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出版者:Springer Verlag

作者:Harris, John W./ Stocker, Horst

出品人:

页数:1064

译者:

出版时间:1998-7

价格:$ 111.87

装帧:HRD

isbn号码:9780387947464

丛书系列:

图书标签:

• 数学
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现代物理前沿探索：从量子场论到宇宙学 本书聚焦于二十一世纪物理学面临的最为深刻和前沿的挑战，旨在为对理论物理有扎实基础的研究人员和高年级研究生提供一个全面、深入的导览。它不局限于某一特定领域，而是横跨宏观与微观的边界，探讨从粒子物理的标准模型（Standard Model）的局限性到宇宙大尺度结构形成与演化的最新理论进展。 全书共分为五大部分，共计十五章，结构上力求逻辑的严密性和概念的连贯性，确保读者能够平稳地跨越不同物理尺度的思维鸿沟。 --- 第一部分：量子场论的深化与扩展（Deepening and Extending Quantum Field Theory） 本部分对标准量子场论（QFT）的基础进行系统性的回顾与拓展，重点关注如何处理理论中的无穷大问题，并将其应用于更复杂的物理体系。 第一章：重整化群的几何化视角 本章放弃传统的微扰论视角，转而采用基于流（Flow）和空间（Space）的观点来理解重整化群（Renormalization Group, RG）。我们深入探讨了 Wilsonian 有效场论（Effective Field Theory, EFT）的非微扰方面，特别是如何利用共形场论（Conformal Field Theory, CFT）的固定点来刻画系统的普适性行为。通过分析共形窗口（Conformal Windows）在强相互作用体系中的应用，例如某些非微扰 QCD 现象，读者将领会 RG 流程的内在结构。本章引入了张量网络（Tensor Networks）作为研究多体系统 RG 流的强大数学工具，探讨了其在理解拓扑相变中的潜力。 第二章：超越规范对称性：非阿贝尔霍斯群与规范场 本章探讨了在不诉诸标准模型框架下，如何构建和分析具有更复杂内部对称群的规范理论。重点在于研究非阿贝尔规范场在弯曲时空背景下的行为。我们详细分析了实例，例如 SU(N) 理论的畴壁（Domain Walls）结构及其在早期宇宙中可能留下的痕迹。此外，还讨论了 Cherns-Simons 理论作为 Chern-Weil 理论在三维时空中的低阶近似，及其在拓扑量子计算中的潜在联系。 第三章：高阶圈图计算与超对称的迹象 本章集中于现代高精度实验对理论预测的严格要求。我们将探讨计算高阶圈图（Higher-loop Calculations）的现代技术，如微分方程方法（Differential Equations Approach）和母函数技巧（Master Integral Techniques）。随后，我们将这些技术应用于探索轻微超对称（Slight Supersymmetry）模型的现象学，特别是如何利用精确计算的衰变宽度和散射截面来限制超对称粒子的质量尺度，并讨论无超荷（NOH-Lightest）超对称粒子的可行性。 --- 第二部分：强相互作用物理学：QCD 的非微扰领域（Strong Interaction Physics: Non-Perturbative QCD） 本部分将焦点转向量子色动力学（QCD）中的强耦合区域，这是传统微扰方法失效的关键领域。 第四章：格点 QCD 与非线性激发 本章首先介绍了格点 QCD（Lattice QCD）的最新进展，特别是关于如何处理重子物质（Baryonic Matter）的奇点问题（如李场问题）。我们详细分析了利用格点方法对核子结构（Nucleon Structure）的精确计算，包括其质量、自旋组分和电荷分布的最新结果。随后，探讨了在极端条件下（高密度、高温度）QCD 的相图，重点关注夸克-胶子等离子体（Quark-Gluon Plasma, QGP）的动力学演化和粘滞度（Viscosity）的微观计算。 第五章：渐近自由与夸克禁闭的统一框架 本章尝试弥合渐近自由（Asymptotic Freedom）和夸克禁闭（Confinement）之间的理论鸿沟。通过引入磁单极子和胶子环（Gluon Flux Tubes）的拓扑结构，我们分析了 Gribov 袢（Gribov Copies）在禁闭机制中的作用。此外，还探讨了瞬子（Instanton）和瞬子团（Instanton Liquid）模型对低能 QCD 谱的重要性。 --- 第三部分：引力、时空与量子信息（Gravity, Spacetime, and Quantum Information） 本部分是理论物理中一个快速发展的交叉领域，探讨量子力学、信息论与广义相对论的深刻联系。 第六章：黑洞信息悖论的量子信息视角 本章不再将黑洞信息悖论视为纯粹的引力问题，而是将其置于量子信息论的框架内。我们深入分析了页一（Page Curve）的推导，并重点讨论了软毛理论（Soft Hair Hypothesis）和量子纠缠的几何对应（Entanglement Wedge/Islands）。本章对 ER=EPR 猜想进行了严谨的数学阐述，并评估了其在 AdS/CFT 对应中的具体体现。 第七章：AdS/CFT 对应的新工具与局限 本章全面回顾了反德西特/共形场论（AdS/CFT）对应在解决非微扰引力问题中的成功。重点介绍了高阶修正（如边缘修正和边界项）对全息对偶的影响。我们深入研究了大 N 展开的修正项如何映射到引力边的低阶修正，特别是对高曲率时空几何的描述。同时，批判性地分析了该对应在描述我们宇宙所必需的德西特（de Sitter, dS）时空时的挑战。 第八章：量子引力的现象学探索 本章探讨了在不依赖完整量子引力理论的前提下，如何寻找量子引力效应的实验信号。这包括对洛伦兹不变性微小破缺的搜寻（例如，通过观测高能伽马射线暴的色散关系）以及对弦理论景观（String Theory Landscape）中特定低能有效理论的筛选方法。本章还介绍了对引力子背景场量子涨落的计算技术。 --- 第四部分：超越标准模型：统一的理论构想（Beyond the Standard Model: Unified Frameworks） 本部分关注粒子物理中悬而未决的问题，如质量的起源、暗物质和暗能量的身份。 第九章：希格斯物理学的未来与复合粒子模型 本章从对标准模型希格斯玻色子的精确测量出发，探讨了其质量和耦合常数中可能存在的非最小（Non-Minimal）行为。我们详细分析了费米子与希格斯耦合的微小偏差如何暗示新的复合电弱尺度物理（Composite Higgs Models）。重点讨论了对“自然性”（Naturalness）危机的不同理论回应，包括大层（Split Fermions）模型和非最小的强耦合模型。 第十章：暗物质的微观起源与探测 本章对暗物质的理论模型进行了分类和深入分析。除了传统的弱相互作用重粒子（WIMP）之外，我们集中讨论了轴子（Axions）和惰性中微子（Sterile Neutrinos）的最新发展。重点介绍了轴子场的非线性动力学及其在早期宇宙中对结构的贡献，并对比了不同探测技术的极限和互补性。 第十一章：中微子质量的机制与大统一理论（GUTs） 本章深入探讨了中微子质量的起源。通过对零阶（Seesaw I）、一阶（Seesaw II）和二阶（Seesaw III）机制的数学构建，我们分析了它们的动力学承诺和实验可检验性。随后，我们将这些机制嵌入到更高维度的统一理论中，特别是 SU(5) 和 SO(10) GUTs，并探讨了质子衰变的实验限制如何塑造了这些模型的参数空间。 --- 第五部分：宇宙学：从暴胀到大尺度结构（Cosmology: From Inflation to Large-Scale Structure） 本部分将理论工具应用于描述宇宙的演化和整体结构。 第十二章：暴胀模型中的非线性动力学 本章对暴胀（Inflation）理论的广义框架进行考察，重点关注了非标准暴胀势能（Non-standard Potentials）下的动力学演化。我们详细分析了多场暴胀（Multi-field Inflation）的轨迹，特别是其对原初引力波谱（Primordial Gravitational Waves）和非高斯性（Non-Gaussianity）的修正。本章还涉及了对星生成（Preheating）的非线性分析，以及如何利用 CMB 数据区分不同的暴胀模型。 第十三章：暗能量的动力学与修正引力 本章批判性地评估了当前描述暗能量的两种主要途径：宇宙学常数（Λ）与动态暗能量（Dynamic Dark Energy）。我们深入探讨了哈密顿-雅可比方法在处理 FRW 动力学中的应用，以及如何通过修改爱因斯坦场方程（如 f(R) 引力或张量-矢量-标量理论，TeVeS）来解释加速膨胀。本章特别关注了这些修正引力理论如何通过修改引力在星系尺度上的行为来通过重力透镜实验的检验。 第十四章：原初扰动的演化与可观测性 本章关注从暴胀结束到宇宙微波背景（CMB）形成期间的物质和引力子扰动的线性与非线性演化。我们使用双场（In-In）形式主义来计算密度和引力子扰动的功率谱，并讨论了对斯托克（Szekeres）度规的分析如何影响对早期宇宙拓扑结构（如弦或膜）的搜寻。 第十五章：星系形成与数值模拟的挑战 本章最后将理论预测与实际观测数据对接。我们分析了冷暗物质（CDM）模型在小尺度（例如矮星系）上面临的挑战（如核心-晕问题）。重点介绍了最新的宇宙学数值模拟技术（如水力学模拟）如何整合磁场、辐射压力和化学演化过程，以更真实地再现星系的形成历史和物质分布，为检验基本粒子模型的参数提供了最后的观测约束。 --- 结论： 本书旨在推动读者超越现有知识的边界，激发对基础物理学未解之谜的深入思考和创新性研究。书中所述方法和概念，均是当前理论物理研究领域中最活跃、最前沿的课题。

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