Aspects of Gravitational Interactions pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Srivastava, S. K./ Sinha, K. P.

出品人:

页数:276

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出版时间:

价格:689.00元

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isbn号码:9781560725756

丛书系列:

图书标签:

• 引力
• 广义相对论
• 引力波
• 黑洞
• 宇宙学
• 天体物理学
• 相对论
• 物理学
• 时空
• 引力理论

理论物理学前沿：时空结构与量子场论的交汇 一本深入探讨现代物理学核心概念的权威著作 本书旨在为读者提供一个全面而深入的视角，审视当前理论物理学中最引人注目和最具挑战性的领域。它摒弃了对单一现象的浅尝辄止，而是致力于构建一个宏大的理论框架，将经典理论的精髓与量子世界的深邃奥秘相结合，特别是聚焦于广义相对论的后继发展、量子场论在弯曲时空中的应用，以及弦论和圈量子引力等前沿尝试的最新进展。 全书的结构设计遵循逻辑的递进性，从对经典时空几何的精确描述出发，逐步过渡到量子层面的不确定性与非定域性。 第一部分：时空几何的精细刻画与经典场论的深化 本书的开篇部分将全面梳理经典时空几何的数学基础，但重点超越了标准教科书的处理方式，深入探讨了黎曼几何在描述极端物理条件下的局限性与必要性。 第一章：弯曲时空的拓扑与微分结构 本章详细解析了流形理论，不仅涵盖了基础的切空间、张量分析，更引入了同调论和上同调论在描述时空拓扑缺陷（如虫洞边界、奇点附近区域）中的应用。我们探讨了霍金辐射的几何起源，着重分析了事件视界面附近的共形几何性质，并引入了Penrose-Hawking奇点定理的现代推广，探讨了在非真空或非守恒能量场存在下，奇点形成的条件如何被放松。 第二章：经典场论的规范不变性与能量守恒 本部分聚焦于经典场论的更高层次的结构。我们从爱因斯坦场方程的拉格朗日量密度出发，推导了能量-动量张量，并讨论了诺特定理在弯曲时空中的精确表述及其与能量守恒的复杂关系。重点讨论了重力场方程的初值问题，阐述了如何用庞加莱不变性或更高维的对称性来约束经典解的行为。此外，还深入分析了爱因斯坦-杨-米尔斯理论在轴对称或球对称背景下的精确解，特别是磁单极子和涡旋线的稳定性分析。 第三章：引力波的动力学与后牛顿近似的极限 本章专门处理由物质运动产生的时空扰动。我们不仅仅停留在线性化引力波方程的求解上，而是详细分析了强场耦合问题。通过对后牛顿近似（Post-Newtonian formalism）的更高阶修正的计算，本书展示了如何精确预测双星系统的轨道衰减率，并讨论了这些修正如何影响对引力波波形（如并合事件）的数值模拟。重点关注了有效场论（EFT）方法在描述低频引力波源时的应用。 第二部分：量子场论在背景时空中的展开 理论物理学的核心挑战在于如何将量子力学与广义相对论统一起来。本部分专注于将量子场论的工具箱应用于由经典场论确定的背景时空之中。 第四章：量子场论的重整化与背景依赖性 本书探讨了带质量场和无质量场（如光子、引力子）在静态或时变背景下的量子行为。核心内容集中在安德森-迪克效应（Unruh Effect）的严格推导及其与加速参考系的关系。对于黑洞视界附近的量子化过程，我们详细分析了Bogoliubov 变换，并展示了如何从热力学角度理解黑洞熵与量子激发数的关系。关于真空能的定义，本章深入讨论了芝诺效应与动态不确定性原理在弯曲时空中的体现。 第五章：有效量子引力：重整化群与小距离行为 面对量子引力理论的非重整化问题，本章探讨了有效场论（EFT of Gravity）的框架。我们构建了包括所有可能的高阶导数修正项的拉格朗日量，并研究了其在低能量极限下的有效性。关键内容包括牛顿引力常数的量子修正，以及四阶导数修正项对宇宙学常数的影响。我们使用重整化群流的方法来分析理论在紫外区域的行为，并讨论了这些分析如何暗示了理论的有效性截止尺度。 第六章：量子信息与时空几何的关联 这是本书中最具前瞻性的章节之一，探讨了量子信息论如何为理解时空结构提供新的视角。我们详细阐述了Ryu-Takayanagi 猜想及其在AdS/CFT对偶中的推广（HRT公式），解释了量子纠缠如何“建构”或“测量”时空的几何距离。具体分析了在特定拓扑结构（如环形空间或具有边界的区域）下，纠缠熵的计算方法及其对视界面积定律的意义。 第三部分：量子引力的候选理论的结构性分析 本书的最后一部分将对当前最具影响力的两种量子引力尝试——弦论与圈量子引力——进行深入、公正的比较和分析。 第七章：弦理论中的低能有效作用量与对偶性 本章不涉及高维紧致化的细节，而是专注于弦论的有效场论层面。我们推导了IIA和IIB型超弦理论的低能有效作用量，着重分析了这些作用量中包含的迪拉格-阿尔尼-费雷罗（D’Adamo-Alonso-Ferrero）场的结构，并展示了它们如何与四维超对称引力理论相连接。章节的后半部分致力于T对偶和S对偶的物理意义，解释了这些对偶性如何保证了在不同弦张力下的物理描述的等价性，这暗示了理论在极小尺度下的非局域性。 第八章：圈量子引力的背景独立性与动力学构建 本书对圈量子引力（LQG）的阐述强调其背景独立性。我们详细介绍了自旋网络（Spin Networks）和自旋泡沫（Spin Foams）的概念，将其视为量子几何的基石。重点分析了Holonomy（线路积分）的引入如何克服了经典约束方程在线性化后的困难。对于动力学演化，本书阐述了领域约束（Area and Volume Operators）的谱结构，并探讨了这些算符如何自然地导致“量子离散化”的时空体积，从而在普朗克尺度上避免奇点。 结论：理论的未来方向与开放性问题 总结部分超越了对现有理论的复述，而是提出了对未来研究的深刻洞见。我们将讨论量子引力的非线性叠加原理的缺失、黑洞信息悖论的两种理论的根本性差异，以及如何从实验层面（如超高能宇宙射线或早期宇宙遗迹）检验这些理论的微小修正。全书的论述旨在激发读者对物理学最深层问题的持续探索。

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令我印象深刻的是作者对于理论物理学哲学思辨的关注。他没有将物理定律视为既定的真理，而是将其置于人类认知发展的历史长河中进行审视。在讨论引力的量子化这一终极难题时，作者采取了一种非常审慎的态度，他梳理了弦理论、圈量子引力等主流尝试的优势与困境，并没有偏袒任何一方，而是客观地指出了每条路径在理论自洽性上所面临的挑战。这种包容性和批判性的平衡，对于正在构建自己物理世界观的读者来说至关重要。书中对于“信息”和“能量”在极端引力场中的行为分析，更是触及了当代物理学的最深层次的疑问。这种不回避困难、直面未知的勇气，使得整本书的学术品味得到了极大的提升，让人感受到作者不仅是知识的传授者，更是探索精神的引领者。

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从一名资深业余爱好者的角度来看，这本书的价值在于它成功地架起了一座连接专业研究和高质量科普之间的桥梁。它要求读者具备一定的数学基础和对基础物理学的理解，但绝非只有物理学家才能读懂。作者对“引力作为时空几何的表达”这一核心概念的反复强调和多角度阐释，极大地巩固了读者的基本认知。特别是书中对于引力与电磁力等其他基本力的统一性探索的讨论，虽然没有给出最终答案，但却描绘了物理学追求大一统理论的宏伟蓝图。我尤其欣赏作者在结尾部分对未来引力物理学研究方向的展望，它不仅仅是对已知领域的总结，更像是一份邀请函，邀请每一个对宇宙奥秘心怀好奇的人加入到这场永无止境的探索之中。这本书无疑是一部具有里程碑意义的专著，它激励我去阅读更多的原始论文，去挖掘更深层次的宇宙秘密。

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这部作品在图文排版上的用心程度也值得称赞。虽然它是一本深奥的学术论著，但其视觉呈现却非常现代和清晰。插图的选择极为考究，那些高分辨率的数值模拟图像，比如双黑洞并合产生的时空涟漪的可视化效果，远比我过去见过的任何教科书上的示意图都要震撼和直观。特别是关于引力透镜效应的章节，作者利用不同质量分布下的弯曲程度对比，清晰地展示了质量如何扭曲背景光源的路径，这种空间感的建立是单纯文字难以达到的。此外，章节之间的过渡也处理得非常流畅，即使是跨越了从宏观宇宙学到微观量子引力领域的巨大鸿沟，阅读体验依然保持着一种连贯的张力，不会让人在知识的海洋中感到迷失方向。

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这部关于引力相互作用的著作，以其严谨的逻辑和深刻的见解，成功地将一个看似枯燥的物理学分支，描绘成了一幅波澜壮阔的宇宙画卷。作者在开篇便摒弃了那种学院派的陈词滥调，而是直接切入到广义相对论的核心——时空弯曲的几何本质。我尤其欣赏作者对于“引力如何塑造结构”这一主题的探讨，他没有止步于爱因斯坦场方程的数学推导，而是巧妙地引入了宇宙学背景下的弗里德曼方程，并清晰地阐述了暗物质和暗能量在决定宇宙宏观演化中的关键角色。书中对于黑洞物理的论述堪称精妙，特别是对事件视界和奇点的描述，作者不仅引用了经典的史瓦西解和克尔解，还引入了现代对信息悖论的思考，尽管篇幅有限，但足以引发读者对前沿物理的深思。读完这部分，我感觉自己仿佛站在一个能够俯瞰整个时空结构的观测点，对万物的起源与终结有了更为直观的认识。他对引力波探测实验进展的梳理也十分及时和全面，展现了作者紧跟科研脉搏的洞察力。

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这本书的叙事节奏把握得极好，读起来一点也不费劲，仿佛是资深教授在茶余饭后与你畅谈他毕生的研究心得，那种娓娓道来的亲切感是许多专业教材所不具备的。我特别喜欢其中穿插的一些历史小故事，比如牛顿与胡克的关于引力本质的争论，还有早期科学家们试图调和经典力学与电磁学的努力，这些“人味儿”十足的侧写，极大地丰富了对引力理论演进的理解，让复杂的概念不再是冰冷的公式堆砌。在讨论引力在太阳系尺度下的精确测量时，作者的笔触变得异常细腻，他详细分析了水星近日点进动等经典现象，并用极其通俗的语言解释了这些现象如何成为广义相对论的有力证据，而不是简单地抛出结论。这种由现象反推理论的教学方式，极大地提高了知识的可吸收性。相比于那些晦涩难懂的教科书，这本书更像是一次智力上的漫游，引导我们逐步揭开自然界最基本的力量之一的面纱。

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