分析流形和物理学

分析流形和物理学 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:世界图书出版公司
作者:许凯布里哈特
出品人:
页数:630
译者:
出版时间:2010-9
价格:69.00元
装帧:
isbn号码:9787510027284
丛书系列:
图书标签:
  • 数学
  • 物理学
  • 物理
  • 数学物理
  • 微分几何
  • Physics
  • 流形
  • 微分几何
  • 拓扑学
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  • 广义相对论
  • 量子场论
  • 弦理论
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  • 分析学
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具体描述

《分析流形和物理学(第1卷):基础(修订版)》内容简介:All too often in physics familiarity is a substitute for understanding, andthe beginner who lacks familiarity wonders which is at fault: physics orhimself. Physical mathematics provides well defined concepts and techni-ques for the study of physical systems. It is more than mathematicaltechniques used in the solution of problems which have already beenformulated; it helps in the very formulation of the laws of physicalsystems and brings a better understanding of physics. Thus physicalmathematics includes mathematics which gives promise of being useful inour analysis of physical phenomena. Attempts to use mathematics for thispurpose may fail because the mathematical tool is too crude; physics maythen indicate along which lines it should be sharpened. In fact, theanalysis of physical systems has spurred many a new mathematicaldevelopment.

Considerations of relevance to physics underlie the choice of materialincluded here. Any choice is necessarily arbitrary; we included first thetopics which we enjoy most but we soon recognized that instant gratifica-tion is a short range criterion. We then included material which can beappreciated only after a great deal of intellectual asceticism but which maybe farther reaching. Finally, this book gathers the starting points of somegreat currents of contemporary mathematics. It is intended for anadvanced physical mathematics course.

探索宇宙的内在结构:一本关于形状、空间和基础规律的深度解析 本书并非直接聚焦于“分析流形和物理学”这一特定组合,而是将目光投向了支撑我们理解宇宙的更为宏大的概念框架。它是一次深入的智识旅程,旨在揭示物质世界背后的几何学原理,以及那些塑造了从微观粒子到宏观宇宙的普适性数学语言。 核心思想:空间的连续性与曲率 我们身处的宇宙,从最基本层面来看,可以被视为一个巨大的、相互连接的“空间”。本书将带领读者超越直观的空间认知,进入对“流形”(Manifold)这一数学概念的细致探索。流形,本质上是一种局部上能够被欧几里得空间(也就是我们熟悉的平坦空间)所近似的几何对象。想象一下地球的表面,在局部看来它似乎是平坦的,但整体却是一个球体。流形就是对这类具有这种“局部平坦性”但整体可能弯曲的结构的数学化描述。 我们将从流形的拓扑性质出发,理解空间在连续性、连通性等基本属性上的表现。随后,我们将引入黎曼几何的强大工具,探究空间中的“曲率”(Curvature)这一概念。曲率并非仅仅是视觉上的弯曲,它在数学上代表了在空间中沿着不同路径行进时,向量方向变化的程度。这种曲率的分布,正是物理学中描述引力场的关键。本书将深入阐释,引力并非是一种“力”,而是由物质和能量引起的时空本身的弯曲所产生的现象。 数学工具的精炼与应用 为了精确描述和分析流形的性质,本书将介绍一系列至关重要的数学工具。我们将涉及微分几何的核心概念,如切空间、联络、曲率张量等。这些工具使得我们能够严谨地讨论曲线、曲面甚至更高维流形上的变化率和几何结构。 微分形式(Differential Forms):我们将探讨微分形式作为一种强大的语言,用以表达和操纵流形上的积分、向量场和张量。微分形式的“外微分”运算,与物理学中的散度、旋度等算子有着深刻的联系,是理解场论的关键。 张量分析(Tensor Analysis):张量是描述物理量在不同坐标系下如何变换的数学对象。我们将深入理解张量的定义、运算以及它们在描述物理定律中的不可或缺性。在广义相对论中,爱因斯坦张量就描述了时空的曲率,而能量-动量张量则描述了物质和能量的分布。 微分方程(Differential Equations):物理定律通常以微分方程的形式表达,描述了物理量随空间和时间的变化规律。本书将阐释,如何利用流形上的微积分和微分几何工具,来求解和理解这些关键的微分方程。 连接理论与观测:物理学的基石 本书的价值在于,它并非仅仅是抽象的数学推演,而是旨在展示这些数学框架如何精确地“捕捉”并“预测”物理世界的行为。 狭义相对论与时空几何:我们将从狭义相对论入手,理解时空不再是牛顿力学中的绝对舞台,而是与物质运动相互作用的动态实体。闵可夫斯基时空作为一种平坦的四维流形,是理解狭义相对论的基础。 广义相对论与引力:本书将深入解析爱因斯坦的广义相对论。我们将详细阐述爱因斯坦场方程,理解它如何将物质能量的分布与时空的几何结构联系起来。从行星的轨道运动到黑洞的形成,再到宇宙的膨胀,广义相对论的预言得到了无数实验和观测的证实。我们将探讨光线在引力场中的偏折、引力波的产生与传播等现象,这些都是时空曲率直接导致的物理效应。 规范场论与基本相互作用:在更广泛的物理学领域,本书将触及规范场论的数学框架。这是描述除引力之外的其他基本相互作用(如电磁相互作用、弱相互作用和强相互作用)的基石。我们所熟悉的粒子物理标准模型,就是基于杨-米尔斯理论这一规范场论构建的。理解规范对称性及其破缺,是理解粒子性质和相互作用的关键。 宇宙学的前沿:本书将引领读者探索现代宇宙学的基本模型。从宇宙大爆炸理论到宇宙的演化,再到暗物质和暗能量的谜团,这些都是基于广义相对论和粒子物理学在宏观尺度上的应用。我们将讨论宇宙学常数、弗里德曼方程等,理解宇宙的膨胀和结构形成的数学描述。 深度思考与前沿展望 本书旨在激发读者对宇宙深层结构的深入思考。它将挑战我们对空间的固有认知,揭示数学的抽象之美如何转化为对现实世界的深刻洞察。对于有志于投身基础物理学研究的读者,本书将提供坚实的数学基础和概念框架。 本书并非止步于已有的理论,还将适时提及一些当前物理学研究的前沿领域,例如: 量子引力:试图统一广义相对论和量子力学的理论,例如弦理论和圈量子引力,它们都在探索更深层次的流形结构和时空性质。 高维流形与超对称:在一些理论物理模型中,存在超出我们可感知维度的空间,它们也需要借助更复杂的流形理论来描述。 总而言之,本书是一次关于我们如何用数学这门语言来理解和描述宇宙本质的深刻探索。它将带领读者穿越抽象的数学世界,抵达物理学的核心,理解那些驱动着宇宙运转的最基础的几何和物理规律。这是一本献给所有对宇宙充满好奇,渴望理解其内在逻辑的读者的力作。

作者简介

目录信息

Ⅰ. Review of Fundamental Notions of Analysis A. Set Theory, Definitions B. Algebraic Structures, Definitions C. Topology D. Integration E. Key Theorems in Linear Functional Analysis Problems and Exercises Problem 1: Clifford algebra; Spin(4) Exercise 2: Product topology Problem 3: Strong and weak topologies in Lz Exercise 4: Holder spaces See Problem VI 4: Application to the Schrtdinger equationⅡ. Differential Calculus on Banach Spaces A. Foundations B. Calculus of Variations C. Implicit Function Theorem. Inverse Function Theorem D. Differential Equations Problems and Exercises Problem 1: Banach spaces, first variation, linearized equation Problem 2: Taylor expansion of the action; Jacobi fields; the Feynman-Green function; the Van Vleck matrix: conjugate points; caustics Problem 3: Euler-Lagrange equation: the small disturbance equation: the soap bubble problem: Jacobi fieldsⅢ. Differentiable Manifolds, Finite Dimensional Case A. Definitions B. Vector Fields; Tensor Fields C. Groups of Transformations D. Lie Groups Problems and Exercises Problem 1: Change of coordinates on a fiber bundle, configuration space, phase space Problem 2: Lie algebras of Lie groups Problem 3: The strain tensor Problem 4: Exponential map; Taylor expansion; adjoint map; left and right differentials; Haar measure Problem 5: The group manifolds of SO(3) and SU(2) Problem 6: The 2-sphereⅣ. Integration on Manifolds A. Exterior Differential Forms B. Integration C. Exterior Differential Systems Problems and Exercises Problem 1: Compound matrices Problem 2: Poincare lemma, Maxwell equations, wormholes Problem 3: Integral manifolds Problem 4: First order partial differential equations, Hamilton-Jacobi equations, lagrangian manifolds Problem 5: First order partial differential equations, catastrophes Problem 6: Darboux theorem Problem 7: Time dependent hamiltonians See Problem Ⅵ 11 paragraph c: Electromagnetic shock wavesⅤ. Riemannian Manifolds. Kahlerian Manifolds A. The Riemannian Structure B. Linear Connections C. Geodesics D. Almost Complex and Kahlerian Manifolds Problems and Exercises Problem I: Maxwell equation; gravitational radiation Problem 2: The Schwarzschild solution Problem 3: Geodetic motion; equation of geodetic deviation; exponentiation; conjugate points Problem 4: Causal structures; conformal spaces; Weyl tensorⅤbis. Connections on a Principal Fibre Bundle A. Connections on a Principal Fibre Bundle B. Holonomy C. Characteristic Classes and Invariant Curvature Integrals Problems and Exercises Problem 1: The geometry of gauge fields Problem 2: Charge quantization Monopoles Problem 3: Instanton solution of eucfidean SU(2) Yang-Mills theory (connection on a non-trivial SU(2) bundle over S4) Problem 4: Spin structure, spinors, spin connectionsⅥ. Distributions A. Test Functions B. Distributions C. Sobolev Spaces and Partial Differential Equations Problems and Exercises Problem 1: Bounded distributions Problem 2: Laplacian of a discontinuous function Exercise 3: Regularized functions Problem 4: Application to the Schrodinger equation Exercise 5: Convolution and linear continuous responses Problem 6: Fourier transforms of exp (-x2) and exp (ix2) Problem 7: Fourier transforms of Heaviside functions and Pv(I/x) Problem 8: Dirac bitensors Problem 9: Legendre condition Problem 10: Hyperbolic equations; characteristics Problem 11: Electromagnetic shock waves Problem 12: Elementary solution of the wave equation Problem 13: Elementary kernels of the harmonic oscillatorⅦ. Differentiable Manifolds, Infinite Dimensional Case A. Infinite-Dimensional Manifolds B. Theory of Degree; Leray-Schauder Theory C. Morse Theory D. Cylindrical Measures, Wiener Integral Problems and Exercises Problem A: The Klein-Gordon equation Problem B: Application of the Leray-Schauder theorem Problem C1: The Reeb theorem Problem C2: The method of stationary phase Problem D1: A metric on the space of paths with fixed end points Problem D2: Measures invariant under translation Problem D3: Cylindrical σ-field of C([a, b]) Problem D4: Generalized Wiener integral of a cylindrical functionReferencesSymbolsIndex
· · · · · · (收起)

读后感

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用户评价

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我一直认为一本好的书籍应该能够激发读者强烈的好奇心,而这本书在这方面做得非常出色。它不满足于简单地陈述事实或公式,而是不断地抛出那些令人拍案叫绝的“如果……会怎样?”的哲学性疑问。例如,在探讨结构稳定性时,作者并没有直接给出结论,而是先描述了一个看似无关紧要的古代建筑缺陷,然后通过一个精妙的类比,将抽象的数学模型具象化,让人瞬间理解了其中的微妙平衡。这种层层剥茧、引人入胜的提问方式,迫使我不断地停下来,合上书本,去思考书外世界的关联。我发现自己开始用一种全新的眼光观察周围的日常事物——电梯的运行、桥梁的设计,甚至是一片树叶的脉络——都在提醒着我那些隐藏在表象之下的深刻原理。这本书成功地打破了“知识的壁垒”,让那些原本高不可攀的概念变得触手可及,简直是培养批判性思维的绝佳范本。

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这本书的叙事节奏把握得相当精准,像是一部精心编排的交响乐。开篇部分,作者运用了一种极其舒缓、近乎冥想式的笔触,缓慢地铺陈出宏大的背景,为后续复杂概念的引入做了充分的心理铺垫。那种娓娓道来的讲述方式,让人感觉自己不是在阅读一本严肃的学术著作,而是在聆听一位智者在壁炉边分享他的深刻洞察。随着章节的深入,节奏开始加快,论证的链条变得紧密而有力,仿佛进入了高速公路,每一个论点都如同精准射出的弹丸,直击要害,让人几乎喘不过气来却又欲罢不能。到了高潮部分,作者忽然又采取了一种片段化的叙述,大量使用了排比和反问,极大地增强了文本的张力,甚至带着一种近乎文学性的激情。而最后的收尾,则回归了一种宁静的沉思,留给读者广阔的回味空间。这种对节奏的精妙控制,让阅读过程本身成了一种情感和智力的过山车体验,远超一般书籍的线性体验。

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这本书的语言风格充满了独特的个性和强烈的作者印记,读起来让人感到非常“真诚”。它毫不掩饰地展现了作者在探索这些复杂议题时所经历的挣扎、困惑乃至顿悟的瞬间。你可以清晰地感受到笔触中的那种“亲历感”,不像有些教材那样冷冰冰地陈列知识点,而是带着作者的汗水和思辨的痕迹。偶尔,作者会插入一些非常个人化的观察或幽默的自嘲,这极大地拉近了作者与读者的距离,使得阅读过程不再是单向的灌输,而更像是一场与一位博学朋友的深入交流。这种略带“非正式”的笔调,反而让那些极其严谨的论证显得更加鲜活和令人信服。它成功地将学术的严谨性与人文的温度熔铸一体,让读者在学习硬核知识的同时,也能感受到知识背后的那份对真理的热忱追求。

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这本书的装帧设计简直是一场视觉的盛宴。从封面那一抹深邃的靛青色调,到书脊上烫金的细致纹理,无不透露着一种古典与现代交织的审美趣味。我特别喜欢内页的纸张选择,那种略带粗糙却又触感温润的质地,让人在翻阅时有一种回归纸质媒介的仪式感。章节之间的过渡页设计得极为巧妙,运用了抽象的几何图形和柔和的渐变色彩,仿佛在引导读者从一个高维度的思考空间平稳地过渡到另一个。即便是对于那些纯粹的艺术爱好者来说,这本书的实体本身就是一件值得收藏的工艺品。文字的排版也堪称一绝,字号的选取恰到好处,行间距疏密有致,使得即使是面对那些篇幅极长的论述,阅读体验也保持着极高的舒适度,长时间阅读也不会感到视觉疲劳。这绝不是那种随随便便就能在书店里找到的流水线产品,看得出出版方在每一个细节上都倾注了极大的心血,体现了对知识载体本身的尊重。

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从内容的组织结构来看,作者显然采取了一种高度集成化的处理方式,将看似分散的领域有机地编织在一起,形成了一个宏伟的知识网络。我尤其欣赏作者在不同主题之间建立的那些非线性的连接。比如,某个章节对某种对称性群的探讨,竟然能够巧妙地回溯到更早提到的某种动力学系统的稳定性判据上,这种“呼应”和“回响”的设计,极大地提升了本书的整体逻辑感和深度。它不是简单地罗列多个独立主题的合集,而更像是一棵树,每一个分支的生长都依赖于主干的支撑,相互依存,缺一不可。这种全景式的视野,迫使读者必须始终保持对全局的关注,不能只顾眼前的局部细节,从而培养了一种更具系统性的思维模式。阅读完毕后,我感觉自己获得的不仅仅是零散的知识点,而是一种看待复杂系统的全新框架和工具箱。

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很好的睡前读物。六百多页覆盖了抽象代数、拓扑、测度、泛函、微分流形、张量代数、李群、外微分。码农表示此书自学很受伤只能大略感受下。

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