力（Loop Quantum Gravity, LQG）坚持背景独立性。本书将介绍LQG如何通过将时空结构离散化为“自旋网络”（Spin Networks）和“自旋泡沫”（Spin Foams）来量化空间结构。我们将讨论这种方法如何自然地预测了普朗克尺度上空间的最小体积和面积，并探讨它对早期宇宙图景的重新描述。 结论：未完的史诗 《超维宇宙的织锦》并非提供最终的答案，而是引导读者审视那些最基本的问题：实在的本质是什么？时间和空间是实体还是关系？通过梳理量子场论的内在逻辑和时空几何的宏大叙事，我们得出的结论是：我们对宇宙的理解仍处于未完成的阶段。本书旨在激发读者对这些前沿领域进行更深入的思考和探索，以期能在未来的某一天，将这两大物理学巨著真正融合成一个统一的、描述万物起源与命运的最终理论。

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