Field Quantization

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出版者:Springer
作者:Walter Greiner
出品人:
页数:440
译者:
出版时间:1996-02-01
价格:USD 84.95
装帧:Paperback
isbn号码:9783540591795
丛书系列:
图书标签:
  • 量子场论
  • 物理
  • QFT
  • greiner
  • field
  • theory
  • quantum
  • 英文原版
  • 量子物理
  • 场论
  • 理论物理
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  • 物理数学
  • 相对论
  • 标准模型
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  • 凝聚态物理
  • 量子力学
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具体描述

Field Quantization is a thorough introduction to the physical ideas and techniques of this subject, starting from an elementary level. The initial chapters deal with the quantum mechanics of systems having many degrees of freedom and with classical Lagrangian field theory. Subsequently, both the traditional method of canonical quantization and the modern approach using path integrals are studied. The material is presented in considerable detail and accompanied by a large number of worked examples and exercises.

Field Quantization:探索宇宙奥秘的理论基石 《Field Quantization》并非一本关于具体书籍内容的介绍,而是聚焦于一个至关重要的物理学概念——场量子化(Field Quantization)。这个概念是现代物理学,尤其是量子场论(Quantum Field Theory, QFT)的基石,它深刻地改变了我们理解宇宙基本构成和相互作用的方式。 什么是场量子化? 简单来说,场量子化是将经典场论(例如电磁场、引力场)与量子力学相结合的一种数学框架。在经典物理学中,场被视为在时空中连续分布的量,例如电场或引力场。然而,量子力学的引入揭示了能量、动量等物理量在微观层面的不连续性和粒子性。场量子化正是试图 reconcile(调和)这两种看似矛盾的描述。 其核心思想是将经典的场视为一种量子算符(quantum operators)。这些算符作用在希尔伯特空间(Hilbert space)的状态上,可以产生或湮灭被称为“量子”的基本粒子。例如,量子电动力学(Quantum Electrodynamics, QED)将电磁场量子化,其量子就是光子。光子不仅携带电磁相互作用,而且表现出粒子的属性,如能量和动量。 场量子化的重要性与应用 场量子化理论的出现,极大地推进了我们对基本粒子物理学的理解,并催生了许多成功的物理理论。 粒子生成与湮灭的描述: 场量子化最革命性的贡献之一,就是能够自然地描述粒子的产生和湮灭过程。在粒子碰撞实验中,粒子并不是凭空出现,而是由场的激发态(即粒子)在能量守恒的条件下,从一个能量状态跃迁到另一个能量状态而产生或湮灭的。场量子化的数学语言恰好能完美地捕捉这一动态过程。 相对论与量子力学的统一: 场量子化是实现狭义相对论与量子力学结合的关键。早期的量子力学(如薛定谔方程)是反相对论的。而量子场论,通过场量子化的方式,成功地构建了既符合量子力学原理又满足相对论要求的理论框架,从而能够描述高速运动粒子的行为。 基本相互作用的统一描述: 粒子之间之所以会发生相互作用,是因为它们通过交换“媒介粒子”(force carrier particles)来实现。例如,电磁力由光子传递,强核力由胶子传递,弱核力由W和Z玻色子传递。场量子化提供了描述这些媒介粒子及其相互作用的统一语言。 标准模型的基石: 粒子物理学的标准模型(Standard Model of Particle Physics),是目前描述除引力外所有基本粒子及其相互作用的最成功的理论。而标准模型本身就是建立在量子场论的坚实基础之上,其中涵盖了物质粒子(费米子)和传递力的玻色子,它们的性质和相互作用都是通过相应的场量子化来精确描述的。 多粒子系统的处理: 传统的量子力学在处理多粒子系统时会遇到复杂的统计问题(例如全同粒子的交换对称性)。量子场论中的场量子化框架,通过引入产生和湮灭算符,能够高效且统一地处理任意数量粒子的系统,极大地简化了计算。 真空的深刻理解: 在量子场论的语境下,“真空”不再是空无一物的空间,而是场的最低能量态。然而,即使在最低能量态,场仍然处于不断地涨落之中,不断地产生和湮灭虚粒子对(virtual particle pairs)。这种真空涨落的概念,对于解释许多物理现象至关重要,例如卡西米尔效应(Casimir effect)和粒子自发辐射。 场量子化的理论发展 场量子化的概念并非一蹴而就,而是经过了漫长的发展过程: 早期探索: 在20世纪初,随着量子力学的诞生,物理学家们开始尝试将量子概念应用于场。狄拉克在1927年提出的狄拉克方程,成功地描述了电子的相对论行为,并预言了反物质的存在,这可以说是场量子化早期成功的范例。 量子电动力学(QED): 由汤川秀树、费曼、施温格和朝永振一郎等人发展起来的QED,是第一个成功的量子场论。它精确地描述了光与物质的相互作用,并引入了重整化(renormalization)技术,解决了理论中的无穷大问题。 量子色动力学(QCD)与电弱理论: 随着对强核力和弱核力研究的深入,量子色动力学(描述夸克和胶子之间的强相互作用)和电弱理论(统一了电磁力和弱核力)相继建立。这些理论都依赖于场量子化的框架。 对称性与规范理论: 现代量子场论高度重视对称性。规范对称性(gauge symmetry)是构建基本相互作用理论的关键原则,场量子化与规范对称性的结合,催生了强大的规范场论。 结语 场量子化是现代物理学最深刻、最成功的理论工具之一。它不仅为我们理解基本粒子的性质、相互作用以及宇宙的构成提供了坚实的理论基础,更引领着物理学不断探索新的前沿领域,例如探索超越标准模型的物理,以及理解宇宙大尺度结构的起源。理解场量子化,就是理解微观世界最本质的规律,是通往更深层次物理奥秘的关键钥匙。

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《Field Quantization》在结构上的设计非常精巧。作者并没有遵循传统的教科书式线性叙述,而是将不同的主题巧妙地编织在一起,形成一个有机整体。他常常会在讨论一个核心概念时,引入相关的历史背景、实验证据和哲学思考,使得每一个部分都能独立成篇,又彼此呼应。我特别欣赏他在章节之间进行的“概念桥梁”的构建,例如,在介绍量子场论的对称性原理时,他会先从经典力学中的对称性讲起,然后逐步过渡到量子力学和量子场论中的对称性,并阐述其在粒子物理学中的重要作用。这种多角度的切入方式,能够帮助读者从不同的维度理解同一个概念,从而形成更全面、更深刻的认识。书中对各种量子场论模型的介绍,也显得非常有条理。他会先介绍最基本的模型,如标量场和狄拉克场,然后逐步引入更复杂的模型,如规范场和自旋场,并解释它们各自的物理意义。这种由简到繁、由浅入深的讲解方式,使得读者能够逐步掌握量子场论的框架。此外,书中附带的详细的参考书目和术语表,也为有兴趣深入研究的读者提供了便利。

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从封面设计上,《Field Quantization》就散发出一种令人着迷的神秘感。深邃的星空背景,点缀着抽象的能量场示意图,似乎预示着一场穿越时空界限的智识冒险。当我翻开第一页,作者以一种近乎诗意的语言,描绘了一个宏大的宇宙图景,其中物质与能量的界限变得模糊,量子场论的触角延伸到我们日常经验的边缘。他没有直接抛出晦涩的公式,而是通过生动的比喻和引人入胜的叙事,引导读者一步步走进这个全新的物理学世界。书中关于“场的量子化”这一核心概念的阐述,更是让我耳目一新。它不是简单的粒子堆砌,而是一种更根本的、更动态的现实观。想象一下,我们所见的每一个粒子,并非独立的实体,而是遍布整个宇宙的某种“场”的激励或涟漪。这种视角极大地拓展了我的认知边界。例如,书中对希格斯场的描述,将其描绘成一种遍在的“粘稠度”,而粒子质量的获得,则是粒子在其中“穿行”时所受到的阻力。这种类比,即使非物理专业的读者也能领会其精髓,并从中感受到物理学最深刻的奥秘。作者在解释某些复杂概念时,还会穿插历史上重要的物理学实验和发现,比如对量子电动力学的早期探索,以及那些为理解基本粒子相互作用做出贡献的伟大科学家们的思考历程。这使得《Field Quantization》不仅仅是一本理论著作,更是一部跨越时代的物理学史诗,充满了智慧的火花和对未知的不懈追求。在阅读过程中,我常常会停下来,想象那些看不见的场如何在微观世界中织就出物质的宏伟画卷。这种沉浸式的体验,让我对“量子”这个词有了全新的理解,它不再是抽象的数学符号,而是构成我们现实的活生生的力量。

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《Field Quantization》的文字风格给我留下了深刻的印象。它不像某些教科书那样枯燥乏味,而是充满了人文关怀和哲学思辨。作者在探讨量子场论的核心概念时,始终保持着一种对科学探索精神的敬意,并鼓励读者保持批判性思维。例如,在介绍量子场论的重整化技术时,他并没有回避其中的数学复杂性,而是将其置于解决物理模型出现“无穷大”问题的历史背景下进行阐述。他强调,重整化并非“修补”,而是一种对物理实在更深刻的理解,它揭示了在不同尺度下,物理定律会呈现出不同的行为方式。这种对科学发展过程的尊重和对理论演进的细致梳理,让我对量子场论的严谨性和其在现代物理学中的核心地位有了更深的认识。书中对不同理论模型之间的比较,也十分精彩。作者并没有将任何一个模型神化,而是客观地分析了它们各自的优势和局限性,以及它们在解释实验现象时所扮演的角色。这种平衡的视角,有助于读者形成自己对量子场论的理解,而不是盲目接受某个特定的观点。我尤其欣赏作者在章节之间建立的逻辑联系,每一个概念的引入,都是在前一个概念的基础上层层递进,使得整个知识体系显得格外清晰和完整。即使是对于初次接触量子场论的读者,也能在作者的引导下,逐步掌握其精髓。书中大量的图示和模型,也为理解抽象概念提供了直观的帮助,它们并非简单的插图,而是经过精心设计,能够有效地传达物理思想。

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《Field Quantization》在语言表达上,给我留下了深刻的印象。作者的文字流畅而富有感染力,他能够用清晰、简洁的语言阐述复杂的物理概念,同时又不失科学的严谨性。他避免了使用过于生僻的专业术语,或者在必要时会给予详尽的解释。我尤其欣赏他在描述物理现象时所展现出的那种“画面感”。例如,在描述粒子在量子场中传播的过程时,他会用“穿梭”、“碰撞”、“衰变”等词汇,让读者能够生动地想象出这些微观粒子的动态行为。他对于不同理论模型之间的比较,也显得非常客观和中肯,既肯定了它们的成就,也指出了它们的局限性。这种平衡的视角,有助于读者形成自己独立的判断。书中对一些历史事件的记述,也显得十分生动和真实,仿佛将读者带回了那个时代,亲身感受科学家的探索历程。他对于科学精神的赞颂,以及对于人类求知欲的肯定,也贯穿于整本书的字里行间,给人以积极向上的力量。

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《Field Quantization》给我最直观的感受是它的“前沿性”。作者并没有停留在对经典量子场论的复述,而是积极地探讨了量子场论在现代物理学研究中的最新进展和潜在的未来方向。他大胆地预测了量子场论在理解黑洞信息悖论、量子引力以及宇宙大统一理论等方面可能扮演的角色。这种对未知领域的探索精神,以及对前沿科学问题的敏锐洞察力,令人印象深刻。例如,书中在讨论弦理论与量子场论的关系时,就展现了作者对于物理学发展趋势的深刻理解,并指出了两者之间可能存在的联系和融合的可能性。他并没有将这些前沿理论描绘成遥不可及的科学幻想,而是通过严谨的逻辑推演和对现有实验数据的分析,展现了它们作为科学理论的可能性。这种既有大胆设想,又有坚实基础的论述方式,使得《Field Quantization》不仅仅是一本科普读物,更是一本能够激发读者对未来科学探索热情的重要著作。它让我意识到,我们对宇宙的认识仍然处于不断演进的过程中,而量子场论无疑是推动这一进程的关键力量之一。

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《Field Quantization》的学术严谨性是我在阅读过程中最看重的方面之一。作者在引用各种物理概念和数学工具时,都力求准确和清晰,并且会为读者提供必要的背景知识。他并没有假设读者已经具备了深厚的物理学背景,而是通过详细的解释和例证,逐步引导读者理解每一个概念。例如,在介绍洛伦兹协变性时,他会先解释经典时空的相对性原理,然后将其推广到量子场论中的形式。这种严谨的逻辑构建,使得读者能够跟随作者的思路,逐步构建起对量子场论的理解。书中对于数学推导的展示,也十分精炼和清晰,虽然篇幅不多,但每一处都点到了核心。他深谙“少即是多”的道理,不会用冗余的数学符号来迷惑读者,而是聚焦于那些最能揭示物理本质的表达式。同时,作者也毫不避讳地指出量子场论中仍然存在的未解之谜和挑战,比如关于量子引力的整合问题,以及希格斯机制的完整解释等。这种对科学局限性的坦诚,反而增强了这本书的可靠性和深度。它提醒读者,科学探索是一个持续而充满挑战的过程。

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《Field Quantization》是一本能够引发深刻思考的书籍。作者不仅仅是在传授知识,更是在引导读者去审视我们对现实世界的理解。他提出的关于“场”作为基本实在的观点,以及物质和能量在量子场论中的转化关系,都能够挑战读者固有的认知模式。书中对于“观测者效应”的讨论,以及量子场论如何试图解释这些现象,都促使我去思考现实的本质以及我们与宇宙的关系。他没有提供简单的答案,而是鼓励读者去质疑、去探索。这种引导式的写作方式,使得阅读《Field Quantization》成为了一次主动的智力活动,而不是被动的知识接收。作者在书的结尾,还会对未来物理学的发展方向进行展望,并鼓励年轻一代的科学家们继续探索未知的领域。这种前瞻性的视野,以及对科学事业的热情,都让人深受鼓舞。总而言之,《Field Quantization》不仅仅是一本关于量子场论的书,它更是一本关于探索、关于理解、关于我们如何认识宇宙的哲学著作。

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《Field Quantization》是一次智识上的“洗礼”。作者以一种独特的方式,将高度抽象的物理理论与我们日常的感知体验联系起来。他并没有简单地罗列公式和定理,而是通过一系列富有启发性的类比和思想实验,带领读者深入探索物质世界最基本的构成要素。例如,书中关于“真空”的论述,就颠覆了我以往的认知。在作者的笔下,真空并非“空无一物”,而是一个充满量子涨落的动态实体,其中不断地有粒子对产生和湮灭。这种视角,让我对宇宙的起源和演化产生了全新的思考。作者在解释基本粒子之间的相互作用时,也使用了非常形象的比喻,比如将传递力的“媒介粒子”比作在两人之间传递信息的“信使”。这种生动的描述,使得复杂的物理过程变得易于理解。他没有回避量子场论中的一些“反直觉”之处,比如粒子的“非局域性”,而是将其置于量子纠缠的框架下进行解释,展现了微观世界与宏观世界的巨大差异。此外,书中关于量子场论在宇宙学和粒子物理学中的应用,也让我大开眼界。从早期宇宙的相变,到黑洞附近的量子效应,作者都进行了深入浅出的介绍,展示了量子场论强大的解释力。阅读《Field Quantization》,就像是在一个充满奇思妙想的实验室里进行探索,每一次翻页都可能带来惊喜。

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《Field Quantization》的叙事方式非常吸引人。作者擅长将科学的严谨性与文学的感染力相结合,使得阅读过程本身成为一种享受。他通过讲述一些在量子场论发展过程中遇到的挑战和突破,展现了科学研究的曲折与魅力。例如,他详细描述了早期物理学家在理解量子电动力学中存在的“发散”问题时的困惑,以及后来重整化方法的出现如何解决了这一难题。这种“讲故事”的方式,让我能够更深入地理解科学概念的由来和发展,而不仅仅是接受现成的结论。书中对一些关键实验的描述,也十分生动,仿佛将读者带回了那个充满探索精神的时代。作者在引用历史资料和科学家们的观点时,也显得十分审慎和尊重,展现了他深厚的学术功底。我特别喜欢他在阐述某些复杂概念时,会先给出一些直观的图像或模型,然后再逐步引入数学描述,这种循序渐进的学习方式,极大地降低了理解门槛。对于那些对物理学充满好奇,但又担心其晦涩难懂的读者来说,《Field Quantization》无疑是一本极具吸引力的入门读物。它鼓励读者去“玩味”物理,去感受其中蕴含的美妙和深刻。

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《Field Quantization》在提供理论知识的同时,也十分注重培养读者的“物理直觉”。作者善于运用各种生动的类比和思想实验,帮助读者建立起对抽象概念的感性认知。例如,在解释量子场的“激发”概念时,他会将其比作水面泛起的涟漪,而粒子就是这些涟漪的“可见形态”。这种直观的比喻,使得“激发”这一概念不再仅仅是数学上的操作,而是变成了一种可以想象的物理过程。书中对量子场论在粒子碰撞实验中的应用,也描述得十分精彩。他会详细介绍诸如“散射振幅”这样的概念,并解释它们是如何被用来预测和理解粒子相互作用的结果的。虽然具体的计算过程可能对普通读者来说有一定难度,但作者通过其清晰的解释,能够让读者理解其物理意义和重要性。他还会穿插一些关于科学家们是如何通过实验数据来验证或修正理论的案例,这让读者能够感受到科学研究的实践性。通过这样的方式,《Field Quantization》不仅传授了知识,更培养了读者理解物理世界的一种“思维模式”。

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为什么两年前没有看到它,不然。。。

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为什么两年前没有看到它,不然。。。

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greiner的一贯风格,推导极为详细,估计只是看一遍都会推了,但是物理圖像將得一般。郑大师说他当年就是看这本书入的门。就像它的名字一樣,只講了場量子化。連重整化都沒講。

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相当详细的二次量子化步骤

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相当详细的二次量子化步骤

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