內容簡介
《量子電動力學講義》中較為詳細地論述瞭微擾展開、費曼圖規則、電子自能修正和真空極化等問題,可使讀者學會用量子電動力學理論去計算一些實際問題。《量子電動力學講義》對實驗物理學工作者和理論物理學工作者均有參考價值。
作者簡介
理查德·菲利浦斯·費曼(Richard Phillips Feynman,1918-1988),著名美國物理學傢,加州理工學院物理係教授,諾貝爾物理學奬得主。
1918年5月11日,費曼齣生於紐約市皇後區。童年時,費曼接受瞭來自父親的科學啓濛教育,父親所啓發的思考方式影響瞭費曼的一生。高中畢業後進入麻省理工學院學習,並於1939年獲得學士學位。隨後進入普林斯頓大學念研究生,師從約翰·惠勒(J.A.Wheeler),1942年獲得理論物理學博士學位。1943年進入洛斯阿拉莫斯國傢實驗室,參與瞭曼哈頓計劃。1945年費曼開始在康奈爾大學任教,1951年轉入加州理工學院。在加州理工學院期間,因其幽默生動、不拘一格的講課風格深受學生歡迎。1963年齣版《費曼物理學講義》1965年,費曼因在量子電動力學方麵的貢獻與施溫格(Julian Schwinger)、朝永振一郎(Sin-ltiro Tomonaga)共同獲得諾貝爾物理學奬。1972年獲得奧斯特教學奬章。1986年,費曼受邀調查挑戰者號航天飛機失事事件。1988年2月15日,費曼因癌癥於加州洛杉磯與世長辭。
在學生時期,費曼就錶現齣瞭不凡的研究能力。他的大學畢業論文題目是《分子中的力》,在這篇論文中,他提齣瞭後來所稱的費曼-海爾曼定理。在整個科研生涯中,費曼在物理學的幾個領域都有建樹。除瞭因之榮獲諾貝爾物理學奬的量子電動力學方麵的工作之外,廣為人知的另外兩項重大貢獻:一是量子力學的路徑積分形式,這種形式從經典力學中的最小作用量原理延伸齣來,通過“對曆史求和”來處理量子力學問題,這是有彆於薛定諤的波動力學及海森伯的矩陣力學的第三種量子力學形式;二是費曼圖,這一工具大大簡化瞭量子場論的計算。費曼的研究工作還包括:低溫下液氦的超流動性理論;弱相互作用的V-A理論;強相互作用的部分子理論等。
費曼不僅是一位項尖的科學傢,同時也是一名優秀的教師。費曼非常熱愛教學工作,他曾寫道:“我不相信,如果不教書我還能過得下去……教學和學生使我的生命得以延續。如果有人給我創造一個很好的環境,但是我不能教學的話,那我永遠不會接受它,永遠不會。”20世紀60年代初,美國一些理工科大學鑒於當時的大學基礎物理教學與現代科學技術的發展不相適應,紛紛試行教學改革。在這個背景下,費曼參與瞭加州理工學院基礎物理教學的改革嘗試。他從1961年9月到1963年5月,進行瞭為期兩個學年的有關基礎物理學的係列講演。他的講演經過萊頓(RobertB. Leighton)和桑茲(Matthew Sands)的整理,以《費曼物理學講義》之名於1963年齣版。《科學美國人》這樣贊譽這套書:“盡管這套教材深奧難懂,但是它的內容豐富而且富有啓發性……它已經成為講師、教授和低年級優秀學生的學習指南。”這套書本來是麵嚮大學一二年級學生的,可是最能認識到這套書價值的卻是物理教師,他們從中找到瞭自己授課的靈感。故而有人稱費曼為“老師的老師”。
除瞭《費曼物理學講義》之外,費曼還有許多優秀的著述:《量子力學與路徑積分》《量子電動力學講義》《費曼統計力學講義》《基本過程理論》《光子一強子相互作用》《費曼引力學講義》《費曼計算學講義》等。這些書無不有鮮明的“費曼風格”,即對基本概念、定理和定律的講解生動清晰、通俗易懂,而且特彆注重物理分析和描述,反映瞭費曼自己以及其他在前沿研究領域工作的物理學傢所通常采用的分析和處理方法。無論對於學生還是教師,這些書都有著極大的參考價值。
費曼的一生多彩多姿。除瞭對理論物理學做齣瞭巨大貢獻之外,他還是一名探險者、鼓手、藝術傢和瑪雅文化專傢。可以用這樣一句話來總結描述費曼:一位獨闢蹊徑的思考者,超乎尋常的教師,盡善盡美的演員,一位熱愛生活和自然的人。
內頁插圖
目錄
序
一、光與物質的相互作用——量子電動力學
第1講
Fermi方法的討論
第2講
量子電動力學規則
第3講
第4講
光的吸收
第5講
偶極近似中的選擇定則
第6講
輻射平衡
光散射
自能
二、狹義相對論基本原理及主要結論概述
第7講
第8講
真空中Maxwell方程的解
相對論粒子力學
三、相對論波動方程
第9講
單位
Klein-Gorclon、Pauli方程和Dirac方程
第10講
γ矩陣代數
等價變換
相對論不變性
Dirac方程的Hamilton形式
第11講
Dirac方程的非相對論近似
第12講
四、自由粒子Dirac方程的解
第13講
運動電子自鏇的定義
波函數歸-化
第14講
求矩陣元的方法
負能態的解釋
五、量子電動力學中的勢問題
第15講
正負電子對産生及其湮沒
能量守恒
傳播子
第16講
傳播子K+(2,1)的應用
躍遷概率
Coulomb勢對電子的散射
第17講
自由粒子傳播子的計算
第18講
動量錶象
六、粒子與光相互作用的相對論處理
第19講
原子輻射
原子中電子對□射綫的散射
關於末態密度的補充
ComDton輻射
第20講
第21講
正負電子對湮沒為雙光子
第22講
靜止正電子湮沒
軔緻輻射
正負電子對産生
第23講
矩陣元對自鏇態求和的方法
原子中CouloIIlb場的屏蔽效應
第24講
七、幾個電子的相互作用
第25講
量子電動力學“規則”的推導
電子-電子散射
八、某些修正項的解釋與討論
第26講
電子-電子相互作用
電子-正電子相互作用
電子偶素
電子之間,正電子之間或電子-正電子之間的雙光子交換
第27講
電子的自能
齣現在量子電動力學中積分的積分法
第28講
自能積分以及外勢
在外場中的散射
第29講
僞“紅外災難”的消除
第30講
研究紅外睏難的另-途徑
對原子中電子的影響
第31講
封閉圈過程,真空極化
勢對光的散射
九、Pauli原理和Dirac方程
A.附錄
A.1 躍遷概率公式中的數值因子
A.2 正電子理論
A.3 量子電動力學的時空協變方法
前言/序言
本書作者R.P.費曼是國際著名物理學傢,由於量子電動力學方麵的工作,曾榮獲1965年度諾貝爾物理學奬。鑒於本書是一本名著,而且量子電動力學理論本身又是那樣美妙,這點不僅錶現在理論形式的和諧,更主要的是理論預言與實驗事實之間有驚人的一緻性,例如,目前測量電子反常磁矩的實驗值已高達十二位有效數字,而量子電動力學的理論計算值竟能在實驗誤差之內與之相符閤,因此,我希望把本書介紹給讀者。
翻譯過程中有幾點需要說明:
1.本書原是講課筆記。公式圖錶均按講課的次序編號。為瞭便於讀者閱讀,中譯本將第1講、第2講等補進目錄中瞭。
《高維拓撲物理導論》 作者: [此處留空,或填寫虛構作者名] 齣版社: [此處留空,或填寫虛構齣版社名] 齣版年份: [此處留空,或填寫虛構年份] --- 內容簡介 本書緻力於為物理學和數學領域的專業人士及高年級本科生提供一套全麵而深入的高維拓撲物理學理論框架。不同於聚焦於低維或特定模型的傳統教材,本書將視角拓展至多於三維的空間,探討在更高維度下,拓撲結構如何塑造和決定物質的量子行為。全書結構嚴謹,內容涵蓋瞭從基礎的拓撲概念到前沿的拓撲絕緣體、拓撲超導體以及更高階拓撲相的復雜理論。 第一部分:拓撲學的數學基礎與物理關聯 本部分首先奠定堅實的數學基礎,為後續物理應用的展開鋪平道路。我們從基礎的代數拓撲概念齣發,係統迴顧同調論、同倫群以及縴維叢理論。不同於物理學中常見的歐幾裏得空間,本書重點闡述瞭流形(Manifolds)的定義及其在物理描述中的必要性,特彆是當係統維度超過三維時,空間幾何的非平凡性如何影響物理定律。 我們將詳細討論陳(Cheern)示量、湯姆(Thom)結構以及狄拉剋算符在黎曼流形上的推廣。特彆關注瞭高斯-博內定理(Gauss-Bonnet Theorem)在高維空間中的推廣形式,以及它如何與場論中的可積性條件聯係起來。一個核心論點是,在描述宏觀物理現象時,僅僅依賴局部場論是不夠的,必須引入全局的拓撲不變量來刻畫係統的穩定性。 在連接數學與物理的部分,本書引入瞭規範場理論在彎麯時空中的錶述。我們探討瞭如何將拓撲不變量嵌入到有效的拉格朗日量中,特彆是如何通過引入額外的維度或緊湊化(Compactification)來解釋低維物理現象的拓撲起源。這部分為理解維度約化過程中的拓撲演化提供瞭關鍵工具。 第二部分:高維拓撲量子態的分類與拓撲不變量 進入核心的拓撲物理部分,本書詳細闡述瞭如何對高維量子係統的基態進行分類。我們采納瞭K-理論(K-Theory)的框架,這是描述拓撲絕緣體和相關現象的有效語言。書中係統地介紹瞭“周期錶”(Periodic Table)的更高維度推廣,解釋瞭為什麼在不同維度的係統中,拓撲平庸和拓撲非平庸的界限會以周期性的方式齣現。 重點章節將分析具有空間反演對稱性或時間反演對稱性的高維係統。我們引入瞭拓撲保護的邊界態(Edge States)概念,並將其從著名的[2+1]維的霍爾效應推廣到[d+1]維的時空結構。這包括對高維量子霍爾效應(如[4d]的量子霍爾效應)的深入探討,這些效應的激發模式錶現齣與低維截麵完全不同的拓撲特徵。 本書還詳細解析瞭拓撲絕緣體(Topological Insulators, TIs)和拓撲超導體(Topological Superconductors, TScs)在高維空間中的具體實現。我們研究瞭如何在高維係統中,通過引入特定的對稱性保護,來實現無耗散的電荷或超導電流的傳輸。例如,在五維或六維係統中,拓撲保護的錶麵態不再局限於傳統的“錶麵”,而是可能存在於具有特定拓撲結構的“體”內部的界麵上。 第三部分:高階拓撲與非阿貝爾規範理論 第三部分是本書最具挑戰性也最前沿的部分,聚焦於高階拓撲相(Higher-Order Topological Phases, HOTPs)以及與它們相關的非阿貝爾統計。HOTPs指的是那些其邊界態維度比其體相維度低兩層或更多的係統(例如,三維係統具有一維的“角態”)。 我們詳細討論瞭HOTPs的分類標準,特彆是基於局部穩定性和投影算符的方法。書中推導瞭在高維空間中,實現高階拓撲所需的晶格模型的具體哈密頓量構造,並展示瞭如何通過特定晶格的幾何扭麯來産生這些奇異的激發。 此外,本書深入探討瞭與拓撲相關的非阿貝爾統計。在討論到拓撲量子計算的潛力時,我們轉嚮瞭對非阿貝爾任意子(Non-Abelian Anyons)的描述。雖然許多前沿研究仍集中在[2+1]維的馬約拉納費米子上,本書將這些概念提升到更高維度,探討瞭在五維或更高維度的拓撲場論中,非阿貝爾統計的數學錶述及其可能的物理對應物,例如與高維量子引力或弦論中某些緊緻化方案的潛在聯係。我們分析瞭拓撲量子門操作的動力學,以及如何利用高維的拓撲保護來抵抗環境噪聲。 結論與展望 最後一部分對全書內容進行瞭總結,並展望瞭高維拓撲物理在未來研究中的方嚮。這包括拓撲材料在量子信息處理中的應用潛力,以及如何利用高維流形上的場論工具來解決凝聚態物理中的復雜關聯問題。本書旨在激發讀者利用拓撲視角來重新審視傳統物理學中的維度問題,並為進一步的原創性研究提供堅實的理論基石。 讀者對象: 理論物理、凝聚態物理、高能物理、數學物理以及應用數學領域的研究人員和研究生。要求讀者對量子力學、群論和基礎微分幾何有紮實的理解。
我一直在尋找一本能夠幫助我真正理解量子電動力學(QED)精髓的書籍,而《量子電動力學講義》這個書名,讓我看到瞭希望。在學習過程中,我常常覺得很多教材在講解QED時,雖然嚴謹,但缺乏對物理圖像的深入描繪,導緻我雖然能理解數學推導,卻對背後的物理機製感到模糊。我非常期待這本書能夠提供一種更具啓發性的學習方式,通過清晰的講解和恰當的例子,幫助我構建起對QED的直觀認識。例如,我一直對“真空”在QED中的角色感到睏惑,書中如果能詳細解釋真空漲落如何産生虛粒子,以及這些虛粒子如何影響粒子的性質,將非常有價值。我尤其希望瞭解書中對狄拉剋方程的引入過程,以及它如何成功地將量子力學與狹義相對論結閤起來,從而描述電子的運動。書中對“自能”和“真空極化”等概念的解釋,如果能做到深入淺齣,並配以相應的實驗證據,那將極大地增強我對QED理論的信心。我對於書中是否能詳細闡述重整化方法,以及它如何解決理論計算中的無窮大問題,抱有極大的期待。畢竟,QED最令人稱道的成就之一就是其極高的預測精度,而重整化是實現這一精度的關鍵。總而言之,我希望這本書能夠成為一本既有深度又不失趣味的QED教材,幫助我突破對抽象概念的理解瓶頸,真正領略到QED的魅力所在。