The Theory of Gauge Fields in Four Dimensions

The Theory of Gauge Fields in Four Dimensions pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:American Mathematical Society
作者:Lawson, H. Blaine
出品人:
页数:101
译者:
出版时间:1985-12-31
价格:USD 27
装帧:Pap
isbn号码:9780821807088
丛书系列:Conference Board of the Mathematical Sciences
图书标签:
  • geometry
  • Gauge Theory
  • Quantum Field Theory
  • Particle Physics
  • Four Dimensions
  • Yang-Mills Theory
  • Renormalization
  • Feynman Diagrams
  • Standard Model
  • Electroweak Theory
  • Quantum Electrodynamics
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具体描述

Lawson's expository lectures, presented at a CBMS Regional Conference held in Santa Barbara in August 1983, provide an in-depth examination of the recent work of Simon Donaldson, and is of special interest to both geometric topologists and differential geometers. This work has excited particular interest, in light of Mike Freedman's recent profound results: the complete classification, in the simply connected case, of compact topological 4-manifolds. Arguing from deep results in gauge field theory, Donaldson has proved the nonexistence of differentiable structures on certain compact 4-manifolds. Together with Freedman's results, Donaldson's work implies the existence of exotic differentiable structures in $mathbb R^4$-a wonderful example of the results of one mathematical discipline yielding startling consequences in another. The lectures are aimed at mature mathematicians with some training in both geometry and topology, but they do not assume any expert knowledge. In addition to a close examination of Donaldson's arguments, Lawson also presents, as background material, the foundation work in gauge theory (Uhlenbeck, Taubes, Atiyah, Hitchin, Singer, et al.) which underlies Donaldson's work.

《电动力学:基础与前沿》 本书旨在为读者构建一个严谨且深刻的电动力学理论框架,系统性地梳理其基本概念、数学表述以及在现代物理学中的应用。本书不仅涵盖了经典的麦克斯韦方程组及其各种形式的推导和解释,更深入探讨了电磁场的能量、动量和角动量守恒定律,以及场的量子化在描述光子和物质相互作用中的关键作用。 第一部分:经典电动力学的基石 开篇,本书将带领读者从电荷和电流的基本概念出发,逐步引入电场和磁场的定义,并详细阐述它们如何通过电荷分布和运动而产生。我们将深入理解库仑定律和安培定律的积分形式和微分形式,揭示电荷静止和运动时所遵循的基本规律。 静电学: 详细讲解静电势的概念,介绍泊松方程和拉普拉斯方程,并探讨利用这些方程求解不同边界条件下静电场分布的方法,包括镜像法、分离变量法等经典数学技巧。 稳恒磁场: 探讨毕奥-萨伐尔定律,分析不同电流分布产生的磁场,并详细介绍磁矢量势的概念及其与磁场的关系。斯托克斯定理在磁场分析中的应用也将得到重点阐述。 电磁感应: 深入研究法拉第电磁感应定律,分析感应电动势的产生机制,并讨论楞次定律在判断感应电流方向中的作用。自感和互感现象及其在电路中的应用将得到详尽的解释。 麦克斯韦方程组: 本书将以严谨的数学语言推导并阐述完整的麦克斯韦方程组,包括其微分形式和积分形式。我们将深刻理解位移电流的概念,以及它如何统一电场和磁场,并预言了电磁波的存在。 第二部分:电磁场的波动与传播 在此基础上,本书将重点转向电磁场的波动性质。 电磁波的产生与传播: 从麦克斯韦方程组出发,推导出电磁波的波动方程,并分析其在真空中的传播速度(光速)以及能量和动量的传播特性。本书将详细讨论不同介质中电磁波的传播,包括反射、折射、吸收和散射等现象。 波导与共振腔: 探讨导行电磁波的理论,分析矩形和圆柱形波导中的模式(TE、TM和TEM模式)及其传播特性。共振腔的原理和应用也将得到深入讲解,这对于理解微波技术和光学器件至关重要。 辐射理论: 介绍电偶极子、磁偶极子和电四极子辐射的理论,分析不同辐射源的辐射场分布、功率和方向性。本书还将触及更复杂的辐射问题,如阵列天线和散射体辐射。 第三部分:相对论电动力学 随着相对论的出现,电磁学理论也迎来了深刻的变革。本书将系统地介绍相对论如何统一电场和磁场,并将它们视为同一物理实在的不同表现。 洛伦兹变换与四维时空: 详细阐述洛伦兹变换,介绍四维矢量和四维张量的概念,并将电磁场表述为反对称张量。 协变形式的麦克斯韦方程组: 推导并分析洛伦兹协变的麦克斯韦方程组,揭示其在不同惯性参考系下的不变性。 相对论性电动力学: 探讨带电粒子在相对论性速度下的运动方程,分析相对论性电场和磁场的相互转化,以及相对论性效应在电磁现象中的体现。 第四部分:电磁学的现代应用与展望 本书的最后部分将聚焦于电磁学在现代科技中的广泛应用,并展望未来的研究方向。 电动力学在光学中的应用: 讨论光的衍射、干涉、偏振等现象的电磁学解释,并介绍激光、全息术等现代光学技术的原理。 电动力学在凝聚态物理中的应用: 分析电磁场与材料相互作用的微观机制,例如介电常数、磁导率等性质的电磁学起源,以及在半导体、超导体等材料中的应用。 电动力学在天体物理学中的应用: 探讨星际介质中的电磁现象,如射电望远镜观测、脉冲星辐射、黑洞吸积盘的电磁过程等。 量子电动力学简介: 尽管不深入量子理论细节,本书将简要介绍量子电动力学(QED)的概念,阐述其如何精确描述光子与带电粒子之间的相互作用,并提及QED在粒子物理学中的辉煌成就。 总结与前沿: 本书将对整个电动力学理论进行回顾,并简要介绍当前电磁学研究的前沿领域,如等离子体物理、非线性光学、电磁隐身技术等。 本书力求语言清晰,逻辑严谨,论证充分,力求使读者在掌握基本理论的同时,也能感受到电动力学理论的博大精深及其在推动科学技术发展中的核心作用。本书适合物理学、电子工程、光学等相关专业的学生和研究人员阅读。

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用户评价

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我不得不说,这本书的结构编排极具匠心,它仿佛是一部精心设计的交响乐章,从最基础的对称群概念开始,层层递进,最终汇聚到对四维时空复杂场论的完整描述。作者对于不同物理情境下,规范不变性所带来的约束和自由度的精妙平衡把握得恰到好处。其中关于规范场的量子化部分,作者采用了非常详尽的对比分析方法,使得读者可以清晰地辨别出不同量子化方案(如协变规范与库仑规范)在物理图像上的细微差别及其对计算结果的影响。这种对细节的执着,使得这本书超越了一般的综述性质的文献,成为了一本真正的“案头宝典”。每当我对某个特定的数学技巧或物理图像产生疑惑时,回翻此书,总能找到作者用最简洁、最深刻的方式给出的完整解答。它不仅仅记录了已有的知识,更像是记录了一种研究规范理论的有效方法论。

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这本书的叙述风格带着一种老派的、沉稳的学术气质,它几乎没有使用任何花哨的语言或比喻,所有的重点都集中在概念的精确定义和逻辑的严密推导上。对我这个长期在实验领域工作的人来说,它提供了一个绝佳的“理论透视镜”,让我得以清晰地审视我们日常处理的那些近似背后的深层结构。作者在构建理论模型时所展现出的清晰的逻辑层次感,是许多现代教材所欠缺的。例如,他对杨-米尔斯理论的经典表述如何自然地过渡到量子场论的路径积分表述,中间的衔接处理得非常平滑,几乎是水到渠成。这本书的深度意味着它更适合作为进阶或研究生级别的教材,那些初次接触规范理论的学生可能会感到有些吃力,但如果能坚持下来,将会对物理学的核心框架建立起一种坚不可摧的信念。它成功地将抽象的数学工具与具体的物理实在紧密地联系在一起,形成了一个自洽且极其优美的理论体系。

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初次翻开此书时,我被其详尽的数学推导所震撼,它以一种近乎偏执的严谨性,构建起了四维时空中规范场论的完整框架。作者在代数几何和微分几何的交叉地带游刃有余,每一步论证都如同精密的钟表机械,咬合得天衣无缝。对于任何致力于研究量子场论基础的物理学家而言,这本书提供了一个无可替代的参考基石。我特别欣赏作者在引入力学和量子化过程中所花费的心力,他没有回避其中的技术难点,而是将其分解成一系列可操作、可验证的步骤。书中对拓扑性质的讨论,尤其是在边界条件和瞬子(instantons)等非微扰效应的引入上,极大地拓宽了我们对经典规范理论极限的认知。坦率地说,这本书的阅读体验更像是在进行一项严苛的学术训练,它不会轻易给出答案,而是迫使读者主动去构建自己的理解链条。对于那些渴望从根本上掌握规范场论数学语言的人来说,这本书的价值难以估量,它是通往前沿研究的必经之路。

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这部著作的物理学思想深度令人咋舌,作者对规范场论的理解达到了一个近乎哲学的境界。它不像许多教科书那样只是简单地罗列公式和定理,而是深入挖掘了对称性在自然界基本作用力中扮演的核心角色。阅读过程中,我感觉自己像是被邀请进入了一个由数学结构构成的宏伟迷宫,每条路径都通向对现实更深刻的洞察。作者在处理那些经典物理学中看似不协调的概念时,展现出的驾驭能力令人钦佩。特别是对于联络和曲率这些抽象工具,作者总能找到最直观的物理图像来加以阐释,使得那些原本只存在于高深数学领域的概念,变得触手可及。这本书绝非易读之作,它要求读者具备扎实的数学基础和对理论物理深厚的兴趣,但一旦跨越了最初的门槛,它所带来的智力上的满足感是无与伦比的。它不仅仅是知识的传递,更是一种思维方式的重塑,引导读者以一种全新的、更本质的视角去审视宇宙的基本构建模块。这本书无疑是理论物理学领域的一座灯塔,照亮了理解规范场理论复杂性的崎岖小径。

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这本书的阅读体验,与其说是学习,不如说是一次对物理学美学的深度沉浸。作者对理论的描述充满了古典的优雅,将规范场论的内在美感展现得淋漓尽致。那种由数学和谐性所带来的物理实在的必然性,在这本书中得到了最强有力的体现。它让我重新思考了“什么是基础理论”这个问题,规范场论的框架似乎就是自然界为自己编写的一套最高级的编程语言。书中对如何将规范不变性嵌入到拉格朗日密度中,以及由此产生的荷守恒等基本原理的讨论,简洁而有力,直击问题的核心。它没有冗余的讨论,每一句话似乎都承载着巨大的信息量。对于那些寻求真正掌握规范场论的内在逻辑,而非仅仅停留在形式计算的读者来说,这本书提供的视角是革命性的。它要求读者以最高的专注度去阅读和思考,但回报是心智上的巨大提升和对现代粒子物理学理论框架的深刻洞察。

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