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作者:Werth, G乶ther

出品人:

页数:275

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价格:1382.00

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isbn号码:9783540922605

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图书标签:

• 粒子阱
• 带电粒子
• 等离子体物理
• 加速器物理
• 离子阱
• 质谱
• 原子物理
• 真空技术
• 电磁场
• 束缚

跃迁之境：量子场论与信息时代的物理学前沿 作者：[虚构作者姓名] 出版社：[虚构出版社名称] 出版日期：[虚构日期] 页数：[虚构页数] --- 内容简介 本书《跃迁之境：量子场论与信息时代的物理学前沿》是一部旨在系统梳理和深入剖析现代物理学中两大核心支柱——量子场论（Quantum Field Theory, QFT）与信息物理学（Physics of Information）——交叉融合的学术专著。它避开了对经典粒子束缚、电磁学实验装置的直接描述，而是聚焦于理论框架的构建、数学工具的运用以及这些前沿理论如何驱动下一代信息技术和基础科学研究的范式转变。 本书的核心论点在于，信息不再仅仅是物理过程的描述者，而是物理实在本身的基本构成要素。通过对量子场论的深刻洞察，我们得以理解物质和能量如何在基本层面上进行信息编码、传输与处理。 全书共分为五大部分，结构严谨，逻辑递进，力求为高年级本科生、研究生及专业研究人员提供一个全面而富有启发性的视角。 --- 第一部分：量子场论的现代诠释与结构重构 本部分着重于对标准量子场论进行超越传统教科书叙述的现代重构。我们不再将量子场论视为经典场论的量子化，而是将其视为描述激发态和相互作用的根本语言。 第一章：从正则对易到量子算符 深入探讨了量子化过程的代数基础，侧重于Weyl-Wigner 积分和路径积分表述的现代应用，尤其是如何利用路径积分来自然地处理规范对称性和拓扑结构。重点分析了拓扑缺陷（如磁单极子和弦）在场论中的出现，这些缺陷本身即是信息的拓扑保护载体。 第二章：重整化群：从微观到宏观的尺度不变性 详细阐述了重整化群（RG）作为描述物理系统在不同尺度下行为的强大数学工具。我们探讨了固定点理论在确定临界现象中的关键作用，并将RG流的概念推广至更广阔的量子引力有效场论（EFT）框架中，讨论了有效场论的“截断”如何本质上是一种信息丢失的度量。 第三章：规范场论与杨-米尔斯理论的几何语言 这一章致力于用微分几何的语言重塑规范场论。我们详细推导了纤维丛结构在描述基本粒子相互作用中的必要性，并深入研究了Chern-Simons 理论在低维拓扑量子计算中的潜在应用，强调了规范不变性如何保证了物理信息的守恒性。 --- 第二部分：量子信息与场论的交汇点 本部分是全书的创新核心，探讨了如何将量子信息论的度量（熵、纠缠）引入到量子场论的分析中，以解决诸如黑洞信息悖论等根本性问题。 第四章：量子纠缠与真空结构 我们从冯·诺依曼熵和纠缠熵的角度重新审视真空态。特别是对Ryu-Takayanagi 公式进行了详尽的阐述，证明了在共形场论（CFT）中，边界上的纠缠熵与时空几何中的测地线长度之间的深刻联系。这部分内容清晰地表明了空间几何本身即是量子纠缠的宏观表现。 第五章：黑洞热力学与信息鸿沟 聚焦于黑洞信息悖论的现代解决方案。我们采用AdS/CFT 对偶（反德西特空间/共形场论对偶）作为分析工具，讨论了信息如何在视界面上被编码和转移。重点分析了防火墙悖论和软毛（Soft Hair）理论，这些理论都依赖于对信息耗散和恢复机制的精确量化。 第六章：量子场论中的误差校正码 探讨了如何利用场论的内在冗余性来构建容错量子计算结构。我们考察了表面码（Surface Codes）的拓扑性质，并将其与二维规范场论中的张量网络态（Tensor Networks）联系起来，展示了纠缠结构如何直接决定了计算的鲁棒性。 --- 第三部分：拓扑效应与物质新相 本部分将研究局域的场论性质如何涌现出全局的、拓扑的稳定特性，这些特性是下一代电子学和拓扑计算的基础。 第七章：拓扑绝缘体与时间反演对称性 深入分析了K-理论在分类拓扑绝缘体中的应用，重点关注Z2不变量如何表征材料的边界态。本章解释了电子在这些材料中“非局域”的拓扑保护，这与传统能带理论中的局域态描述形成鲜明对比。 第八章：分数量子霍尔效应与任意子 详细讨论了在强磁场下二维电子气中出现的分数量子霍尔效应（FQHE）。关键在于引入任意子（Anyons）的概念——既非玻色子也非费米子的准粒子。我们着重分析了任意子的非阿贝尔（Non-Abelian）统计性质，这是实现拓扑量子计算的物理基础。 第九章：磁通量编码与退火过程 考察了如何通过精确控制系统中的磁通量（即规范场的积分效应）来诱导出特殊的拓扑相。本章探讨了量子退火过程在寻找最低能量拓扑态中的作用，这与优化算法在解决组合优化问题中的应用有着深刻的数学同构性。 --- 第四部分：有效场论与高能物理的计算范式 本部分将视角转向高能物理领域，展示如何利用场论的有效性来处理极端条件下的物理问题，并将这些方法论应用于模拟复杂系统。 第十章：高温和高密度下的量子场论 研究了有限温度下的路径积分，并利用环路积分（Matsubara formalism）来分析夸克-胶子等离子体的性质。重点讨论了晶格场论（Lattice QCD）的计算限制与未来发展方向，特别是如何利用量子计算机来模拟这些非微扰区域。 第十一章：有效场论在标准模型之外的应用 探讨了如何将有效场论的框架应用到超越标准模型的物理学中，例如在寻找暗物质相互作用时的模型无关分析。本章强调了低能物理对高能细节的“遗忘”机制，这种遗忘是信息被有效压缩的体现。 第十二章：相变与临界现象的场论描述 从Callan-Symanzik 方程的角度系统地考察了任意阶的量子修正如何影响临界指数。这部分内容为理解复杂介观系统中的相变提供了严格的理论框架。 --- 第五部分：走向量子计算的未来 本书的收官部分展望了量子场论和信息物理学交叉领域对未来计算技术的深远影响。 第十三章：张量网络与模拟量子引力 深入探讨了MERA（多尺度纠缠重整化 ansatz）等张量网络结构，它们是CFT在离散网格上的精确表示。我们将这些数学工具视为连接离散信息结构与连续时空几何的桥梁。 第十四章：量子计算对物理学的反哺 分析了通用量子计算机（如基于拓扑保护的计算机）如何使我们能够模拟出传统计算机无法处理的、强耦合的场论问题。重点讨论了量子模拟器在精确计算薛定谔方程解和计算高阶相关函数方面的潜力。 第十五章：信息物理学的哲学与前沿挑战 最后，本书探讨了信息在物理实在中的终极地位。我们讨论了信息守恒与能量守恒的关系，并提出了开放性问题：是否所有的基本物理定律最终都可以被重述为信息处理的规则？这为读者留下了对未来物理学方向的深刻思考。 --- 本书特色 本书的特点在于其高度的理论深度和跨学科的融合性。它要求读者对量子力学和经典场论有扎实的预备知识，但通过引入最新的数学工具（如高阶拓扑不变量、非阿贝尔统计）和前沿概念（AdS/CFT、张量网络），本书为读者提供了一个理解现代物理学核心挑战的独特窗口。它摒弃了对实验装置细节的描述，转而专注于理论框架的严密性、数学结构的优雅性及其在信息科学中的应用潜力。全书论证清晰，公式推导详尽，旨在成为该交叉领域内不可或缺的参考书。

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《Charged Particle Traps》这个名字，实在是有种独特的魅力。它不像那些大众科普读物那样试图用华丽的辞藻来吸引读者，而是直接点明主题，透露出一种严谨而扎实的学术风格。这让我不禁猜测，这本书的作者一定是一位在这个领域有着深厚造诣的学者。我好奇的是，这本书的叙事方式会是怎样的？是会采用纯粹的理论推导和公式讲解，那样可能对我来说有些吃力；还是会通过大量的实验案例和历史发展脉络来展现粒子陷阱的演进？我个人更倾向于后者，因为通过实际的应用场景来理解科学原理，往往更容易让我产生共鸣。这本书会不会像一位经验丰富的导游，带领我参观那些精密的实验室，介绍那些令人惊叹的实验装置？我希望它能够解答我心中一直存在的疑问：为什么我们需要“捕获”带电粒子？仅仅是观察它们吗？还是有更深层次的目的？这本书会不会让我对“捕获”这个动作产生全新的理解，认识到其在科学研究和技术发展中所扮演的关键角色？我期待它能给我带来知识的冲击，同时也能激发我进一步探索的兴趣。

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这本《Charged Particle Traps》的书名，一开始就勾起了我极大的好奇心。作为一个对科学探索充满热情，但又非专业人士的我来说，“Charged Particle”这个词组就自带一种神秘感，它让人联想到微观世界的粒子、电荷、能量的碰撞与互动。而“Traps”这个词，则更添了几分戏剧性，仿佛是在描述一种巧妙的设计，一种捕获和控制这些微小却至关重要的粒子的技术。我脑海中立刻浮现出各种科幻电影中的场景，那些试图控制能量、改变物质形态的装置，或者是用于研究粒子性质的高精度仪器。我迫不及待地想知道，这本书究竟会带领我进入一个怎样的世界？它会揭示哪些鲜为人知的物理现象？是会深入探讨理论物理的晦涩概念，还是会展示工程学上的精巧发明？我希望它能以一种引人入胜的方式，将复杂的科学原理呈现出来，让我这个门外汉也能窥得其中的奥妙。也许，它会像一本精彩的侦探小说，一步步揭开粒子世界的层层谜团，让我沉浸其中，无法自拔。我尤其期待书中能够配有精美的插图和详细的图解，这样即使是那些抽象的物理概念，也能变得更加直观和易于理解。

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当我看到《Charged Particle Traps》这个书名的时候，我的第一反应是，这一定是一本关于某种非常具体、高度专业化技术的书籍。它让我想到物理学中那些至关重要的实验技术，这些技术往往是理解和操纵基本粒子世界的钥匙。我不太确定这本书会涉及哪些具体的“陷阱”类型，是那些用于高能物理实验的巨型装置，还是在实验室里小巧精致的仪器？不过，无论如何，我都能想象到，要做到“捕获”带电粒子，必然涉及到极其精密的电磁场控制和真空技术。这本书会不会详细讲解这些技术的原理和实现方法？我希望它能够以一种清晰、有条理的方式来介绍，即使是一些复杂的概念，也能通过恰当的比喻和图示来解释清楚。我脑海中浮现出许多可能应用的场景：从基础的粒子探测，到复杂的原子钟，再到未来可能实现的量子计算机。我希望这本书能让我了解到，这些“粒子陷阱”并非仅仅是理论上的构想，而是已经被实际制造出来，并且在不断推动科学前沿的强大工具。

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《Charged Particle Traps》这个名字，单单从字面上看，就已经充满了科学的严谨和探究的意味。它不像某些标题党那样哗众取宠，而是直接切入核心，预示着内容的深度和专业性。我猜测这本书可能是一部关于如何设计、建造和使用各种粒子陷阱的详尽指南，或者是一本梳理粒子陷阱发展历程和重要突破的学术专著。我比较好奇的是，书中会涉及多少不同种类的粒子陷阱？它们各自的原理有何异同？又分别适用于哪些特定的研究领域？我希望这本书能够帮助我理解，为什么对带电粒子的精确控制如此重要，它在现代科学研究中扮演着怎样的关键角色。或许，书中会介绍一些历史上著名的粒子陷阱实验，以及它们是如何帮助科学家们揭示出物理世界的奥秘的。我也期待它能展现一些粒子陷阱在实际应用中的案例，比如在医疗成像、材料科学或者通信技术等领域。这本书给我的感觉是，它会像一把开启粒子世界大门的钥匙，让我窥见其中精巧的机制和无限的可能性。

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我最近在书店里偶然翻到了这本《Charged Particle Traps》，当时就被它朴素却又充满力量的书名吸引住了。这种直白却又富有深意的命名方式，让我感觉这本书一定是在某个特定领域有着非常深入的研究。我并不是物理学领域的专家，但对那些能够改变世界、推动科技进步的根本性理论和技术总是充满敬意。这本书会不会是关于如何精确地控制和操纵带电粒子的技术手册？我想象着书中会详细介绍各种粒子陷阱的原理，比如射频陷阱、离子阱、电磁阱等等，以及它们在不同领域的应用，像是质谱分析、粒子加速器、量子计算、甚至是核聚变研究。我希望这本书能够提供一个宏观的视角，让我理解为什么控制带电粒子如此重要，以及这些“陷阱”是如何在微观尺度上实现如此精密的捕获和测量。也许，书中会包含一些关于最新研究进展的介绍，让我了解到这个领域的前沿技术是如何不断突破的。我期望它能够帮助我建立起一个清晰的框架，理解这个看似专业的领域是如何与我们的日常生活息息相关的，或者又是如何孕育着未来的颠覆性技术。

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