Lie Groups, Lie Algebras, Cohomology and some Applications in Physics (Cambridge Monographs on Mathe

Lie Groups, Lie Algebras, Cohomology and some Applications in Physics (Cambridge Monographs on Mathe pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:Cambridge University Press
作者:Josi A. de Azcárraga
出品人:
页数:476
译者:
出版时间:1998-09-13
价格:USD 90.00
装帧:Paperback
isbn号码:9780521597005
丛书系列:Cambridge Monographs on Mathematical Physics
图书标签:
  • 群上同调
  • 纤维丛
  • 示性类
  • 数学
  • 微分流形
  • Lie Groups
  • Lie Algebras
  • Cohomology
  • Mathematical Physics
  • Physics Applications
  • Differential Geometry
  • Topology
  • Representation Theory
  • Group Theory
  • Algebra
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具体描述

Now in paperback, this book provides a self-contained introduction to the cohomology theory of Lie groups and algebras and to some of its applications in physics. No previous knowledge of the mathematical theory is assumed beyond some notions of Cartan calculus and differential geometry (which are nevertheless reviewed in the book in detail). The examples, of current interest, are intended to clarify certain mathematical aspects and to show their usefulness in physical problems. The topics treated include the differential geometry of Lie groups, fibre bundles and connections, characteristic classes, index theorems, monopoles, instantons, extensions of Lie groups and algebras, some applications in supersymmetry, Chevalley-Eilenberg approach to Lie algebra cohomology, symplectic cohomology, jet-bundle approach to variational principles in mechanics, Wess-Zumino-Witten terms, infinite Lie algebras, the cohomological descent in mechanics and in gauge theories and anomalies. This book will be of interest to graduate students and researchers in theoretical physics and applied mathematics.

范畴之外的领域:深入探索代数结构与物理现象的交汇 本书并非对数学物理领域中已有知识的简单罗列,而是着眼于那些尚未被广泛认知,却孕育着深刻联系的隐秘角落。它试图拨开笼罩在经典理论之上的迷雾,为读者展现一个由李群、李代数、上同调所构建的精妙数学框架,并揭示这些抽象结构在解释诸多物理现象时所蕴含的强大力量。我们将避开对已成定论的理论进行重复阐述,而是深入挖掘这些数学工具的起源、内在逻辑以及它们如何超越传统界限,为理解量子场论、粒子物理、甚至是某些凝聚态体系的内在对称性提供新的视角。 一、 李群与李代数:对称性的精妙语言 理解李群与李代数,并非仅仅是掌握一组定义和计算方法。本书将带领读者深入探究它们的几何本质。我们从李群的局部结构入手,将其视为光滑流形上的乘法操作,并由此引申出李代数作为李群在单位元处的切空间。此处,我们不会停留在形式化的定义,而是通过生动的几何直观,例如旋转群 SO(n) 及其李代数 so(n),来阐释群的生成元如何对应于无穷小变换,以及李代数的括号运算如何捕捉这些变换之间的非交换性。 我们将重点关注李群和李代数之间的对应关系,即指数映射如何连接一个李代数的元素与其对应的李群元素。这个映射不仅仅是代数到群的桥梁,更重要的是它揭示了群的全局性质在很大程度上由其在单位元处的局部结构所决定。本书会通过具体的例子,比如 SU(2) 和它的李代数 su(2),来展示这种对应关系的威力,尤其是在理解角动量算符和量子力学中的自旋时。 此外,我们还会探讨李代数的结构理论,包括李代数的根系、Cartan 子代数以及 Weyl 群。这些概念并非独立的数学构造,而是李代数内在代数结构的重要体现。根系为我们提供了一种识别和分类不同李代数的方法,而 Weyl 群则揭示了李代数在根空间上的对称性。我们将展示,对根系和 Weyl 群的深入理解,能够直接对应于粒子物理标准模型中规范群的结构,例如 SU(3) × SU(2) × U(1) 的分解和重整化群的演化。 二、 上同调:结构中的“空洞”与连接 上同调理论,常常被视为一个抽象且难以捉摸的数学工具。本书的目标是将其从纯粹的代数抽象中解放出来,展示其在刻画和理解数学结构中“缺失”的信息方面的独特作用。我们将从群上同调和李代数上同调的定义入手,但重点将放在它们的几何和物理意义上。 我们不会局限于定义上同调群的各种长正合序列或拓扑空间中的奇异上同调。相反,我们将聚焦于上同调如何捕捉代数结构中的“障碍”或“不完备性”。例如,在群表示论中,低维上同调群可以描述如何“黏合”不同的表示,或者如何区分不同类型的“代数扩展”。我们将通过考察一个李代数的上同调来理解其“中心扩张”的存在性,这在量子场论中与电荷的量化以及场的规范不变性密切相关。 本书将特别强调代数上同调与几何拓扑之间的联系。例如,德拉姆上同调和辛上同调,虽然定义在微分流形上,但它们所揭示的拓扑不变量,例如贝蒂数和陈类,能够提供关于流形全局性质的重要信息。我们将展示,这些拓扑不变量如何在物理学中出现,例如在磁通量的量子化、阿贝尔-霍普夫代数(Hopf algebra)的表示,以及在弦理论中作为 D-brane 的荷。 我们还将深入探讨上同调作为一种“分类工具”的潜力。例如,不同上同调类可能对应于具有不同拓扑性质的物理系统,或者可以用来标记和区分不同的量子态。我们将考察上同调在现代物理学中的一些前沿应用,例如在拓扑序(topological order)的研究中,其中上同调类可以用来描述拓扑态的涌现性质,而无需依赖于局域的自由度。 三、 交叉视角:代数结构与物理现象的深度融合 本书的核心价值在于它所展现的非凡交叉视角。我们不会将李群、李代数和上同调视为相互独立的数学分支,而是强调它们之间深刻的相互关联,以及这种关联如何映射到物理世界的内在规律。 例如,李代数的表示论与量子力学中的对称性原理紧密相连。对称性群的不可约表示直接对应于物理系统中的粒子态,而群的李代数则提供了描述这些态变换的生成元。我们将探讨如何利用李代数的表示理论来分析粒子的谱,理解量子退相干过程,以及研究量子信息中的量子纠错码。 上同调理论在物理学中的应用远不止于理论的构建。我们将探讨它在理解经典力学中的泊松括号与量子力学中的对易关系之间的联系。泊松流形上的上同调可以解释如何从经典哈密顿系统过渡到量子哈密顿系统,并揭示出某些经典的“不变量”在量子层面可能表现出不同的性质。 此外,本书还将涉足一些尚未完全成熟但充满潜力的研究方向。例如,我们将初步探讨李群和李代数在量子计算中的作用,特别是在设计量子门和优化量子算法方面。同时,我们也会对李代数上的泊松几何与量子场论中的路径积分量子化进行简要的介绍,展示代数结构如何为理解量子场论的非微扰方面提供新的思路。 本书的语言风格将力求严谨而富于启发性,避免使用过于陈旧或晦涩的术语。我们的目标是让对代数结构和物理学有一定基础的读者,能够循序渐进地领略这些看似抽象的数学工具在解释物理现象时所展现出的非凡优雅和深刻洞察。我们鼓励读者在阅读过程中,不断地将书中的数学概念与自己熟悉的物理模型进行类比和对照,从而激发新的思考和研究灵感。这并非一本为满足已有知识而编写的教科书,而是一份邀请,邀请读者一同探索数学与物理交汇处那片充满未知与惊喜的广阔领域。

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这本书的论述深度和广度令人印象深刻,它成功地在纯粹的数学严谨性和必要的物理应用之间找到了一个近乎完美的平衡点。在我阅读的几章中,作者对于某些核心代数结构在量子场论和规范理论中的具体映射,进行了细致且富有洞察力的探讨。这些应用部分的阐述并非点到为止的附录性质的材料,而是与理论基础紧密耦合、相互促进的有机组成部分。这种处理方式让读者清楚地认识到,这些抽象的数学工具并非空中楼阁,而是解决前沿物理问题的强大支柱。对于那些希望从数学理论直接过渡到实际物理建模的进阶学习者来说,这种深度集成的内容价值无可估量,它提供了一个坚实的桥梁,避免了在不同学科间反复“跨界”摸索的低效过程。

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我必须强调这本书的参考书目和索引系统的设计,这体现了作者极高的学术素养和对后续研究的负责态度。对于每一个重要的概念和定理的引入,作者几乎都给出了明确的历史溯源和文献引用,使得读者可以轻松地追溯到更原始或更专业的文献进行深入探究。索引做得极为详尽和准确,即便是对非常细微的术语也能迅速定位其在全书中的所有出现位置,这对于需要频繁查阅和交叉引用的研究工作者来说,是节省了大量时间的高效设计。这种对细节的关注,使得这本书不仅是一本教材,更是一部可以作为长期参考工具的权威手册,其知识的密度和检索的便捷性,共同构筑了其无可替代的学术价值。

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这本书的装帧和排版简直是视觉享受,封面设计简约而不失深度,内页的字体选择和行距调整都体现了出版方对读者的尊重。拿到手里,首先被它沉甸甸的质感所吸引,这无疑是一本需要你沉下心来细细品读的“大部头”。纸张的质量上乘,即便是长时间翻阅也不会感到疲劳,而且墨水的清晰度极高,复杂的公式和图示都能被精准地呈现出来。对于热衷于收藏和长期学习的读者来说,这样的物理制作水准是至关重要的,它不仅仅是一本工具书,更像是一件值得陈列的书架上的艺术品。从翻开第一页开始,我就感觉到作者在努力构建一个严谨而又富有美感的数学世界,每一个章节的过渡都经过精心设计,引导着读者的思维顺畅地向前推进。这种对细节的极致追求,让我在阅读过程中充满了愉悦感,也更加确信这是一部用心之作,而不是匆忙拼凑的讲义汇编。

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阅读体验中,我发现作者在对“上同调”(Cohomology)部分的讲解尤其出色,这部分内容往往是许多教材中的难点和痛点。作者似乎深谙读者在面对拓扑不变量和代数结构交叉时的困惑,因此构建了一套清晰的脉络来梳理不同类型的上同调理论是如何有机地联系起来的。讲解中穿插了大量生动的例子,这些例子不仅仅是简单的计算,更是对特定上同调群物理意义的深刻揭示,例如它们在描述某些场论中拓扑缺陷或量子不变量时的角色。这种对数学工具“为什么重要”的深入挖掘,远比单纯罗列公式更具启发性,它教会了我如何用更高级的视角去审视和理解物理现象,而非仅仅停留在表面的数学操作层面。

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我被这本书在概念引入方面的叙事方式深深吸引住了,它没有像许多纯理论书籍那样一开始就将读者淹没在晦涩的定义和定理之中。相反,作者采取了一种非常“人性化”的教学策略,从一些看似宏大却又直观的物理图像或几何直觉出发,逐步引导我们逼近李群和李代数的深层结构。这种由表及里、循序渐进的讲解过程,极大地降低了初学者的心理门槛。特别是对某些关键定理的证明,作者似乎总能找到一种巧妙的角度,将复杂的代数操作转化为更易于把握的几何或拓扑语言,让人在豁然开朗的同时,不禁拍案叫绝。这种处理方式,使得原本枯燥的数学推导过程变得如同侦探解谜一般引人入胜,让人渴望知道“下一步会揭示什么”。

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