Elementary Particles and the Laws of Physics pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Cambridge University Press

作者:Richard P. Feynman

出品人:

页数:110

译者:

出版时间:1999-7-13

价格:USD 19.00

装帧:Paperback

isbn号码:9780521658621

丛书系列:

图书标签:

• Physics
• 粒子物理学
• 基本粒子
• 物理学
• 量子力学
• 标准模型
• 高能物理
• 相对论
• 费曼图
• 量子场论
• 宇宙学

宇宙的基石：粒子物理学与量子场论的宏伟画卷 本书旨在为物理学爱好者、研究生以及寻求深入理解现代物理学基础的读者，提供一个全面、严谨且富有洞察力的导论。本书将引导读者穿越微观世界的迷宫，从亚原子粒子的奇异行为到支配宇宙运行的基本力，全面剖析当代粒子物理学的核心理论框架——量子场论（Quantum Field Theory, QFT）。 第一部分：经典世界的终结与量子革命的黎明 在深入探讨现代物理学的尖端领域之前，我们必须回顾那些奠定基石的经典理论，并理解它们在解释微观现象时遭遇的局限性。 第一章：狭义相对论的回响与能量-动量关系 本章首先回顾爱因斯坦的狭义相对论，重点阐述洛伦兹变换对时空概念的颠覆。我们将详细推导并探讨能量和动量的相对论性关系 $E^2 = (pc)^2 + (mc^2)^2$，这一公式不仅是连接粒子速度与能量的核心工具，也是后续量子场论构建的基石之一。我们将分析粒子在高速运动下的行为，如时间膨胀和长度收缩在实验中的体现，并引出“静止质量”与“相对论质量”的区分与联系。 第二章：波粒二象性与德布罗意物质波 量子力学的开端是挑战我们对物质本质的直觉。本章深入探讨光电效应、康普顿散射等实验如何确立光子的粒子性。随后，我们将转向物质的波动性，详细介绍德布罗意假设，并解释电子衍射实验如何证实物质波的存在。我们不仅会介绍薛定谔方程的结构，还会探讨其作为描述非相对论性粒子波函数的演化方程的物理意义。 第三章：不确定性原理与量子态的描述 海森堡不确定性原理是量子世界的标志性特征。本章将从数学上阐述位置和动量，以及能量和时间的不确定性关系，并探讨其在测量过程中的深层含义。随后，我们将介绍狄拉克符号（Bra-Ket Notation）作为描述量子态的标准数学语言，并解释算符、本征值和本征态在量子力学中的核心作用。我们还将初步探讨量子态的叠加原理和测量引起的波函数坍缩问题。 第二部分：相对论性量子力学的诞生与费曼的遗产 将量子力学与狭义相对论相结合是粒子物理学发展的必然要求。本部分将聚焦于相对论性量子方程的构建及其蕴含的深刻物理意义。 第四章：克莱因-戈登方程的尝试与自旋的引入 本章从一个相对论性的薛定谔方程——克莱因-戈登方程（Klein-Gordon Equation）开始，分析其在描述自旋为零的粒子（如希格斯玻色子）时的局限性，特别是负概率密度的出现。随后，我们将转向描述费米子（具有半整数自旋的粒子，如电子）的 Dirac 方程。我们将详细推导 Dirac 方程，并解释其自然地预言了电子的自旋为 $frac{1}{2}$ 这一实验事实。 第五章：狄拉克海与反物质的预言 狄拉克方程中出现的负能解曾一度困扰物理学家。本章将系统地阐述保罗·狄拉克对“狄拉克海”的解释，以及由此逻辑地推导出的反物质（如正电子）存在的必然性。我们将回顾佩雷尔曼和安德森在实验中发现正电子的里程碑事件，并确立“粒子-反粒子”对称性作为基本物理原则。 第六章：走向量子场论：量子化过程 为了实现对粒子产生和湮灭过程的自然描述，必须从描述单个粒子的波函数转向描述场的量子化。本章将作为通往量子场论的桥梁。我们将介绍经典场（如电磁场）的概念，并系统地阐述正则量子化方法，即如何将场的经典变量提升为算符，从而定义粒子的产生（Creation）和湮灭（Annihilation）算符。我们将详细考察自由标量场（如克莱因-戈登场）的量子化过程。 第三部分：量子场论的核心：规范理论与相互作用的描述 量子场论是描述基本粒子及其相互作用的标准模型（Standard Model）的数学框架。本部分将深入探讨如何利用场论来描述四种基本力。 第七章：费米子场的量子化与泡利不相容原理 与描述玻色子的产生/湮灭算符不同，描述费米子场（如电子场）的量子化必须遵循反对易关系，这自然地体现了泡利不相容原理。本章将介绍狄拉克场的量子化，并证明费米子场的算符满足特定的反对易代数，从而确保系统中不存在两个相同的费米子占据同一量子态。 第八章：相互作用的引入与微扰论基础 真正的物理世界充满了相互作用。本章将讨论如何通过将拉格朗日量分解为自由部分和相互作用部分来引入粒子间的耦合。我们将侧重于微扰论，特别是费曼图（Feynman Diagrams）的构建。费曼图不仅是计算相互作用概率幅的强大工具，也是理解粒子散射、衰变等过程拓扑结构的直观方式。 第九章：规范对称性与量子电动力学（QED） 规范对称性是现代物理学的基石。本章将重点讨论 U(1) 规范对称性，并展示如何从要求拉格朗日量在局域规范变换下保持不变，自然地导出电磁相互作用（即光子场与带电粒子场的耦合）。随后，我们将详细剖析量子电动力学（QED）——相对论性量子场论的第一个成功范例，讨论电子-电子散射和光子的产生等基本过程的费曼规则。 第十章：非阿贝尔规范理论：弱核力和强核力的基础 本章将进一步推广规范对称性，介绍非阿贝尔（Non-Abelian）群，如 SU(2) 和 SU(3)。我们将探讨 SU(2) 规范理论如何描述弱相互作用，以及 SU(3) 规范理论如何构成量子色动力学（QCD）的基础，描述夸克和胶子之间的强相互作用。我们将讨论 QCD 中“色荷”的概念以及与 QED 关键区别（如规范玻色子自身的相互作用）。 第四部分：量子场论面临的挑战与前沿展望 尽管 QFT 取得了巨大成功，但在高能极限下仍存在挑战，这引导了理论物理学家探索更深层次的原理。 第十一章：紫外灾难与重整化程序 在计算高阶微扰修正时，量子场论的积分通常会出现无穷大的结果，即所谓的“紫外灾难”。本章将系统地介绍重整化（Renormalization）的概念和技术。我们将解释“裸参数”与“物理参数”之间的关系，并讨论如何通过系统性的过程消除无穷大，从而得到有意义的、与实验相符的有限结果。我们将区分可重整化和不可重整化理论。 第十二章：渐进自由与夸克禁闭 本章将聚焦于强相互作用的两个奇特特性。我们将分析 QCD 中“渐进自由”（Asymptotic Freedom）的现象，即在极高能量（短距离）下，强相互作用力变弱的特性，并探讨其实验验证（如深度非弹性散射）。随后，我们将讨论“夸克禁闭”（Confinement），解释为何夸克和胶子无法以自由粒子的形式存在于低能区。 第十三章：标准模型的遗留问题与未来方向 本书最后将回顾粒子物理学标准模型（Standard Model）的成功，它统一了电磁力、弱力和强力。同时，我们将探讨标准模型留下的核心未解之谜：引力的缺失（量子引力问题）、暗物质和暗能量的存在、中微子质量的来源，以及希格斯机制背后的物理学。我们将简要介绍超越标准模型（BSM）的理论构想，如超对称性（Supersymmetry）和弦理论（String Theory）的初步概念，展望粒子物理学未来的研究方向。 本书的特点在于，它不仅提供了严谨的数学推导和清晰的物理图像，还通过历史背景和实验证据的穿插，构建了一个完整、连贯的现代物理学叙事。读者将不仅掌握计算粒子散射概率的工具，更将领悟支配我们宇宙最基本构件的深刻逻辑与美感。

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