Lie Groups and Algebras with Applications to Physics, Geometry, and Mechanics

Lie Groups and Algebras with Applications to Physics, Geometry, and Mechanics pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:Springer Verlag
作者:Sattinger, David H./ Weaver, O. L.
出品人:
页数:226
译者:
出版时间:1986-3
价格:$ 111.87
装帧:HRD
isbn号码:9780387962405
丛书系列:Applied Mathematical Sciences
图书标签:
  • 物理
  • 数学-Lie
  • 数学
  • 其余代数7
  • Lie Groups
  • Lie Algebras
  • Mathematics
  • Physics
  • Geometry
  • Mechanics
  • Differential Geometry
  • Representation Theory
  • Mathematical Physics
  • Symmetry
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具体描述

This is an introductory text on Lie groups and algebras and their roles in diverse areas of pure and applied mathematics and physics. The material is presented in a way that is at once intuitive, geometric, applications oriented, and, most of the time, mathematically rigorous. It is intended for students and researchers without an extensive background in physics, algebra, or geometry. In addition to an exposition of the fundamental machinery of the subject, there are many concrete examples that illustrate the role of Lie groups and algebras in various fields of mathematics and physics: elementary particle physics, Riemannian geometry, symmetries of differential equations, completely integrable systems, and bifurcation theory.

《李群与李代数及其在物理、几何与力学中的应用》 数学的浩瀚星空中,李群与李代数以其优雅的结构和强大的应用,吸引着无数探索者。这并非一本泛泛而谈的入门读物,而是一次深入的学术旅程,旨在揭示这门精深理论的核心奥秘,并将其引向广阔的应用领域。本书将引导读者穿越抽象的数学概念,抵达物理学的基本定律、几何学的几何直觉以及力学系统的内在规律。 第一部分:李群的基石 旅程始于对李群概念的精确定义与深刻理解。我们将探讨李群的拓扑特性,理解其作为光滑流形的结构,并洞悉其与连续对称性的深层联系。从基本的定义出发,我们将逐步深入,考察不同类型的李群,例如矩阵李群(如 $GL(n,mathbb{R})$, $SL(n,mathbb{R})$, $O(n)$, $SO(n)$, $U(n)$, $SU(n)$ 等)及其在几何和物理中的直观几何意义。我们将详细阐述李群的子群、正规子群、商群以及李群的同态与同构等基本概念,为后续的深入研究奠定坚实的基础。 接着,我们将聚焦于李群的“线性化”——李代数。李代数是李群在单位元处的切空间,它以线性代数的方式捕捉了李群的局部结构。本书将详细介绍李代数的定义,包括其李括号运算的性质,如双线性性、反对称性以及雅可比恒等式。我们将学习如何从一个李群构造其对应的李代数,以及如何从一个李代数重构其对应的李群(尽管这需要额外的条件)。 我们也将深入研究李代数的结构理论。这包括半单李代数、可解李代数、幂零李代数等基本分类。我们将学习根系的概念,这是理解半单李代数结构的关键工具,并会详细介绍卡尔丹-韦伊尔理论,它提供了对半单李代数分类的完整框架。此外,我们还将探讨李代数的表示理论,这是理解李群作用于向量空间的强大工具,也是物理学中对称性应用的基石。 第二部分:李代数的结构与表示 本部分将更加专注于李代数本身的数学结构。我们将深入研究李代数的分类,特别是半单李代数的分类,这是理解李代数世界中最为丰富和重要的部分。我们将详细介绍根系的概念,理解其几何意义以及如何用根系来刻画一个半单李代数。卡尔丹-韦伊尔理论将作为核心工具,帮助我们理解任何一个半单李代数都可以通过一个称之为“外尔群”的有限群来描述其对称性。 此外,我们将深入探讨李代数的表示理论。一个李代数的表示是将该李代数映射到一个线性算子空间,并保持李括号的结构。我们将学习如何构造李代数的不可约表示,理解权(weight)和本征子空间(eigenvectorspace)的概念,并利用这些概念来分析和构造表示。表示理论不仅是理解李群作用于几何对象和物理系统的关键,也是解决许多数学和物理问题的有力武器。例如,在量子力学中,粒子的自旋及其耦合行为都可以用李代数的表示来描述。 第三部分:李群与李代数在物理学中的应用 本部分将开始将抽象的数学理论与现实世界的物理现象联系起来。我们将深入探讨李群在描述物理学基本对称性中的核心作用。 经典力学中的对称性: 我们将从伽利略群及其在牛顿力学中的应用出发,理解动量守恒、角动量守恒以及能量守恒等基本守恒定律与时空对称性的内在联系。我们将探讨拉格朗日力学和哈密顿力学中的对称性,并引入诺特定理,阐述守恒量与连续对称性之间的精确对应关系。 量子力学与粒子物理学: 在量子力学中,李群扮演着至关重要的角色。我们将详细介绍 $SU(2)$ 群及其在描述自旋中的应用,理解角动量算符的对易关系如何体现 $su(2)$ 李代数的结构。我们将探讨 $U(1)$ 群在描述电磁相互作用中的作用,以及 $SU(3)$ 群在描述强相互作用(量子色动力学)中的重要性。本书将深入讲解粒子物理标准模型中的规范对称性,包括 $SU(3) imes SU(2) imes U(1)$ 群的结构,以及自发对称性破缺的概念,解释粒子获得质量的机制。 广义相对论与引力: 我们将探讨洛伦兹群和庞加莱群在狭义相对论中的地位,以及它们如何描述时空的平直性和惯性系之间的变换。在广义相对论的框架下,我们将讨论在弯曲时空中局部洛伦兹不变性的概念,以及如何利用李群的语言来理解引力场的性质。 凝聚态物理中的对称性: 本书也将触及李群与李代数在凝聚态物理中的应用,例如在晶体结构、磁性材料以及拓扑相等领域的对称性分析。 第四部分:李群与李代数在几何学中的应用 数学的魅力在于其内在的逻辑自洽性和普遍性,李群与李代数同样在几何学领域展现出强大的解释力。 流形与微分几何: 我们将探讨李群在流形上的作用,理解李群作用如何定义流形上的对称性。我们将学习李群如何作用于向量场,以及如何通过李群的生成元来理解流形上的运动。本书将深入研究由李群生成的子群,以及它们在流形上的作用軌道。 对称空间与齐性空间: 李群与李代数是理解对称空间和齐性空间的强大工具。我们将详细阐述齐性空间的定义,以及它如何可以被一个群作用在另一个集合上得到。我们将深入研究紧致李群在球面上或复投影空间上的作用,以及这些作用如何产生重要的几何对象,如球体的等度量变换。 李群与李代数在黎曼几何中的应用: 我们将探讨李群在黎曼几何中的应用,例如描述等度量变换群,以及它们如何影响黎曼流形的曲率。我们将学习如何利用李群的语言来刻画具有特定对称性的黎曼流形,例如欧几里得空间、球面和双曲空间。 第五部分:李群与李代数在力学中的应用 力学是物理学中最古老也是最基础的分支之一,李群与李代数为其提供了深刻的数学洞察。 可积系统与对称性: 本书将深入探讨可积系统与对称性之间的联系。我们将学习如何利用李代数的语言来识别和分析可积系统的守恒量,并理解这些守恒量与系统特定的李代数结构之间的关系。我们将介绍一些经典的例子,如弦理论和粒子物理模型中的可积系统。 哈密顿力学与辛结构: 我们将阐述李群在哈密顿力学中的作用,特别是如何理解哈密顿流的生成器与李代数之间的联系。我们将探讨辛流形的概念,以及李群作用如何保持辛结构的性质。 陀螺仪的动力学: 我们将以陀螺仪的动力学为例,展示李群和李代数如何在描述复杂的物理系统运动中发挥作用。我们将利用 $su(2)$ 李代数来分析陀螺仪的角动量和运动方程。 机器人学与控制理论: 本书也将触及李群与李代数在机器人学和控制理论中的应用,例如在描述机器人运动学和动力学,以及在设计运动规划和轨迹控制算法中的作用。 结论: 《李群与李代数及其在物理、几何与力学中的应用》旨在为读者提供一个全面而深入的视角,去理解这一数学工具的深邃之处及其在解决实际问题中的巨大威力。本书的编写风格力求严谨而不失启发,理论讲解与实际应用紧密结合,力图让读者在掌握抽象数学概念的同时,也能体会到它们在塑造我们对宇宙和物理世界理解过程中的关键作用。本书适合具有一定数学基础(微积分、线性代数、群论初步)的研究生、高年级本科生以及对理论物理、几何学或数学物理感兴趣的科研人员阅读。通过对本书内容的学习,读者将能够更深刻地理解对称性在自然科学中的普遍性,并能够运用李群与李代数这一强大的数学语言去探索和解决更广泛的科学问题。

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这本书的封面设计真是抓人眼球,那种深邃的蓝色调配上金色的衬线字体,立刻就给人一种严谨而又深奥的感觉。我拿到手的时候,光是掂量重量就觉得内容分量十足,感觉像是抱着一块知识的基石。内页的纸张质量处理得相当不错,没有那种廉价的反光,阅读起来非常舒适,即使长时间沉浸其中,眼睛也不会感到疲劳。装帧的工艺也看得出是下过功夫的,书脊挺括,装订牢固,完全不用担心翻阅几次后就会散架。对于这种涉及高深数学物理的著作来说,阅读体验本身就是一种享受,而这本书显然在这方面做到了极致。从拿到书的那一刻起,我就知道这不是一本可以随便翻阅的“快餐读物”,它需要你投入时间、精力,去细细品味每一个公式和定义,而良好的物理触感无疑为这种严肃的学习过程打下了坚实的基础。

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我在寻找一本能帮助我从更基础的微分几何视角来理解物理场论的书籍。目前我接触的许多教材,虽然提到了流形和纤维丛的概念,但往往只是点到为止,没有深入探讨它们如何自然地嵌入到广义相对论或规范场论的框架中。我希望这本书能够提供一个坚实的几何语言基础,特别是关于纤维丛上的联络(Connection)和曲率(Curvature)的阐述,能够清晰地与电磁场或引力场的数学描述对应起来。理想情况下,书中应该能展示李群如何作用于这些几何结构上,从而自然地导出场的运动方程和约束条件。如果能通过精妙的几何洞察来解释庞加莱群和洛伦兹群在狭义相对论中的作用,那就太棒了。这种几何直觉的培养,远比单纯记忆张量方程来得重要。

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我最近在研究经典力学中的对称性原理,特别是李群在拉格朗日场论中的应用,希望能找到一本能将抽象的代数结构与具体的物理模型完美结合的书。我尝试了几本市面上的主流教材,但总觉得有些偏重理论的构建而牺牲了直观的物理图像,或者反过来,为了物理应用而简化了必要的数学严谨性。我希望找到的这本书,能够像一位技艺精湛的工匠,用最精密的工具(数学)来雕琢最生动的模型(物理)。我期待它能提供清晰的脉络,展示群论的抽象概念是如何一步步转化为描述自然界基本规律的强大语言的。如果这本书能深入讲解如何在具体的物理体系中构造李代数,并利用其结构来发现守恒量和选择合适的坐标系,那将是无价之宝。它应该不仅仅是工具箱,更是一本哲学指南,引导我们理解对称性在物理定律中的核心地位。

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说实话,我更倾向于那些叙事流畅、逻辑推导如同散文般优美的数学物理著作。我非常不喜欢那种只堆砌公式、缺乏过渡和解释的“字典式”教材。阅读高阶数学时,清晰的“为什么”往往比冰冷的“是什么”更重要。我希望作者在引入新的群论概念时,能够提供丰富的历史背景和动机,让我们明白为什么要引入这个概念,它解决了先前理论中的什么困境。例如,在讨论紧致群时,我希望能看到它与傅里叶分析的深刻联系,而不是突然冒出一个积分公式就完事了。如果书中能在关键定理的证明后,用一小段话总结其物理意义,那简直是神来之笔。我期待的不是冷冰冰的知识灌输,而是一场由大师带领的、步步为营的智力探险。

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作为一名理论物理的研究生,时间是极其宝贵的资源。我购买专业书籍时,最怕的就是买到那些内容陈旧、讨论角度已经被时代淘汰的“过时理论”。我希望这本书,即使是处理经典的主题,也能以现代的视角和最新的数学工具来审视问题。例如,在探讨李群的应用时,我希望能看到对共形群(Conformal Group)或者更大对称群在现代统计物理或弦论中的潜在联系的提及,哪怕只是一个章节的展望。更重要的是,我希望书中的参考文献能够与时俱进,能引导我找到该领域最新的研究论文。一本优秀的教材,不仅要教会你过去解决了什么问题,更要启发你思考未来能用这些工具解决什么新问题。如果它能提供清晰的“下一步”的指引,那它就不仅仅是一本参考书,更像是一位良师益友。

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