Quantum Gravitation pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:

作者:Hamber, Herbert W.

出品人:

页数:342

译者:

出版时间:

价格:$ 123.17

装帧:

isbn号码:9783540852926

丛书系列:

图书标签:

量子引力
广义相对论
量子力学
弦理论
圈量子引力
宇宙学
黑洞
时空结构
引力量子化
理论物理学

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具体描述

"Quantum Gravitation" approaches the subject from the point of view of Feynman path integrals, which provide a manifestly covariant approach in which fundamental quantum aspects of the theory such as radiative corrections and the renormalization group can be systematically and consistently addressed. It is shown that the path integral method is suitable for both perturbative as well as non-perturbative studies, and is already known to offer a framework for the theoretical investigation of non-Abelian gauge theories, the basis for three of the four known fundamental forces in nature. The book thus provides a coherent outline of the present status of the theory gravity based on Feynman 's formulation, with an emphasis on quantitative results.Topics are organized in such a way that the correspondence to similar methods and results in modern gauge theories becomes apparent. Covariant perturbation theory are developed using the full machinery of Feynman rules, gauge fixing, background methods and ghosts. The renormalization group for gravity and the existence of non-trivial ultraviolet fixed points are investigated, stressing a close correspondence with well understood statistical field theory models. The final chapter addresses contemporary issues in quantum cosmology such as scale dependent gravitational constants and quantum effects in the early universe.

《时空织锦：宇宙的尺度与统一的疆域》这是一部探索物质世界最基本构成要素及其相互作用的宏大叙事，一部力图将我们已知宇宙最令人费解的两大理论——量子力学与广义相对论——编织进同一块时空织锦的壮丽尝试。本书并非直接阐述“量子引力”这一具体领域，而是循序渐进地引导读者走入物理学最前沿的思想迷宫，理解为何我们必须寻求统一，以及这一追求所面临的深刻挑战与诱人可能。在漫长的求知旅程中，人类对宇宙的理解经历了数次革命性的飞跃。从亚里士多德朴素的四元素说到牛顿力学描绘的机械宇宙，再到爱因斯坦划时代的相对论，我们对现实的认知边界不断被拓宽。然而，在二十世纪初，两股截然不同的、却又同样成功的物理学理论如同两支强劲的河流，各自奔腾向前，却似乎在宏观尺度和微观尺度上形成了泾渭分明的疆域：宏观世界的统治者是爱因斯坦的广义相对论。它以一种惊人的优雅和直观，将引力描述为时空的弯曲。质量与能量如同沉重的石块，投入时空的“床单”，制造出涟漪，而正是这些涟漪，驱动着行星绕恒星运转，塑造着星系的宏伟结构，指引着宇宙的膨胀。广义相对论在解释水星近日点进动、光线在引力场中的偏折，以及黑洞等现象上取得了无与伦比的成功，成为我们理解宇宙大尺度结构和演化的基石。它提供了一个连续、光滑、可度量的时空背景，在这个背景下，引力以一种几何的方式展现其威力。而在另一个极端，微观世界的支配者则是量子力学。它以一种截然不同的、甚至有些反直觉的方式，描绘着原子、电子、光子等基本粒子的行为。量子力学引入了“量子化”的概念，意味着能量、角动量等物理量并非连续变化，而是以离散的“量子”形式存在。粒子不再是确定的点，而是弥散的波函数，其运动遵循概率的法则。不确定性原理更是划定了我们对微观世界认知的极限。量子电动力学（QED）和量子色动力学（QCD）等量子场论，成功地描述了电磁力、强核力和弱核力，并且在粒子物理标准模型中得到了令人赞叹的验证。这些理论将力描述为基本粒子之间的能量交换，通过传递“交换粒子”（如光子、胶子）来实现。然而，当试图将这两大理论的疆域连接起来时，我们便会遭遇一个巨大的、令人困惑的鸿沟。广义相对论在描述强引力场，例如黑洞奇点或宇宙大爆炸的最初时刻时，其连续的时空模型便开始失效，数学上出现无穷大，预示着理论的局限性。而量子力学描述的基本粒子及其相互作用，在应用于极小的尺度上，其自身的“量子涨落”效应变得如此显著，以至于需要将其纳入引力场的描述中。但问题在于，将量子场论的数学框架直接应用于引力场，会产生无穷大的计算结果，无法得到有意义的物理预测，这被称为“可重整化”问题。本书正是从这一“未竟的事业”出发，引导读者理解物理学家们为何如此执着于弥合这一鸿沟。统一理论的魅力在于，它预示着一种更深层次的、更简洁的宇宙图景。想象一下，如果引力也能像其他基本力一样，被描述为量子粒子（如假设存在的引力子）的交换，那么一个包含所有基本力的“万有理论”（Theory of Everything）便不再是遥不可及的梦想。这将是我们理解宇宙起源、黑洞内部奥秘、甚至宇宙终极命运的关键。在深入探讨这一挑战之前，本书会首先为读者构建坚实的知识基础。我们将从回顾经典物理学的辉煌成就开始，简要介绍牛顿万有引力定律如何奠定了我们对引力的最初认识，以及它在解释天体运动方面的巨大成功。随后，我们将步入爱因斯坦的时代，深入剖析狭义相对论如何颠覆了时间和空间的绝对观念，引入速度极限“光速”，并揭示质量与能量的等价性（E=mc²）。这将为理解广义相对论中时空弯曲的概念打下基础。接着，本书将着重介绍量子力学的核心概念。我们会探索波粒二象性，让读者理解微观粒子既表现出粒子的特性，又表现出波动性。不确定性原理将被生动地讲解，揭示微观世界固有的模糊性。我们还会触及量子叠加和量子纠缠等奇特现象，这些现象不仅挑战我们的直觉，更是现代量子信息科学的基石。量子场论的初步概念也将被介绍，让读者理解粒子可以被视为场的激发，以及力的传递是通过粒子交换实现的。在铺垫了这两大理论的基石后，本书将真正进入“为何需要统一”的核心议题。我们将详细阐述广义相对论在极端条件下（如黑洞视界附近、宇宙大爆炸初期）的失效，以及量子场论在引入引力时遭遇的数学困境。这部分内容将不再仅仅是概念性的介绍，而是会尝试以较为直观的方式，描绘出理论上的“尖锐矛盾”。例如，我们会探讨黑洞奇点的数学“爆炸”，以及量子涨落如何可能在极小的尺度上“扰乱”时空的连续性。随后，本书将转向探索那些为实现统一理论而提出的各种前沿构想。这部分内容将是本书的亮点所在，它将带领读者进入一个充满想象力和数学智慧的创新领域：弦理论（String Theory）：我们将介绍弦理论的核心思想，即基本粒子并非零维的点，而是微小的、振动的弦。这些弦的不同振动模式对应着不同的基本粒子，包括费米子（物质粒子）和玻子供（传递力的粒子）。弦理论的一个重要优势在于，它自然地包含了引力子，这使得它成为一个非常有潜力的“万有理论”候选者。本书将解释弦理论如何通过引入额外空间维度来解决一些数学上的难题，以及其在数学上的优美性。圈量子引力（Loop Quantum Gravity）：与弦理论通过更高维度来解决问题不同，圈量子引力试图在现有四维时空框架下，直接将量子力学原理应用到引力上。它将时空本身视为由离散的“圈”或“节点”组成的量子网络，其最基本单位不再是连续的，而是具有最小尺度的“原子”。本书将介绍圈量子引力如何通过“自旋网络”和“自旋泡沫”等概念来构建一个量化的时空，以及它在描述黑洞熵和宇宙大爆炸奇点上的独特视角。其他探索性方法：除了上述两个主要的候选理论，本书还会简要提及其他一些具有启发性的探索方向，例如渐进安全引力（Asymptotic Safety Gravity）、因果动力三角剖分（Causal Dynamical Triangulations）等。这些不同的尝试，尽管路径各异，但都指向同一个目标：用一种统一的语言来描述我们宇宙的全部规律。在介绍这些理论的同时，本书会特别强调它们各自的优势、面临的挑战以及当前的验证困难。科学的进步并非一蹴而就，这些前沿理论大多仍处于理论构建和数学探索的阶段，直接的实验证据仍然难以获得。本书将引导读者理解，为何实验验证如此困难，以及科学家们正如何通过间接的观测（如宇宙微波背景辐射的精细结构、引力波的探测等）来寻找理论的蛛丝马迹。本书的意义在于，它不仅仅是介绍“量子引力”这个术语，而是要让读者深刻理解这个领域所代表的科学精神——人类对宇宙终极奥秘的永无止境的追问，以及为了抵达真理彼岸所展现出的非凡智慧与勇气。我们将看到，物理学家们如何运用抽象的数学工具，构建精妙的理论模型，并如何在实验观测的指引下，不断修正和完善我们的宇宙观。《时空织锦：宇宙的尺度与统一的疆域》将是一次智识的探险，一次穿越理论前沿的旅行。它将帮助读者认识到，我们所处的宇宙，无论是在浩瀚星系的宏伟尺度，还是在基本粒子难以捉摸的微观领域，都可能由一套深刻而统一的规律所支配。而揭示这套规律的过程，本身就是人类文明最激动人心的篇章之一。本书将以一种清晰、逻辑严谨且富有吸引力的方式，带领读者走进这场关于宇宙最根本性质的伟大探索，感受其中蕴含的无限魅力与深远意义。它将激发读者对宇宙的好奇心，对科学精神的敬畏，以及对人类认知极限的深刻体悟。