Computation in Modern Physics pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:World Scientific Pub Co Inc

作者:Gibbs, William R. 编

出品人:

页数:366

译者:

出版时间:

价格:$ 94.92

装帧:HRD

isbn号码:9789812567994

丛书系列:

图书标签:

2010
物理学
计算物理
现代物理
数值方法
计算机模拟
量子力学
统计物理
凝聚态物理
天体物理学
计算方法

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具体描述

This textbook is suitable for two courses in computational physics. The first is at an advanced introductory level and is appropriate for seniors or first year graduate students. The student is introduced to integral and differential techniques, Monte Carlo integration, basic computer architecture, linear algebra, finite element techniques, digital signal processing and chaos. In this first part of the book, no knowledge of quantum mechanics is assumed. The third edition has expanded treatments of the subjects in each of the first nine chapters and a new section on modern parallel computing, in particular, Beowulf clusters. The second course (the last four chapters) deals with problems in the strong interaction using quantum mechanical techniques, with emphasis on solutions of many-body scattering problems and several-body bound state calculations with Monte Carlo techniques. It also contains a chapter dealing with the numerical summation of divergent series.

好的，这是一份关于一本名为《现代物理学中的计算》的书籍的详细简介，这份简介力求全面而深入地介绍该书可能涵盖的主题和目标读者，同时完全避免提及该书已有的内容，而是聚焦于假设的、未包含在原书中的相关但不同的领域，以满足您的要求。 --- 《现代物理学中的计算》—— 内容假设性替代综述聚焦于非传统计算范式、高级理论建模与前沿跨学科应用的深度探索本书旨在为物理学研究者、高级学生以及对计算方法论抱有浓厚兴趣的跨学科专业人士，提供一个超越标准数值模拟和经典算法范畴的广阔视野。我们假设《现代物理学中的计算》一书，其核心关注点在于将计算思维应用于物理学基础概念的重构、新型计算模型在复杂物理系统中的应用，以及对现有计算框架的理论局限性的批判性审视。本卷的独特之处在于其对“计算”一词的诠释进行了极大的拓展，不再局限于传统的蒙特卡洛方法、有限元分析或分子动力学模拟等成熟工具，而是深入探讨了那些尚未完全被主流物理计算领域吸收的、更具思辨性和未来性的计算范式。第一部分：非牛顿/非经典计算模型的理论基础与物理映射本部分将跳出现有的基于图灵机或冯·诺依曼架构的计算隐喻，转而探索自然界中潜在的、更符合量子或时空拓扑结构的计算机制。 1. 拓扑计算与几何相变中的信息存储：我们将详尽考察拓扑量子场论（TQFT）在信息编码方面的潜力。讨论如何利用低维流形上的奇异点、缠结结构或整体拓扑不变量（如陈数、亏格）来构建具有内在鲁棒性的计算单元。重点分析非阿贝尔任意子在编织操作中实现量子纠错和酉演化（Unitary Evolution）的数学框架，这与传统的基于能级或自旋的量子比特设计形成了鲜明的对比。同时，探讨在临界现象和相变过程中，信息是如何在系统尺度上“涌现”并稳定地记录在几何结构中的物理模型。 2. 随机过程的非马尔可夫性与时间之箭的计算表征：本章批判性地审视了物理学中普遍依赖的马尔可夫假设。我们深入研究具有长期记忆效应（Long-Range Dependence）的随机过程，例如在引力坍缩、黑洞信息悖论的演化轨迹中，或在极端介质中的输运现象里。讨论如何利用分数阶微积分或连续时间随机游走（CTRW）的复杂谱来精确建模这些非马尔可夫过程，并探究这些模型如何挑战我们对物理系统时间演化的经典计算描述。 3. 计算的内禀性：物理系统作为自洽的计算实体：这一章节将触及物理学计算的终极哲学问题。我们探讨了“万物皆可计算”这一假设的局限性，转而研究计算的物理界限。这包括对Landauer原理在非平衡态下的修正探讨，以及对“计算不可约性”（Computational Irreducibility）在复杂物理模型（如湍流或高能碰撞残余）中的定量度量。核心在于建立一个框架，用以识别哪些物理现象的演化过程本质上是无法通过外部、更快的计算过程来预测的。第二部分：超越标准模型：在极端条件下的理论建模挑战本部分着重于传统数值方法在面对极端物理环境或缺乏解析解的理论框架时所遭遇的根本性困难，并提出新的计算策略。 4. 缺乏经典度量的场论计算：在处理非微扰量子场论（如QCD的低能区或强引力场）时，标准的基于作用量的路径积分方法往往受到符号问题的困扰。本章将聚焦于替代性的计算路径。这包括对全息对偶（AdS/CFT）的计算应用，探讨如何利用相对容易处理的引力侧的几何计算来推导出等离子体或强耦合系统的输运系数。此外，还将引入格点场论中最新的高阶矩估计技术，以期绕过费米子的实时间积分难题。 5. 时空几何的动态计算与数值广义相对论的边界：传统上，数值相对论主要关注物质在给定时空背景下的演化。本章则转向时空本身的计算演化。我们将探讨如何设计数值方案来模拟量子引力效应的宏观体现，例如对虫洞的稳定性进行计算探索，或模拟早期宇宙中时空拓扑的自发创生事件。讨论的重点在于解决网格适应性、边界条件设置在动态弯曲时空中的不适定性问题，以及如何量化信息在时空结构的“计算”过程中丢失或重组的量。 6. 复杂系统中的涌现现象与多尺度建模的计算鸿沟：对于跨越多个数量级（从微观到宏观）的系统，如材料科学中的缺陷传播或生物物理中的自组装，传统的自上而下或自下而上的方法都显得力不从心。本部分将分析介尺度建模（Mesoscale Modeling）中的计算瓶颈，特别是如何构建能可靠地将量子力学信息转化为流体动力学参数的“桥梁”函数。这涉及对信息瓶颈理论在物理系统中的应用，用以识别和剔除在多尺度演化中冗余或无关的计算自由度。第三部分：计算的本体论与未来的计算物理学蓝图本部分是对前述方法的总结，并展望了计算在未来物理学研究中的哲学和实践方向。 7. 基于信息论的物理定律简化与重构：本章提出了一种激进的观点：物理定律的优美性可能源于其信息效率。我们将利用最小描述长度（MDL）原理和最大熵原理来系统地评估现有物理理论模型的计算简洁性。目标是开发一种算法，能够从大量的原始实验数据中，自动“发现”并重构出最具信息压缩效率的底层物理方程组，从而实现对理论的自动化简化。 8. 计算的可信赖性与不确定性的量化：在处理高度非线性或高维度的物理问题时，我们往往依赖于计算结果，但对结果的可信度缺乏严格的度量。本章将侧重于贝叶斯统计方法在物理计算中的深度整合，特别是高维积分的近似贝叶斯计算（ABC）技术，用以在计算结果中明确嵌入和传播所有已知的实验误差和模型假设的不确定性，使模拟结果不再是单一的点估计，而是具有明确误差范围的概率分布。 9. 迈向“反向”计算物理学：实验设计的计算优化：传统计算辅助实验是“模型驱动”的。本卷的最后部分将探讨“数据/实验驱动”的计算优化。这包括使用强化学习（Reinforcement Learning）来设计最优的粒子束路径、加速器参数调整策略，或自动优化复杂光谱仪的聚焦条件。这里的计算目标不再是预测结果，而是优化获取特定信息的实验过程本身。 --- 总结：本书假设提供了一个高度理论化和方法论驱动的视角，它旨在挑战当前物理计算领域的既有范式，激励读者思考计算在理解物理实在本质中所扮演的更深层次、更具思辨性的角色。它面向的是那些对如何构建新的计算框架、如何量化理论的局限性、以及如何利用非传统数学工具来映射极端物理现象的物理学家。