量子真空物理導引(2005年科學出版社出版的圖書)

內容簡介

量子真空物理是研究量子真空的結構、運動規律及其空間、時間特性的科學。《量子真空物理導引》由淺入深著重闡述了與量子真空有關的基本的物理概念和物理思想，儘量避免過多的數學推演和計算技巧。

《量子真空物理導引》共有9章，內容可以概括為4個方面:首先是真空概念的演變(第一章)，其次是量子場論真空(第二、三章)，再次為量子引力真空(第四、五、六、七、八章)，最後是量子真空的本體詮釋(第九章)。

書籍目錄

前言
第一章真空概念發展過程 1
1.1 古代自然哲學中的虛空概念 1
1.1.1 古希臘自然哲學中的原子、虛空和以太 1
1.1.2 中國古代自然哲學中的元氣和虛空 3
1.2 經典物理學中的以太和真空概念 5
1.2.1 實驗尋找技術真空 5
1.2.2 笛卡兒的力學以太 5
1.2.3 牛頓惠更斯菲涅耳的光學以太 6
1.2.4 法拉第麥克斯韋洛倫茲的電磁以太 7
1.3 相對論中的經典真空概念 8
1.3.1 以太經典理論的困難 9
1.3.2 狹義相對論中的真空和以太 9
1.3.3 廣義相對論中的真空概念 10
1.4 量子場論中的量子真空概念 12
1.4.1 20世紀理論物理學的邏輯框架 13
1.4.2 量子電動力學真空 13
1.4.3 量子味動力學真空 15
1.4.4 量子色動力學真空 16
1.5 量子引力理論中的量子真空概念 17
1.5.1 半量子廣義相對論真空 18
1.5.2 圈量子引力真空 18
1.5.3 超引力量子真空 19
1.5.4 超弦/M理論真空 19
參考文獻 20
第二章量子電動力學真空 21
2.1 電磁場真空 21
2.1.1 電磁場量子化 21
2.1.2 電磁場真空零點振盪 23
2.2 電子場真空 23
2.2.1 狄拉克相對論性電子波方程 24
2.2.2 負能級和狄拉克真空 25
2.2.3 電子場量子化和電子場真空 27
2.2.4 荷電真空和真空衰變 28
2.3 微觀電磁作用和真空虛過程 28
2.3.1 微觀電磁作用的直觀描述 28
2.3.2 量子電磁作用和真空虛過程 29
2.4 量子電動力學真空的基本特性 32
2.4.1 真空漲落 32
2.4.2 真空極化 32
2.5 量子電磁真空作用和重正化問題 33
2.5.1 電荷重正化 34
2.5.2 質量重正化 34
2.5.3 重正化理論簡評 35
2.6 量子電動力學真空效應的實驗檢驗 36
2.6.1 氫原子的蘭姆能級移動 36
2.6.2 電子反常磁矩 38
2.6.3 卡西米爾效應 38
2.6.4 庫侖定律的修正問題 39
2.7 電磁真空操作和光擠壓 39
參考文獻 40
第三章規範場論真空 41
3.1 規範場概念 41
3.1.1 定域規範變換 41
3.1.2 什麼是規範場 42
3.1.3 規範場概念的推廣 43
3.1.4 定域場論和非定域場論 44
3.2 SU（2）規範場真空簡併 44
3.2.1 核子強作用和楊米爾斯規範場 44
3.2.2 非阿貝爾規範場真空描述 45
3.2.3 SU（2）規範場真空態的多重性 46
3.3 瞬子、真空隧通和θ真空 48
3.3.1 瞬子概念 48
3.3.2 量子真空隧通：瞬子解的物理意義 49
3.3.3 θ真空 50
3.4 量子色動力學真空相變和夸克禁閉 51
3.4.1 SU（3）膠子規範場真空 51
3.4.2 稀薄氣體近似 51
3.4.3 色磁偶極氣體與色磁真空 52
3.4.4 真空相變和色禁閉 53
3.4.5 色電真空和奈克禁閉 53
3.4.6 磁單極真空凝聚和夸克禁閉 54
3.5 量子色動力學真空及其操作 54
3.5.1 相對論重離子碰撞與激發真空 55
3.5.2 激發真空相變的探測 55
3.6 希格斯真空 56
3.6.1 戈德斯通定理和整體規範不變性的自發破缺 56
3.6.2 希格斯真空對稱破缺正常真空和反常真空 56
3.6.3 希格斯機制和定域規範不變性的自發破缺 58
3.6.4 希格斯機制的重要意義 59
3.7 弱電統一真空和弱電強大統一真空 59
3.7.1 SU（2）×U（1）弱電統一規範場真空 59
3.7.2 SU（3）×SU（2）×U（1）弱電強統一規範場真空 61
3.7.3 SU（5）弱電強大統一規範場真空 62
3.8 規範場真空研究的重大意義 63
3.8.1 量子統一場論方面 64
3.8.2 現代微分幾何方面 64
參考文獻 64
第四章半量子廣義相對論真空 66
4.1 量子引力和半量子廣義相對論 66
4.1.1 量子引力的多種形式 66
4.1.2 半量子廣義相對論基本概念 67
4.1.3 半量子廣義相對論研究的意義 68
4.2 廣義相對論時空中標量場量子化及其真空態問題 69
4.2.1 廣義相對論時空中的標量場方程 69
4.2.2 標量場量子化及其真空態 69
4.2.3 博戈留波夫變換及真空態的不確定性 70
4.2.4 引力場中真空態不確定性問題 71
4.3 絕熱真空 73
4.3.1 絕熱近似的意義 73
4.3.2 絕熱真空態 74
4.4 共形真空 74
4.4.1 共形變換的性質 75
4.4.2 共形平直時空 75
4.4.3 共形真空態 76
4.4.4 玻爾瓦真空、哈特爾霍金真空和昂魯真空 77
4.5 倫德勒真空 77
4.5.1 倫德勒契 77
4.5.2 倫德勒真空態 78
4.6 霍金輻射和量子真空 78
4.6.1 廣義相對論引力場方程的史瓦西真空解 79
4.6.2 史瓦西奇異性 80
4.6.3 霍金輻射 81
4.6.4 霍金輻射及量子真空 82
4.6.5 黑洞蒸發和信息丟失問題 83
參考文獻 84
第五章圈量子引力真空 85
5.1 圈量子引力研究簡況 85
5.1.1 20世紀80年代 86
5.1.2 20世紀90年代 86
5.2 圈量子引力物理成果 87
5.2.1 主要物理成果 87
5.2.2 有待探討的問題 89
5.3 空間面積和體積的分立性 90
5.3.1 量子幾何和自旋網路 90
5.3.2 面積的分立性 91
5.3.3 體積的分立性 91
5.3.4 關於長度量子化問題 92
5.4 時空泡沫、自旋泡沫和真空泡沫 93
5.4.1 時空泡沫 93
5.4.2 自旋泡沫 93
5.4.3 真空泡沫和真空漲落 93
參考文獻 94
第六章超引力真空 95
6.1 超對稱代數和超對稱量子場論 95
6.1.1 超對稱運算元和真空態 96
6.1.2 超對稱代數和超對稱場論 97
6.1.3 超對稱代數和中心荷 99
6.2 超對稱真空破缺 101
6.2.1 超空間和超場 101
6.2.2 超對稱真空破缺問題及外斯朱米諾模型 103
6.2.3 最小超對稱標準模型及軟破缺的真空凝聚 104
6.3 現代卡魯查克萊因理論 105
6.3.1 外爾規範不變幾何 105
6.3.2 正統的卡魯查克萊因理論 106
6.3.3 修改的卡魯查克萊因理論 110
6.4 11維超引力真空 111
6.4.1 局域超對稱性和引力作用 111
6.4.2 11維超引力運動方程 114
6.4.3 福里翁德魯賓緊緻化真空解 115
6.4.4 11維超引力真空解其他方案 117
6.5 10維超引力真空 117
6.5.1 N=1，D=10超引力 118
6.5.2 N=2，D=10非手征超引力 118
6.5.3 N=2，D=10手征超引力 119
6.6 超引力理論簡評 120
6.6.1 主要優點 120
6.6.2 存在問題 121
參考文獻 121
第七章超弦/M理論真空 122
7.1 超弦/M理論研究主要進展 122
7.1.1 20世紀80年代超弦理論 122
7.1.2 20世紀90年代M理論 123
7.2 五種超弦理論 124
7.2.1 玻色弦 124
7.2.2 超弦 126
7.2.3 雜化弦 129
7.2.4 五種類型超弦理論及其真空 130
7.3 卡拉比丘流形及其緊緻化 130
7.3.1 卡拉比丘流形緊緻化和真空態 130
7.3.2 E8×E8群較SO（32）群優越 132
7.4 超弦微擾真空和超弦場論 132
7.4.1 超弦真空和共形場論 132
7.4.2 超弦場論及其真空問題 134
7.5 M理論非微擾真空 136
7.5.1 T對偶性 137
7.5.2 S對偶性 137
7.5.3 M理論超統一真空 137
7.6 M理論、量子黑洞和AdS/CFT猜測 138
7.6.1 D膜和快子 139
7.6.2 M理論對黑洞熵-面積公式的推導 139
7.6.3 AdS/CFT對偶性 140
7.6.4 全息原理 140
參考文獻 141
第八章量子宇宙學真空 142
8.1 量子宇宙學的興起和發展 142
8.1.1 我們宇宙起源和量子宇宙學的興起 142
8.1.2 量子宇宙學發展簡況 143
8.2 舊量子宇宙學和WDW方程 144
8.2.1 廣義相對論的哈密頓形式 145
8.2.2 惠勒德韋特動力學方程 145
8.2.3 微超空間模型 146
8.3 新量子宇宙學和宇宙波函式 147
8.3.1 無邊界假設 147
8.3.2 隧道邊界條件 148
8.3.3 無邊界假設和隧穿邊界條件的比較 149
8.3.4 宇宙波函式和宇宙量子真空 150
8.4 宇宙量子真空漲落和時空蟲洞 150
8.4.1 惠勒德韋特方程的演化解及蟲洞解 150
8.4.2 蟲洞和嬰兒宇宙 151
8.4.3 蟲洞機制在低於普朗克能量物理中的效應 152
8.5 宇宙真空能量和宇宙常數問題 153
8.5.1 老的和新的宇宙學常數疑難所指 153
8.5.2 宇宙學常數的觀測檢驗 153
8.5.3 真空能量密度和宇宙常數 155
8.5.4 宇宙學常數和精質模型 156
8.5.5 宇宙學常數和弦景觀真空 156
8.6 宇宙暴脹和標量場真空 157
8.6.1 宇宙暴脹三種方案概述 157
8.6.2 宇宙暴脹的指數函式形式 159
8.6.3 宇宙暴脹和真空相變 161
8.7 超弦/M理論宇宙學真空 161
8.7.1 蘭德爾桑德拉姆膜世界模型 162
8.7.2 霍金果殼狀膜世界模型 162
8.7.3 斯坦哈-特特魯克火劫/循環膜世界模型 163
參考文獻 163
第九章量子真空的本體詮釋 165
9.1 真空是物質的特殊形態 165
9.1.1 形態和狀態意義的所指 165
9.1.2 真空是物質的一種特殊形態 165
9.2 空間度量的斷續性 166
9.2.1 空間、時間和真空的聯繫及區別 167
9.2.2 空間度量的斷續性 167
9.2.3 空間度量存在著不可分的基本單元 168
9.3 時間度量的斷續性
9.3.1 時間的1維性和單向性
9.3.2 時間度量的斷續性
9.3.3 時間、空間的量子性和經典性的統一

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