Lectures on Celestial Mechanics pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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作者:Siegel, C. L./ Moser, J. K.

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页数:0

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出版时间:

价格:49.95

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isbn号码:9780387586564

丛书系列:

图书标签:

• Celestial Mechanics
• Astrophysics
• Classical Mechanics
• Mathematics
• Physics
• Orbital Mechanics
• Gravitation
• Space Science
• Theoretical Physics
• Astronomy

现代物理前沿探索：从量子场论到宇宙学 图书简介 本书旨在为物理学、数学及相关工程领域的学生、研究人员和专业人士提供一个深入、全面的现代物理学知识框架。它着重于阐述二十世纪和二十一世纪物理学最核心、最具革命性的理论进展，涵盖从微观粒子世界的精妙结构到宏观宇宙演化的恢弘图景。本书的结构设计精巧，力求在严谨的数学推导与深刻的物理洞察之间找到完美的平衡，使读者不仅能掌握计算工具，更能理解这些理论背后的哲学意涵。 第一部分：量子场论的基石与应用 本书的第一部分将读者带入量子场论（Quantum Field Theory, QFT）的世界，这是描述基本粒子及其相互作用的现代语言。我们将从狭义相对论与量子力学的结合出发，构建量子场论的数学基础。 第一章：从相对论量子力学到量子场论的起源 本章回顾了狄拉克方程的建立及其对电子自旋的自然解释，随后深入探讨了Klein-Gordon方程的局限性以及对负能态的“空穴理论”解释。重点在于阐述二次量子化（Second Quantization）的过程，即如何从单粒子波函数理论过渡到描述粒子创生与湮灭的场论框架。我们详细讨论了正交演化下的经典场和量子场的定义，并引入了场的对易关系和对易子。 第二章：自由场的量子化与粒子解释 本章集中于无相互作用场的量子化。首先，以实标量场（如希格斯场在对称性破缺前的初步模型）为例，演示如何通过哈密顿量正则化方法得到粒子的产生和湮灭算符，并定义 Fock空间。随后，我们将处理自旋为1/2的费米子场（如狄拉克场）的量子化，强调费米子必须服从泡利不相容原理，这要求使用反对易关系（Anticommutation Relations）。对于电磁场（光子场），我们将使用规范不变性原理，通过路径积分（Path Integral Formulation）的初步引入来规避量子化过程中的规范选择困难，详细阐述光子作为规范玻色子的性质。 第三章：相互作用与微扰论 本章是连接理论与实验的核心。我们将介绍相互作用（Interaction）的引入方式，通常通过相互作用拉格朗日量来实现。核心内容是微扰论（Perturbation Theory）的应用，特别是S矩阵（S-Matrix）的构建。我们将详尽讲解Dyson级数展开，并详细推导费曼图（Feynman Diagrams）的生成规则。费曼图不仅是计算工具，更是可视化相互作用过程的强大语言。本章会通过几个基础的量子电动力学（QED）过程（如电子-电子散射、电子的自能修正）来演示费曼图的实际应用，并引入计算截面和衰变率的方法。 第四章：重整化与有效场论 微扰论计算常常导致无穷大，本章将直面这一物理挑战——重整化（Renormalization）。我们将解释无穷大的物理来源（紫外线灾难），并系统性地介绍重整化程序，包括截断法、裸耦合常数与物理耦合常数的区分。通过对QED中电子电荷的跑动（Running of the Charge）的分析，展示重整化群（Renormalization Group, RG）的概念，强调其在描述物理规律在不同能量尺度下行为的重要性。最后，本书将有效场论（Effective Field Theory, EFT）视为重整化的现代视角，解释如何处理超出已知物理学的新物理尺度。 第二部分：标准模型的构建与超越 第二部分聚焦于粒子物理学的巅峰之作——粒子物理学标准模型（Standard Model, SM），以及当前物理学面临的重大未解之谜，为“超越标准模型”（Beyond the Standard Model, BSM）的探索奠定基础。 第五章：规范场论与标准模型框架 本章深入探讨规范对称性在构建基本相互作用理论中的核心作用。我们将从U(1)电磁相互作用（QED）开始，推广到非阿贝尔规范群SU(2)和SU(3)，详细阐述非阿贝尔规范场论（如杨-米尔斯理论）的数学结构和局域规范不变性原理。随后，我们将构建完整的标准模型拉格朗日量，包括夸克和轻子代、规范玻色子（W、Z和胶子）。重点解析希格斯机制（Higgs Mechanism）如何通过自发对称性破缺（Spontaneous Symmetry Breaking）赋予规范玻色子和费米子质量，同时保持规范不变性。 第六章：强相互作用：量子色动力学（QCD） 本章专述强核力的理论——量子色动力学（QCD）。我们将详述SU(3)规范群的特性，并详细分析QCD的关键现象：渐近自由（Asymptotic Freedom）——高能下耦合常数变弱，这使得微扰论可以在高能区应用；以及夸克禁闭（Confinement）——低能下夸克被限制在强子内部的机制。本书将采用非微扰方法（如晶格QCD的初步介绍）来理解强子谱的形成，并讨论手征对称性及其破缺的物理后果。 第七章：中微子物理与质量之谜 标准模型最初预测中微子是无质量的，但实验观测到的中微子振荡（Neutrino Oscillation）证明了中微子具有微小但非零的质量。本章将系统回顾中微子振荡的现象学，并探讨其对标准模型的修正。我们将介绍引入质量的几种主要机制，包括“跷跷板机制”（Seesaw Mechanism），并讨论其在预言重中微子存在方面的意义，为未来物理学扩展提供明确的方向。 第三部分：引力、时空与宇宙学的新视界 本书的最后一部分将视角投向宇宙的宏大尺度，探讨广义相对论、现代宇宙学，以及将引力与其他基本力统一的前沿尝试。 第八章：广义相对论的几何化描述 本章是理解现代宇宙学的必要铺垫。我们将从爱因斯坦的等效原理出发，构建广义相对论（GR）的几何框架。核心内容包括黎曼几何的基本概念，如度规张量、协变导数、黎曼曲率张量。我们将详细推导爱因斯坦场方程，并分析其在真空（史瓦西解）和物质存在下（弗里德曼方程的雏形）的物理含义。 第九章：暴胀与早期宇宙动力学 现代宇宙学建立在“大爆炸模型”的基础上，而暴胀理论（Inflation）解决了视界问题和平坦性问题。本章将详细介绍标量场驱动的暴胀模型，推导其动力学方程，并计算暴胀结束后遗留下来的原始扰动（密度涨落和引力波）。我们将讨论这些理论预测（如宇宙微波背景辐射的观测特性）如何与普朗克卫星等实验数据相吻合，并探讨暴胀的末期和再加热过程。 第十章：量子引力与弦理论的初步景观 本书以对终极理论的探索收尾。鉴于量子场论与广义相对论在描述黑洞奇点和宇宙起源时产生不可调和的矛盾，本章介绍了量子引力研究的必要性。我们将概述圈量子引力（Loop Quantum Gravity）的基本思想，并着重介绍弦理论（String Theory）作为最有前景的候选理论。我们将讨论弦理论的基本概念，如高维空间、D-膜、对偶性（Duality）以及它如何自然地包含引力子，并展望其在解决信息悖论和统一所有基本力方面的潜力。本书将清晰地界定当前理论前沿的已知成果与尚未解决的根本性问题。 本书通过严谨的数学框架，带领读者系统性地领略了从微观到宏观，从精确定量到宏大猜想的现代物理学全貌，为读者构建一个面向未来的知识体系。

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