A First Course in Loop Quantum Gravity

A First Course in Loop Quantum Gravity pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:Oxford University Press, USA
作者:Rodolfo Gambini
出品人:
页数:192
译者:
出版时间:2011-11-1
价格:USD 62.95
装帧:Hardcover
isbn号码:9780199590759
丛书系列:
图书标签:
  • Gravity
  • 量子场论7
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  • 高等教育
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具体描述

This book provides an accessible introduction to loop quantum gravity and some of its applications, at a level suitable for undergraduate students and others with only a minimal knowledge of college level physics. In particular it is not assumed that the reader is familiar with general relativity and only minimally familiar with quantum mechanics and Hamiltonian mechanics. Most chapters end with problems that elaborate on the text, and aid learning. Applications such as loop quantum cosmology, black hole entropy and spin foams are briefly covered. The text is ideally suited for an undergraduate course in the senior year of a physics major. It can also be used to introduce undergraduates to general relativity and quantum field theory as part of a 'special topics' type of course.

《量子引力之路:对时空本质的探索》 本书将带领读者踏上一段探索宇宙最深刻奥秘的旅程:引力的量子本质。我们将从宏观的广义相对论出发,深入理解其精妙的几何语言,以及它如何成功地描述了引力场的性质和时空的结构。然而,当我们将目光投向普朗克尺度,广义相对论的光辉便开始黯淡。在那里,经典时空的概念面临着前所未有的挑战,量子力学的原理必须被引入,才能构建一个完整的引力理论。 本书将系统地介绍量子引力研究的两个主要支柱:弦理论和圈量子引力。虽然两者在方法和出发点上有所不同,但都旨在统一引力与量子世界,揭示宇宙在最小尺度下的真实图景。 第一部分:广义相对论的基石 我们将从爱因斯坦的广义相对论开始,详细阐述其核心概念。 时空的几何化: 深入理解引力并非一种力的作用,而是时空弯曲的体现。我们将介绍黎曼几何的语言,包括度规张量、曲率张量等,以及它们如何描述时空的几何结构。 爱因斯坦场方程: 详细解析描述物质能量如何影响时空几何的关键方程。我们将探讨其数学形式、物理意义,以及在理解黑洞、引力波等现象中的重要作用。 引力的动力学: 探索时空如何对物质的分布和运动做出响应,以及引力场的传播方式。我们将讨论引力波的存在,以及它们如何为我们提供了直接探测时空扰动的窗口。 第二部分:走向量子化的挑战 在理解了广义相对论的精妙之处后,我们将转向量子力学的领域,探讨为何需要一个量子的引力理论。 量子世界的规则: 回顾量子力学的基本原理,如叠加态、不确定性原理、量子纠缠等,并理解它们在描述微观粒子行为时的颠覆性。 量子场论与引力: 探讨将量子场论应用于引力场的困难。我们将解释“背景依赖性”的问题,以及为什么直接将量子场论应用于一个可变的、动态的时空背景会遇到根本性的挑战。 奇点与信息悖论: 深入探讨黑洞中心的奇点问题,以及著名的黑洞信息悖论。这些问题都指向了在极端条件下,我们现有的理论存在局限性,需要一个更深层次的理解。 第三部分:弦理论的愿景 我们将介绍弦理论作为统一所有基本粒子和力的候选理论。 基本弦的振动: 阐述弦理论的核心思想——基本粒子并非点状,而是微小的、振动的弦。不同的振动模式对应于不同的粒子及其性质。 高维空间与紧致化: 探讨弦理论为何需要额外的空间维度,以及这些额外的维度是如何被“紧致化”以符合我们观察到的四维时空。 对引力的描述: 解释弦理论如何自然地包含了一个无质量的、自旋为2的粒子,这恰恰是引力子,从而在框架内统一了引力。 M理论与对偶性: 简要介绍M理论以及弦理论内部存在的各种对偶性,这些发现表明了弦理论具有惊人的统一性。 第四部分:圈量子引力的路径 我们将详细介绍圈量子引力(LQG)这一另一条重要的量子引力研究路径。 离散化的时空: 阐述圈量子引力将时空视为离散的、由“自旋网络”组成的结构,而非连续的流形。 自旋网络与自旋泡沫: 深入讲解自旋网络如何编码时空的几何信息,以及自旋泡沫如何描述时空的演化和量子涨落。 面积和体积的量子化: 解释在圈量子引力中,面积和体积等几何量具有离散的、量化的值,这为理解普朗克尺度下的时空结构提供了新的视角。 霍金辐射与大爆炸的量子起源: 探讨圈量子引力在解释霍金辐射的起源、黑洞蒸发过程以及大爆炸奇点的处理方面所展现出的潜力。 因果结构与量子时空: 讨论圈量子引力如何构建一个具有内在因果结构的量子时空,以及这种离散化的时空如何避免了经典理论中的许多困难。 第五部分:前沿与未来展望 最后,我们将讨论量子引力研究的当前进展和未来的发展方向。 实验观测的挑战: 探讨尽管我们还未直接观测到量子引力效应,但有哪些潜在的实验途径可能提供间接证据,例如宇宙微波背景辐射的观测、高能粒子碰撞实验等。 与其他物理理论的联系: 讨论量子引力研究如何与其他前沿物理领域,如凝聚态物理、量子信息等相互启发。 未解决的问题与研究前沿: 指出当前研究中仍然存在的挑战,如如何从离散的量子时空恢复连续的时空,如何精确描述黑洞的内部结构等,并展望未来的研究方向。 本书旨在为读者构建一个清晰、严谨且富有洞察力的量子引力知识体系。通过理解广义相对论的精髓,探索量子化所带来的挑战,并深入研究弦理论和圈量子引力的不同路径,读者将能够更深刻地理解我们宇宙在最基本尺度下的运作机制,并对时空的终极本质获得全新的认识。

作者简介

目录信息

读后感

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这可是圈量子引力的入门著作: 谁有这个书的电子版本啊~ 太难找了! 还有个入门著作是: Canonical Gravity and Applications: Cosmology, Black Holes, and Quantum Gravity (Martin Bojowald)

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这可是圈量子引力的入门著作: 谁有这个书的电子版本啊~ 太难找了! 还有个入门著作是: Canonical Gravity and Applications: Cosmology, Black Holes, and Quantum Gravity (Martin Bojowald)

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用户评价

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这本书的书名本身就充满了吸引力,"A First Course in Loop Quantum Gravity"。作为一名对理论物理,尤其是量子引力领域充满好奇的学习者,这个标题立刻抓住了我的注意力。我知道这是一个极具挑战性的领域,并且往往需要深厚的数学背景和抽象的物理概念。因此,一本“第一门课程”的书,意味着它应该能够为我这样一个初学者提供一个坚实的起点,引导我一步步地理解这个复杂但迷人的理论。我期望这本书能够系统地介绍圈量子引力的基本思想,从其产生的背景,到其核心的数学框架,再到它试图解决的根本问题。我很想知道作者将如何构建这个“第一门课程”,是否会从经典的广义相对论和量子场论的基础开始,然后逐步引入圈量子引力的关键概念,比如自旋网络、圈空间、循环算符等等。同时,我也希望能看到书中对圈量子引力与其他量子引力候选理论,比如弦理论,进行一些比较和对比,这有助于我更全面地理解量子引力领域的全貌,并找到圈量子引力在我心中的定位。这本书是否能够真正做到“第一门课程”的水准,将是我评判它的重要标准。我希望它能在我脑海中勾勒出一幅清晰的图景,让我能够感受到圈量子引力理论的逻辑自洽性和物理直觉,而不是仅仅被一堆晦涩的数学公式所淹没。

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作为一名有着一定物理学背景的读者,我对这本书的数学严谨性有着较高的期待。我希望书中不仅能够解释概念,还能够提供足够的数学细节,让我在理解物理直觉的同时,也能把握理论的数学骨架。作者在这方面的表现也相当不错,他能够将一些复杂的数学概念,比如张量分解、微分算子、黎曼几何等,以一种有条理的方式呈现出来,并与圈量子引力的具体应用相结合。我尤其对书中关于“循环算符”的讨论很感兴趣,这似乎是圈量子引力中最为核心的算符之一,它如何被构建,以及它在量化引力动力学中扮演的角色,是我非常想深入了解的。我也希望作者能够提供一些关于如何解决这些算符的谱问题,以及如何从这些算符的谱中恢复出可观测的物理量的信息。

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这本书的结构安排非常巧妙,它似乎是按照一个精心设计的学习路径来组织的。第一部分可能聚焦于量子引力的基本问题和动机,让读者理解为什么需要研究量子引力,以及它试图解决的核心挑战。然后,它会逐渐引入圈量子引力的核心数学工具,例如泊松代数、规范场论以及一些更高级的几何概念。接着,它会开始介绍圈量子引力的核心构建块,比如loops、connections,以及如何将它们组合成spin networks。我非常期待看到作者如何解释“量子化”这个过程,即如何将经典的引力理论中的几何量变成量子算符,以及这些算符如何描述时空的量子结构。此外,我也会关注书中对一些关键概念的阐释,比如“圈”、“自旋网络”、“自旋泡沫”等等,它们在圈量子引力理论中扮演着怎样的角色,以及它们如何帮助我们理解时空的离散化和量子化。

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这本书也让我开始重新审视我对“时空”这个概念的理解。在量子力学的框架下,时空不再是我们习惯的那个连续、光滑的背景,而是一种由离散的、量子化的“基本单元”构成的网络。作者是如何通过自旋网络和自旋泡沫来描述这种量子化的时空几何,以及这种几何的动态演化,是我非常好奇的。我希望书中能有关于“圈”是如何与物质场的希格斯场或狄拉克场相结合的详细讨论,因为我理解物质场和引力场的结合是实现物理预测的关键。此外,我对书中关于“量子几何的动力学”的解释也充满期待,即时空是如何从一个量子态演化到另一个量子态的,以及这种演化是否与我们熟悉的经典动力学规律有本质上的区别。

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坦白说,我在开始阅读之前,对圈量子引力抱有一些先入为主的观念,认为它是一个极其“困难”的理论,充满了复杂的数学推导,可能会让我望而却步。然而,《A First Course in Loop Quantum Gravity》这本书完全颠覆了我的认知。作者以一种极其循序渐进的方式,将这个庞大的理论体系娓娓道来,如同引导一位初学者穿越一片迷雾重重的森林,每一步都踏实而清晰。我尤其赞赏作者对于数学工具的引入方式,他并没有直接抛出抽象的数学公式,而是先解释这些工具的物理动机,以及它们在解决特定物理问题中的作用。例如,在引入微分几何和辛几何时,作者并没有直接陷入晦涩的定义,而是通过回顾广义相对论中的张量分析,再到介绍相空间和正则对易关系,最终将我们自然地引入到圈量子引力所使用的数学语言中。这种“由表及里”的教学方法,极大地降低了学习门槛,让我能够更好地理解理论的构建逻辑。

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这本书不仅是在介绍一种物理理论,更像是在引导读者进行一次思维的探索。作者在叙述过程中,始终保持着一种探索者的热情,这种热情感染了我,让我觉得学习圈量子引力不是一种枯燥的任务,而是一次激动人心的发现之旅。我尤其欣赏作者对于“为什么”的强调,他总是在解释“是什么”之后,继续深入探讨“为什么会是这样”。例如,在介绍自旋网络如何描述空间量子化时,作者会进一步解释为什么采用这种数学结构,以及它能带来哪些物理上的优势。这种深入的追问,能够帮助我建立更深刻的理解,而不只是机械地记忆公式和概念。我希望书中能有关于“物质场”如何在圈量子引力框架下进行量子化的讨论,以及这些物质场与时空量子结构之间的相互作用是如何被描述的。

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总而言之,《A First Course in Loop Quantum Gravity》为我打开了一扇通往量子引力世界的大门。它不仅成功地将一个复杂而前沿的物理理论,以一种 Accessible 且富有启发性的方式呈现给读者,更重要的是,它激发了我对这个领域更深入探索的兴趣。作者的耐心、清晰的逻辑以及对物理直觉的强调,都使得这本书成为一本优秀的入门读物。我将这本书视为我学习圈量子引力的起点,并且我相信,通过这本书打下的坚实基础,我将能够更自信地继续探索这个充满挑战但也无比迷人的物理学分支。我很想知道这本书的最后,是否会涉及一些前沿的未解决问题,或者对未来研究方向给出一些展望,这对于保持学习的动力非常有帮助。

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从一个资深物理爱好者(姑且这样称呼自己吧)的角度来看,这本书的深度和广度都令人印象深刻。作者在介绍圈量子引力的同时,并没有回避其与其他量子引力理论的联系和区别。我特别关注书中对“背景无关性”的探讨,这是圈量子引力最显著的特征之一,也是它区别于许多依赖固定背景的量子场论的关键所在。作者是如何阐述背景无关性在圈量子引力中的实现,以及它对我们理解时空本质的深刻影响,这一点让我非常期待。此外,书中关于黑洞信息悖论和宇宙学起源的讨论,也让我看到圈量子引力在解决这些理论物理核心问题上的潜力和进展。我希望作者能够清晰地阐述圈量子引力是如何处理黑洞奇点、解释宇宙大爆炸奇点的移除,以及它如何为我们理解宇宙的起点提供新的视角。

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我收到这本书的时候,它的装帧和排版就给我留下了很好的第一印象。纸张的质感很好,印刷清晰,内容组织也显得十分合理。我迫不及待地翻开了第一章,作者首先从解释为什么我们需要量子引力开始,这很有帮助。它不仅仅是把我们已知的两个伟大理论——广义相对论和量子力学——强行“缝合”在一起,而是要解决它们在极端条件下出现的根本性矛盾,比如黑洞奇点和宇宙大爆炸的早期。这本书的叙述风格非常清晰,它能够用相对易懂的语言解释一些非常抽象的概念。我特别喜欢作者在解释一些数学工具时,会插入一些直观的类比,这对于我这样的初学者来说至关重要。例如,在介绍自旋网络时,作者引用了编织的概念,这让我更容易理解节点和链接的含义。我也注意到作者在介绍过程中,会不断地强调物理的直觉,试图让读者理解这些数学结构背后所代表的物理意义。这与一些纯粹数学化的教科书不同,它更注重物理的内涵。我还在书中看到了许多有用的图示,这些图示生动形象地展示了圈量子引力的核心思想,例如空间的离散化和量化。

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我必须承认,在学习过程中,我曾遇到过一些令人困惑的环节,但是这本书的配套资源,如作者在书中建议的参考文献,以及一些在线讨论区(虽然我还没有深入),都给我提供了额外的帮助。作者在某些章节后留下的思考题,也迫使我去主动思考和回顾所学内容,这比单纯地阅读要有效得多。我发现,当我对某个概念感到模糊时,回头重读相关的段落,或者尝试解答那些思考题,往往能豁然开朗。特别是关于“量子几何”的部分,作者是如何将连续的时空概念转化为离散的、由节点和链接组成的网络,这其中的转变过程是我非常想要深入理解的。我希望这本书能够解释清楚,这些离散的几何结构最终如何能够“还原”出我们熟悉的连续时空,或者说,在什么条件下,连续时空是这些离散结构的有效低能描述。

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