数字物理教学典型案例 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:高等教育

作者:李元杰

出品人:

页数:184

译者:

出版时间:2008-1

价格:18.80元

装帧:

isbn号码:9787040226676

丛书系列:

图书标签:

• 数字物理
• 物理教学
• 教学案例
• STEM教育
• 教育技术
• 翻转课堂
• 物理实验
• 信息技术
• 教学创新
• 高等教育

好的，这是一份图书简介，聚焦于《数字物理教学典型案例》以外的其他领域，力求内容详实、专业且引人入胜。 --- 图书简介：跨越界限的探索与实践 书名：《时空几何与前沿量子场论：基础原理、计算模型及宇宙学应用》 内容概要 本书旨在为高等院校物理学、数学以及理论科学领域的学生、研究人员和专业人士提供一套全面、深入且极具实践指导意义的教材与参考资料。它系统性地梳理了现代物理学两大支柱——广义相对论所描述的时空几何与量子场论（QFT）所描述的微观相互作用——这两大领域的前沿交叉与计算方法。全书结构严谨，从基础概念的重建出发，逐步深入到尖端研究课题，特别是那些在粒子物理、凝聚态物理以及宇宙学前沿中亟待解决的问题。 第一部分：广义相对论的几何框架与动态演化 本部分聚焦于爱因斯坦广义相对论（GR）的数学结构与物理图像，强调从微分几何视角理解时空的弯曲性质。 第一章：黎曼几何基础与度规张量 详细介绍了流形、切空间、张量代数在物理学中的应用。重点解析了闵可夫斯基时空与弯曲时空之间的几何差异，并深入探讨了如何利用协变导数和里奇张量来描述物质的存在对时空结构的影响。引入了拖曳场理论（Frenkel-Darboux）的现代阐释，为后续的运动学分析奠定坚实的基础。 第二章：爱因斯坦场方程的精确解法与物理诠释 本书不满足于讲解场方程本身，而是侧重于求解方法论。我们详细分析了真空场方程（R_{mu u} = 0）的解，包括施瓦西解（描述静态球对称引力场）和克尔解（描述旋转黑洞），并利用Penrose-Hawking奇点定理对这些解的物理边界进行了严格的数学论证。此外，针对非真空解，引入了数值相对论（Numerical Relativity）的初步概念，阐述了如何通过规范选择（如ADM方法）来构造可解的初始值问题。 第三章：引力波的产生、传播与探测 本章探讨了爱因斯坦场方程的线性化近似，导出了引力波的线性方程。详细分析了四极矩公式的推导过程及其在双星系统（特别是双中子星和黑洞并合）中的应用。针对当前的LIGO/Virgo/KAGRA探测网络，深入讨论了波形建模（Waveform Modeling）中的后牛顿近似（Post-Newtonian Expansion）方法，并对比了频域与时域信号处理技术在从背景噪声中提取微弱引力波信号时的优势与挑战。 第二部分：量子场论的微观结构与相互作用 本部分构建了标准的粒子物理模型的基础——量子场论，重点关注其重整化技术和对基本力的描述。 第四章：经典场论的量子化路径 从拉格朗日密度出发，系统性地介绍了正则量子化和路径积分（Path Integral）两种主要的量子化方法。详细阐述了自由标量场、狄拉克旋量场和电磁场（光子）的二次量子化过程，并强调了路径积分方法在处理费曼图和规范场论中的优越性。 第五章：相互作用与费曼规则的构建 本章是连接理论与实验的关键。我们详细推导了量子电动力学（QED）的拉格朗日量，并基于此推导出全套的费曼规则。重点讨论了高阶微扰展开中出现的紫外无穷大问题，并深入剖析了重整化程序（Renormalization）的物理意义，解释了“有效场论”的概念如何使得高能物理计算在低能尺度上保持有限且可预测。 第六章：杨-米尔斯理论与标准模型基础 本章将视角转向强相互作用和弱相互作用的规范场论描述。详细介绍了非阿贝尔群（SU(2) x U(1) x SU(3)）的规范不变性原理，并解释了自发对称性破缺（SSB）在赋予W和Z玻色子质量方面的核心作用（希格斯机制）。对$ ext{QCD}$中的渐近自由现象进行了深入的群论分析，并探讨了夸克-胶子等离子体的基本性质。 第三部分：时空几何与量子场论的交叉前沿 本部分探索了当前理论物理中最活跃、最具挑战性的交叉领域，即量子引力效应的半经典处理。 第七章：量子场论在弯曲时空中的应用 本章将前两部分的内容相结合。重点研究了在背景引力场中（如黑洞附近）量子场的行为。详细推导了霍金辐射的半经典过程，并对信息悖论（Information Paradox）的现有理论框架进行了批判性回顾。引入了安德森-杜瓦尔（Anderson-Duval）世界线的概念，用于描述弯曲时空中粒子的量子激发。 第八章：有效场论与引力学的低能修正 探讨了如何将量子引力效应视为一个非重整化的有效场论。通过引入爱因斯坦-希尔伯特作用量的更高阶修正项（如$ ext{R}^2$修正），分析了这些修正项对早期宇宙暴胀模型和宇宙学常数的潜在影响。本章还讨论了AdS/CFT对偶（反德西特空间/共形场论对应）作为一种非微扰工具，在理解引力与量子纠缠关系方面的最新进展。 第九章：计算模型与数值模拟方法 本章侧重于现代计算物理工具在解决复杂几何和场论问题中的应用。详细介绍了格点场论（Lattice QCD）的基本算法，包括蒙特卡洛方法在计算强子质量谱中的应用。对于时空几何问题，系统阐述了有限元方法（FEM）在模拟极端引力事件（如中子星并合）中的网格划分、边界条件设置与数值稳定性控制。本书提供了数个基于Python/C++的简化模型代码框架（不含完整求解器），旨在帮助读者将理论转化为可操作的模拟实例。 目标读者 本书是为物理学研究生和高年级本科生量身定制的，尤其适合有志于从事粒子物理、宇宙学和理论天体物理研究的读者。对于希望从传统分析方法转向现代计算物理和几何分析的工程师和应用数学工作者，本书亦提供了必要的理论深度和计算工具集。通过本书的学习，读者将能够掌握现代理论物理的核心语言，并具备独立开展前沿课题研究的坚实基础。 ---

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