量子场论导论——电磁作用的阿贝尔规范理论 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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姜志进 著

图书标签:

• 量子场论
• 规范理论
• 电磁学
• 阿贝尔群
• 相对论量子力学
• 粒子物理
• 费曼图
• 量子电动力学
• 场论
• 物理学

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030462626

版次：1

商品编码：11870244

包装：平装

丛书名： 现代物理基础丛书

开本：16开

出版时间：2016-01-01

用纸：胶版纸

页数：252

字数：318000

正文语种：中文

编辑推荐

适读人群 ：本书适合物理及相关专业的高年级本科生、研究生和教师阅读，也可供相关科研工作者参考使用。
　　《量子场论导论：电磁作用的阿贝尔规范理论》中数学推导过程较详细，易读易懂性较强，在内容安排上由浅入深、循序渐进，在理论结构方面前因后果、自成一体，《量子场论导论：电磁作用的阿贝尔规范理论》适用于作为理论物理及相关专业研究生的教科用书，也适用于作为这类专业科技工作者的参考书。

内容简介

　　以电磁作用为例，介绍了量子场论的基本知识.全书共分六章，易读易懂性较强，适用于作为理论物理及相关专业研究生的教科用书，也适用于作为这类专业科技工作者的学习参考书.以电磁作用为例，介绍了量子场论的基本知识.全书共分六章，易读易懂性较强，适用于作为理论物理及相关专业研究生的教科用书，也适用于作为这类专业科技工作者的学习参考书.

目录

前言
第1章自由粒子的相对论波动方程及其平面波解
1.1克莱因—戈尔登方程
1.1.1方程的导出
1.1.2负能困难
1.1.3正交归一平面波解
1.2狄拉克方程
1.2.1方程的导出
1.2.2狄拉克矩阵与狄拉克方程的协变形式
1.2.3负能、空穴与真空
1.2.4粒子的自旋
1.2.5动量空间的旋量波函数
1.2.6旋量波函数的自旋求和
1.2.7旋量波函数的正交归一关系
1.2.8狄拉克方程的平面波解
1.2.9狄拉克矩阵的求迹定理
1.2.10狄拉克矩阵的夹积定理
1.3中微子波函数
1.3.1中微子的狄拉克方程
1.3.2动量空间中微子的旋量波函数
1.3.3中微子旋量波函数的自旋求和
1.3.4中微子旋量波函数的正交归一性
1.3.5旋量波函数的手征性
1.3.6中微子平面波函数
1.4麦克斯韦方程组
1.4.1麦克斯韦方程组、矢势与标势
1.4.2四维势矢量与势方程的协变形式
1.4.3电磁场张量
1.4.4规范变换与规范变换不变性
1.4.5自由势方程的平面波解
1.4.6三维极化矢量
1.4.7四维极化矢量
1.4.8光子的平面波函数
第2章拉格朗日场论及场的对称变换与守恒荷
2.1力学系统的拉格朗日方程
2.1.1最小作用量原理
2.1.2拉格朗日方程
2.2场的拉格朗日方程
2.2.1场的最小作用量原理
2.2.2场的拉格朗日方程
2.2.3场的拉格朗日密度
2.3对称性、不变性、守恒定律与Noether定理
2.3.1时空坐标变换
2.3.2拉格朗日密度的不变性
2.3.3连续性方程、守恒流与守恒荷
2.4时空的均匀性与场的能量和动量
2.4.1时空平移变换
2.4.2场的能量—动量张量
2.4.3场的能量与动量
2.5时空的各向同性与场的自旋角动量
2.5.1洛伦兹变换
2.5.2无穷小洛伦兹变换
2.5.3守恒流与守恒荷
2.5.4场的自旋角动量
2.6PCT变换
2.6.1空间反射变换
2.6.2电荷共轭变换
2.6.3时间反演变换
2.7协变双旋量
2.7.1洛伦兹变换
2.7.2空间反射变换
2.8内部空间的对称性
第3章量子场论
3.1正则量子化
3.1.1一个自由度力学系统的正则量子化
3.1.2n个自由度力学系统的正则量子化
3.1.3自由场的正则量子化
3.2实标量场的量子化
3.2.1经典场
3.2.2量子化
3.2.3时空空间的场算符
3.2.4动量空间的场算符
3.2.5粒子的产生与湮灭、粒子的真空正能量及粒子能量的正定性
3.3复标量场的量子化
3.3.1经典场
3.3.2量子化
3.3.3时空空间的场算符
3.3.4动量空间的场算符
3.3.5粒子的产生与湮灭、粒子的真空正能量及粒子能量的正定性
3.4狄拉克场的量子化
3.4.1经典场
3.4.2量子化
3.4.3时空空间的场算符
3.4.4动量空间的场算符
3.4.5狄拉克粒子的产生与湮灭及狄拉克粒子的真空负能量
3.5库仑规范下电磁场的量子化
3.5.1经典场
3.5.2量子化
3.5.3时空空间的场算符
3.5.4动量、极化空间的场算符
3.5.5光子的产生与湮灭、光子的真空正能量及光子能量的正定性
3.6洛伦兹规范下电磁场的量子化
3.6.1经典场
3.6.2量子化
3.6.3时空空间的场算符
3.6.4动量、极化空间的场算符
3.6.5三种光子
3.6.6存在的问题
3.6.7量子场论中的洛伦兹条件
3.6.8负模方与负能困难的消除
3.7量子场论中的连续对称变换与Noether定理
3.7.1连续变换下的生成元
3.7.2守恒量
3.7.3时空平移变换
3.7.4时空转动变换
3.7.5内部空间的对称变换
3.8量子场论中的PCT变换
3.8.1空间反射变换
3.8.2电荷共轭变换
3.8.3时间反演变换
3.9相对论性的对易关系
3.9.1标量场
3.9.2狄拉克场
3.9.3电磁场
3.9.4相对论对易子的特点
3.10自由传播子
3.10.1标量场
3.10.2狄拉克场
3.10.3电磁场
3.10.4传播子的意义
第4章电磁作用的阿贝尔规范理论与微扰展开
4.1电磁作用的阿贝尔规范理论
4.1.1自由场的整体规范不变性
4.1.2定域规范不变性与场的相互作用
4.1.3相互作用场的运动方程
4.1.4库仑规范下相互作用场的量子化
4.1.5洛伦兹规范下相互作用场的量子化
4.2相互作用表象和微状展开
4.2.1表象无关性
4.2.2三种常用表象
4.2.3U矩阵
4.2.4微扰展开与迭代解
4.2.5S矩阵
4.2.6S矩阵元
4.2.7绝热假设
4.3维克定理
4.3.1算符的正规乘积
4.3.2算符的收缩与维克定理
4.3.3S（1）矩阵
4.3.4S（2）矩阵
4.4旋量场电磁作用的费曼规则
4.4.1电子对湮灭为光子与费曼规则Ⅰ
4.4.2穆勒散射与费曼规则Ⅱ
4.4.3电子自能与费曼规则Ⅲ
4.4.4真空极化与费曼规则Ⅳ
4.5粒子的寿命和碰撞截面
4.5.1反应矩阵与反应矩阵元
4.5.2反应几率
4.5.3粒子的寿命
4.5.4碰撞截面
4.6PCT定理及PCT联合变换的应用
4.6.1PCT定理
4.6.2PCT联合变换的应用
……
第5章树图近似
第6章单圈近似与重整化
索引
《现代物理基础丛书》已出版书目

精彩书摘

　　显然，在PCT的联合变换下，各自由场的拉格朗日密度也不变。由于PCT变换表示的对称性不是严格的，所以在一般情况下，如有多种场相互作用时，其相互作用的拉格朗日密度对于PCT的各独立变换就不一定是不变的。那么，对于PCT的联合变换，情况又将如何呢？在已得变换结果（4.126）～（4.131）式的基础上，结合前面讨论过的电磁作用的量子理论，就可以对该问题做进一步地讨论。
　　4.6.1PCT定理
　　可以证明，若所讨论的场是定域的，即场粒子是点粒子，且满足自旋统计关系，即自旋为整数的粒子满足玻色一爱因斯坦统计，自旋为半奇整数的粒子满足费米—狄拉克统计，则对于任意满足洛伦兹不变的相互作用的拉格朗日密度，在PCT的联合变换下一定是不变的，这就是PCT定理。
　　由PCT定理可得如下两方面信息，一是PCT定理不限于特殊的作用形式，对于任何作用，无论是强的、弱的，还是电磁作用，只要满足所需条件，PCT定理都成立，二是在PCT的三种分立变换中，只要有两种变换是不变的，另一种一定是不变的。反之，若两种变换的不变性是破坏的，另一种变换的不变性也一定是破坏的。
　　泡利与施温格（Schwinger）等曾对PCT定理给出过一般性的证明，这里将以洛伦兹规范下旋量场的电磁作用为例来对该定理予以证明。
　　……

前言/序言

宇宙的编织：规范场论与基本相互作用的结构 简介： 本书旨在为物理学专业学生及对理论物理前沿有浓厚兴趣的读者，提供一个深入理解规范场论这一现代物理学核心框架的全面导引。规范场论不仅是描述电磁相互作用的量子电动力学的基石，更是统一强核力、弱核力，并最终指向粒子物理“标准模型”的理论语言。本书将系统梳理从经典场论到量子场论的过渡，重点聚焦于规范不变性原理在构建基本粒子相互作用理论中的决定性作用。 我们首先回顾经典场论的基础，探讨拉格朗日量密度、作用量原理以及连续对称性与守恒定律之间的深刻联系（诺特定理）。这将为理解规范对称性的引入打下坚实的基础。随后，我们将引入“规范不变性”这一革命性的概念。不同于传统理论中仅要求物理定律在坐标变换下保持不变，规范不变性要求理论在“局域”的、依赖于空间时间点选择的酉变换下保持不变。这种对局域对称性的坚持，迫使我们引入了新的、携带相互作用的“规范场”，这便是规范场论的核心洞察。 本书的核心内容将围绕非阿贝尔（Non-Abelian）规范理论展开，这是描述强核力和弱核力的关键。与只涉及一个规范群（如U(1)的电磁学）的阿贝尔理论不同，非阿贝尔规范理论涉及多维的李群（如SU(2)和SU(3)）。我们将详细解析非阿贝尔规范场的数学结构，包括其与物质场的耦合方式。特别地，我们会深入探讨非阿贝尔场本身的自相互作用——规范玻色子（如胶子）携带电荷或色荷并与自身发生相互作用的现象。这种自相互作用是量子色动力学（QCD）中产生夸克禁闭和渐近自由等奇异特性的根源。 为了使理论与实验观测相符，我们必须引入自发对称性破缺（Spontaneous Symmetry Breaking, SSB）的机制。我们将详细阐述Goldstone定理，并展示如何利用希格斯机制（Higgs Mechanism）来赋予规范玻色子（如W和Z玻色子）质量，同时保持规范理论的数学完备性。希格斯场（标量场）在真空态中的非零期望值，是理解电弱统一理论中质量起源的关键。 在量子化方面，本书将清晰地介绍将经典规范场提升至量子水平所面临的技术挑战，特别是规范自由度（冗余性）的处理。我们将系统地介绍路径积分（Path Integral）表述在规范场论中的应用，这是现代量子场论的首选工具。在路径积分框架下，我们将探讨如何通过引入Faddeev-Popov鬼场（Ghost Fields）来正确地对规范自由度进行积分，从而得到正确的S矩阵元和物理散射截面。 本书的进阶部分将涉及对理论预测的精确计算方法。我们将详细介绍微扰论的框架，包括费曼图（Feynman Diagrams）的构造规则，并对不同阶次的修正进行分析。在量子色动力学（QCD）部分，我们将着重讨论渐近自由现象——理论在短距离（高能）下弱耦合的特性，以及它与夸克禁闭（长距离下强耦合）的深刻联系。这部分内容将展示规范场论如何成功地解释了强相互作用的非平凡本质。 最后，本书还将触及规范场论在更广阔领域中的应用和挑战。我们将讨论如何将电磁力、弱核力和强核力整合到标准模型的框架中，展望规范场论如何提供描述所有已知基本粒子的统一语言。此外，对于那些希望深入研究的读者，我们将简要介绍格子规范理论（Lattice Gauge Theory）作为非微扰计算的重要工具，以及规范场论在凝聚态物理（如拓扑绝缘体和规范/引力对偶）中的新兴联系。 通过对这些核心概念的系统阐述，本书力求使读者不仅掌握规范场论的数学工具，更能深刻理解规范不变性原理在塑造我们对物质世界基本作用力理解中所扮演的中心角色。本书的叙述风格注重物理图像的清晰性与数学推导的严谨性相结合。

评分☆☆☆☆☆

从阅读的体验感来说，这本书带给我一种久违的、纯粹的学术乐趣。我曾经在阅读其他相关书籍时，常常需要频繁地查阅附录或者外部资料来补充背景知识，导致阅读的连贯性被严重破坏。但这本书似乎在内容自洽性上下了很大的功夫。它没有假设读者是某个特定领域（比如高能物理或数学物理）的专家，而是为所有人构建了一个统一的知识框架。它的文字风格洗练而不失温度，不像某些教科书那样冷冰冰的公式堆砌。当遇到需要引入新数学工具时，作者通常会先解释该工具在物理上扮演的角色，而不是直接抛出工具本身。这种以物理需求驱动数学引入的方式，极大地激发了读者的好奇心和求知欲，让我愿意沉浸其中，主动去追寻每一个理论构建的合理性。

评分☆☆☆☆☆

真正让这本书脱颖而出的是它对“规范理论”这一核心思想的深入挖掘，特别是聚焦于电磁作用这个最基本、最经典的规范场。这本书并没有将电磁场视为一个孤立的理论单元来讲解，而是将其置于更宏大的规范场论框架中进行考察。通过对电磁作用的彻底理解，读者得以领会规范不变性在描述相互作用中的核心地位，这对于后续理解弱相互作用乃至更复杂的非阿贝尔理论至关重要。这种从最基础、最可检验的电磁作用入手，却能引申到现代物理最前沿的思想精髓，是极具远见的教学策略。它使得读者在掌握具体计算技巧的同时，更能领悟到理论物理学家思考问题的基本范式，即通过寻找和利用基本对称性来构造物理定律。这本书成功地将一个看似入门级的课题，提升到了具有深刻方法论意义的高度。

评分☆☆☆☆☆

这本书的书名听起来就充满了深奥和挑战性，光是“量子场论”这几个字就足以让很多初学者望而却步。我刚拿到这本书的时候，心里是忐忑不安的，担心它会像很多教材一样，充斥着晦涩难懂的数学推导和抽象的概念，读起来索然无味。然而，令人惊喜的是，这本书的叙事方式非常引人入胜。作者似乎深知读者的困境，用一种近乎于讲述一个宏大物理故事的笔调，将复杂的物理图像层层剥开。它不是简单地堆砌公式，而是注重构建物理直觉，让人在理解每一个数学步骤背后所蕴含的深刻物理意义。尤其是对于那些对电磁学有一定基础，但对如何从量子力学过渡到场论感到困惑的读者来说，这本书提供了一个极其平滑的桥梁。它并没有一上来就抛出复杂的拉格朗日量或微扰论，而是从更直观的角度引入规范场的概念，让人能够更好地把握住“场”这个核心思想。

评分☆☆☆☆☆

我特别欣赏这本书在概念阐释上所表现出的克制与精准。在很多科普读物或者入门教材中，为了追求“易懂”，往往会过度简化，甚至牺牲掉理论的严谨性，导致读者在遇到更深层次问题时，会发现自己之前的理解是建立在沙滩之上的。然而，这本书在保持其“导论”性质的同时，对于电磁相互作用中涉及的阿贝尔规范理论的精髓把握得恰到好处。它既没有陷入过于简化的图景，也没有过度纠缠于不必要的细节。那些在早期量子场论中至关重要的对称性、守恒定律与规范选择之间的微妙关系，都被清晰而有力地呈现出来。对于那些希望未来能深入研究粒子物理或者凝聚态物理的读者而言，这种扎实的理论根基的打磨，是至关重要的，它为未来的专业学习打下了一块坚不可摧的基石。

评分☆☆☆☆☆

这本书的结构编排堪称一绝，逻辑链条清晰得让人叹服。很多理论物理著作在章节过渡时常常显得生硬，前一章还在讨论经典场，下一章就突然跳跃到量子化，中间的衔接常常需要读者自己去脑补。但在这本书里，作者似乎预先洞察了读者可能在哪里卡住，并精心设置了“引导站”。比如，在引入规范不变性时，它不是一个突兀的数学要求，而是被巧妙地嵌入到对电磁相互作用本质的探讨中。这种由浅入深、层层递进的组织方式，极大地降低了学习曲线的陡峭程度。读起来的感觉就像是跟着一位经验丰富的向导，他知道哪里是悬崖，哪里是捷径，总能在关键时刻给出最精妙的提示。这种对教学艺术的把握，使得原本枯燥的数学推导过程也变得赏心悦目起来，让人愿意主动去探索接下来的内容。