The Theory of Gauge Fields in Four Dimensions

The Theory of Gauge Fields in Four Dimensions pdf epub mobi txt 電子書 下載2026

出版者:American Mathematical Society
作者:Lawson, H. Blaine
出品人:
頁數:101
译者:
出版時間:1985-12-31
價格:USD 27
裝幀:Pap
isbn號碼:9780821807088
叢書系列:Conference Board of the Mathematical Sciences
圖書標籤:
  • 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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具體描述

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.

《電動力學:基礎與前沿》 本書旨在為讀者構建一個嚴謹且深刻的電動力學理論框架,係統性地梳理其基本概念、數學錶述以及在現代物理學中的應用。本書不僅涵蓋瞭經典的麥剋斯韋方程組及其各種形式的推導和解釋,更深入探討瞭電磁場的能量、動量和角動量守恒定律,以及場的量子化在描述光子和物質相互作用中的關鍵作用。 第一部分:經典電動力學的基石 開篇,本書將帶領讀者從電荷和電流的基本概念齣發,逐步引入電場和磁場的定義,並詳細闡述它們如何通過電荷分布和運動而産生。我們將深入理解庫侖定律和安培定律的積分形式和微分形式,揭示電荷靜止和運動時所遵循的基本規律。 靜電學: 詳細講解靜電勢的概念,介紹泊鬆方程和拉普拉斯方程,並探討利用這些方程求解不同邊界條件下靜電場分布的方法,包括鏡像法、分離變量法等經典數學技巧。 穩恒磁場: 探討畢奧-薩伐爾定律,分析不同電流分布産生的磁場,並詳細介紹磁矢量勢的概念及其與磁場的關係。斯托剋斯定理在磁場分析中的應用也將得到重點闡述。 電磁感應: 深入研究法拉第電磁感應定律,分析感應電動勢的産生機製,並討論楞次定律在判斷感應電流方嚮中的作用。自感和互感現象及其在電路中的應用將得到詳盡的解釋。 麥剋斯韋方程組: 本書將以嚴謹的數學語言推導並闡述完整的麥剋斯韋方程組,包括其微分形式和積分形式。我們將深刻理解位移電流的概念,以及它如何統一電場和磁場,並預言瞭電磁波的存在。 第二部分:電磁場的波動與傳播 在此基礎上,本書將重點轉嚮電磁場的波動性質。 電磁波的産生與傳播: 從麥剋斯韋方程組齣發,推導齣電磁波的波動方程,並分析其在真空中的傳播速度(光速)以及能量和動量的傳播特性。本書將詳細討論不同介質中電磁波的傳播,包括反射、摺射、吸收和散射等現象。 波導與共振腔: 探討導行電磁波的理論,分析矩形和圓柱形波導中的模式(TE、TM和TEM模式)及其傳播特性。共振腔的原理和應用也將得到深入講解,這對於理解微波技術和光學器件至關重要。 輻射理論: 介紹電偶極子、磁偶極子和電四極子輻射的理論,分析不同輻射源的輻射場分布、功率和方嚮性。本書還將觸及更復雜的輻射問題,如陣列天綫和散射體輻射。 第三部分:相對論電動力學 隨著相對論的齣現,電磁學理論也迎來瞭深刻的變革。本書將係統地介紹相對論如何統一電場和磁場,並將它們視為同一物理實在的不同錶現。 洛倫茲變換與四維時空: 詳細闡述洛倫茲變換,介紹四維矢量和四維張量的概念,並將電磁場錶述為反對稱張量。 協變形式的麥剋斯韋方程組: 推導並分析洛倫茲協變的麥剋斯韋方程組,揭示其在不同慣性參考係下的不變性。 相對論性電動力學: 探討帶電粒子在相對論性速度下的運動方程,分析相對論性電場和磁場的相互轉化,以及相對論性效應在電磁現象中的體現。 第四部分:電磁學的現代應用與展望 本書的最後部分將聚焦於電磁學在現代科技中的廣泛應用,並展望未來的研究方嚮。 電動力學在光學中的應用: 討論光的衍射、乾涉、偏振等現象的電磁學解釋,並介紹激光、全息術等現代光學技術的原理。 電動力學在凝聚態物理中的應用: 分析電磁場與材料相互作用的微觀機製,例如介電常數、磁導率等性質的電磁學起源,以及在半導體、超導體等材料中的應用。 電動力學在天體物理學中的應用: 探討星際介質中的電磁現象,如射電望遠鏡觀測、脈衝星輻射、黑洞吸積盤的電磁過程等。 量子電動力學簡介: 盡管不深入量子理論細節,本書將簡要介紹量子電動力學(QED)的概念,闡述其如何精確描述光子與帶電粒子之間的相互作用,並提及QED在粒子物理學中的輝煌成就。 總結與前沿: 本書將對整個電動力學理論進行迴顧,並簡要介紹當前電磁學研究的前沿領域,如等離子體物理、非綫性光學、電磁隱身技術等。 本書力求語言清晰,邏輯嚴謹,論證充分,力求使讀者在掌握基本理論的同時,也能感受到電動力學理論的博大精深及其在推動科學技術發展中的核心作用。本書適閤物理學、電子工程、光學等相關專業的學生和研究人員閱讀。

作者簡介

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讀後感

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這本書的閱讀體驗,與其說是學習,不如說是一次對物理學美學的深度沉浸。作者對理論的描述充滿瞭古典的優雅,將規範場論的內在美感展現得淋灕盡緻。那種由數學和諧性所帶來的物理實在的必然性,在這本書中得到瞭最強有力的體現。它讓我重新思考瞭“什麼是基礎理論”這個問題,規範場論的框架似乎就是自然界為自己編寫的一套最高級的編程語言。書中對如何將規範不變性嵌入到拉格朗日密度中,以及由此産生的荷守恒等基本原理的討論,簡潔而有力,直擊問題的核心。它沒有冗餘的討論,每一句話似乎都承載著巨大的信息量。對於那些尋求真正掌握規範場論的內在邏輯,而非僅僅停留在形式計算的讀者來說,這本書提供的視角是革命性的。它要求讀者以最高的專注度去閱讀和思考,但迴報是心智上的巨大提升和對現代粒子物理學理論框架的深刻洞察。

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我不得不說,這本書的結構編排極具匠心,它仿佛是一部精心設計的交響樂章,從最基礎的對稱群概念開始,層層遞進,最終匯聚到對四維時空復雜場論的完整描述。作者對於不同物理情境下,規範不變性所帶來的約束和自由度的精妙平衡把握得恰到好處。其中關於規範場的量子化部分,作者采用瞭非常詳盡的對比分析方法,使得讀者可以清晰地辨彆齣不同量子化方案(如協變規範與庫侖規範)在物理圖像上的細微差彆及其對計算結果的影響。這種對細節的執著,使得這本書超越瞭一般的綜述性質的文獻,成為瞭一本真正的“案頭寶典”。每當我對某個特定的數學技巧或物理圖像産生疑惑時,迴翻此書,總能找到作者用最簡潔、最深刻的方式給齣的完整解答。它不僅僅記錄瞭已有的知識,更像是記錄瞭一種研究規範理論的有效方法論。

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這部著作的物理學思想深度令人咋舌,作者對規範場論的理解達到瞭一個近乎哲學的境界。它不像許多教科書那樣隻是簡單地羅列公式和定理,而是深入挖掘瞭對稱性在自然界基本作用力中扮演的核心角色。閱讀過程中,我感覺自己像是被邀請進入瞭一個由數學結構構成的宏偉迷宮,每條路徑都通嚮對現實更深刻的洞察。作者在處理那些經典物理學中看似不協調的概念時,展現齣的駕馭能力令人欽佩。特彆是對於聯絡和麯率這些抽象工具,作者總能找到最直觀的物理圖像來加以闡釋,使得那些原本隻存在於高深數學領域的概念,變得觸手可及。這本書絕非易讀之作,它要求讀者具備紮實的數學基礎和對理論物理深厚的興趣,但一旦跨越瞭最初的門檻,它所帶來的智力上的滿足感是無與倫比的。它不僅僅是知識的傳遞,更是一種思維方式的重塑,引導讀者以一種全新的、更本質的視角去審視宇宙的基本構建模塊。這本書無疑是理論物理學領域的一座燈塔,照亮瞭理解規範場理論復雜性的崎嶇小徑。

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這本書的敘述風格帶著一種老派的、沉穩的學術氣質,它幾乎沒有使用任何花哨的語言或比喻,所有的重點都集中在概念的精確定義和邏輯的嚴密推導上。對我這個長期在實驗領域工作的人來說,它提供瞭一個絕佳的“理論透視鏡”,讓我得以清晰地審視我們日常處理的那些近似背後的深層結構。作者在構建理論模型時所展現齣的清晰的邏輯層次感,是許多現代教材所欠缺的。例如,他對楊-米爾斯理論的經典錶述如何自然地過渡到量子場論的路徑積分錶述,中間的銜接處理得非常平滑,幾乎是水到渠成。這本書的深度意味著它更適閤作為進階或研究生級彆的教材,那些初次接觸規範理論的學生可能會感到有些吃力,但如果能堅持下來,將會對物理學的核心框架建立起一種堅不可摧的信念。它成功地將抽象的數學工具與具體的物理實在緊密地聯係在一起,形成瞭一個自洽且極其優美的理論體係。

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初次翻開此書時,我被其詳盡的數學推導所震撼,它以一種近乎偏執的嚴謹性,構建起瞭四維時空中規範場論的完整框架。作者在代數幾何和微分幾何的交叉地帶遊刃有餘,每一步論證都如同精密的鍾錶機械,咬閤得天衣無縫。對於任何緻力於研究量子場論基礎的物理學傢而言,這本書提供瞭一個無可替代的參考基石。我特彆欣賞作者在引入力學和量子化過程中所花費的心力,他沒有迴避其中的技術難點,而是將其分解成一係列可操作、可驗證的步驟。書中對拓撲性質的討論,尤其是在邊界條件和瞬子(instantons)等非微擾效應的引入上,極大地拓寬瞭我們對經典規範理論極限的認知。坦率地說,這本書的閱讀體驗更像是在進行一項嚴苛的學術訓練,它不會輕易給齣答案,而是迫使讀者主動去構建自己的理解鏈條。對於那些渴望從根本上掌握規範場論數學語言的人來說,這本書的價值難以估量,它是通往前沿研究的必經之路。

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