內容簡介
《中外物理學精品書係·引進係列·引力:基礎與前沿(影印版)》內容豐富,涵蓋麵廣,可讀性強,其中既有對我國傳統物理學發展的梳理和總結,也有對正在蓬勃發展的物理學前沿的全麵展示;既引進和介紹瞭世界物理學研究的發展動態,也麵嚮國際主流領域傳播中國物理的優秀專著。
內頁插圖
目錄
List of exercises
List of projects
Preface
How to use this book
1 Special relativity
1.1 Introduction
1.2 The principles of special relativity
1.3 Transformation of coordinates and velocities
1.3.1 Lorentz transformation
1.3.2 Transformation of velocities
1.3.3 Lorentz boost in an arbitrary direction
1.4 Four-vectors
1.4.1 Four-velocity and acceleration
1.5 Tensors
1.6 Tensors as geometrical objects
1.7 Volume and surface integrals in four dimensions
1.8 Particle dynamics
1.9 The distribution function and its moments
1.10 The Lorentz group and Pauli matrices
2 Scalar and electromagnetic fields in special relativity
2.1 Introduction
2.2 External fields of force
2.3 Classical scalar field
2.3.1 Dynamics of a particle interacting with a scalar field
2.3.2 Action and dynamics of the scalar field
2.3.3 Energy-momentum tensor for the scalar field
2.3.4 Free field and the wave solutions
2.3.5 Why does the scalar field lead to an attractive force?
2.4 Electro magnetic field
2.4.1 Charged particle in an electromagnetic field
2.4.2 Lorentz transformation of electric and magnetic fields
2.4.3 Current vector
2.5 Motion in the Coulomb field
2.6 Motion in a constant electric field
2.7 Action principle for the vector field
2.8 Maxwell's equations
2.9 Energy and momentum of the electromagnetic field
2.10 Radiation from an accelerated charge
2.11 Larmor formula and radiation reaction
3 Gravity and spacetime geometry: the inescapable connection
3.1 Introduction
3.2 Field theoretic approaches to gravity
3.3 Gravity as a scalar field
3.4 Second rank tensor theory of gravity
3.5 The principle of equivalence and the geometrical description of ravity
3.5.1 Uniformly accelerated observer
3.5.2 Gravity and the fiow of time
4 Metric tensor, geodesics and covariant derivative
4.1 Introduction
4.2 Metric tensor and gravity
4.3 Tensor algebra in curved spacetime
4.4 Volume and surface integrals
4.5 Geodesic curves
4.5.1 Properties of geodesic curves
4.5.2 Affine parameter and null geodesics
4.6 Covariant derivative
4.6.1 Geometrical interpretation of the covariant derivative
4.6.2 Manipulation of covariant derivatives
4.7 Parallel transport
4.8 Lie transport and Killing vectors
4.9 Fermi-Walker transport
5 Curvature of spacetime
5.1 Introduction
5.2 Three perspectives on the spacetime curvature
5.2.1 Parallel transport around a closed curve
5.2.2 Non-commutativity of covariant derivatives
……
6 Einstein's field equations and gravitational dynamics
7 Spherically symmetric geometry
8 Black holes
9 Gravitational waves
10 RelatMstic cosmology
11 Differential forms and exterior calculus
12 Hamiltonian structure of general relativity
13 Evolution of cosmological perturbations
14 Quantum field theory in curved spacetime
15 Gravity in higher and lower dimensions
16 Gravity as an emergent phenomenon
前言/序言
好的,下麵是一份針對“中外物理學精品書係·引進係列”中其他書籍的詳細圖書簡介,內容完全圍繞該係列中不包含《引力:基礎與前沿(影印版)》的那部分主題展開。 --- 中外物理學精品書係:凝聚態物理學前沿探索(影印版) 聚焦:材料的量子結構、強關聯係統與新興功能態 本捲《凝聚態物理學前沿探索》匯集瞭當代凝聚態物理學領域最具影響力的研究成果與綜述文章,旨在為科研人員和高年級學生提供一個深入理解復雜多體係統行為的平颱。本書內容涵蓋瞭從微觀電子結構到宏觀集體現象的廣闊領域,特彆關注近年來在拓撲材料、量子信息存儲以及非常規超導方麵取得的突破。全書結構嚴謹,理論深度與實驗證據並重,是掌握凝聚態物理學最新發展方嚮的權威參考。 第一部分:拓撲量子物質與新奇電子態 本部分深入探討瞭拓撲物理學的核心概念及其在材料科學中的實現。 1. 拓撲絕緣體與拓撲半金屬的錶徵: 詳細闡述瞭如何通過高階拓撲不變量來區分不同類型的拓撲材料。重點分析瞭狄拉剋錐和外爾錐的形成機製及其對電輸運性質的影響。內容包括瞭角分辨光電子能譜(ARPES)在探測錶麵態和費米麵結構中的應用,以及利用掃描隧道顯微鏡(STM)對邊緣態和零能模的直接觀測技術。 2. 磁性拓撲材料與量子反常霍爾效應: 深入討論瞭引入磁序後拓撲性質的演化。詳細解析瞭磁性拓撲絕緣體中量子反常霍爾效應(QAHE)的物理圖像,包括其溫度依賴性、磁場響應以及在低維結構中的魯棒性。對如何利用磁性摻雜實現費米能級處的拓撲相變進行瞭嚴謹的理論建模。 3. 莫爾復閤材料中的強關聯效應: 這是一個快速發展的交叉領域。本章聚焦於扭轉雙層石墨烯(TBG)體係中電子-電子相互作用的增強效應。詳細分析瞭“魔角”附近齣現的平坦能帶如何導緻關聯電子體係的湧現行為,如超導、絕緣體和磁性態的復雜相圖。探討瞭哈特裏-福剋近似、DMFT(動力學平均場理論)等計算方法在模擬這些強關聯係統中的適用性與局限性。 第二部分:非常規超導與高溫機製研究 本部分緻力於解析超越BCS理論框架的超導現象,尤其是鐵基超導體、銅氧化物超導體以及有機超導中的核心問題。 1. 鐵基超導體(PnS)的配對對稱性: 係統迴顧瞭鐵基超導體的發現曆程及其獨特的電子結構特點(多能帶、準二維性)。通過對中微子譜、極化中子散射實驗結果的分析,確認瞭其 $s^{pm}$ 波配對態的證據。探討瞭磁性漲落與電子配對之間的耦閤機製,特彆是鐵磁有序與超導態之間的競爭與共存。 2. 銅氧化物高溫超導的張量網絡分析: 針對多層銅氧化物體係中復雜的電荷-自鏇競爭,本章引入瞭先進的計算工具。使用張量網絡態(如DMRG)來模擬二維 Hubbard 模型,重點研究瞭電荷密度波(CDW)相、自鏇密度波(SDW)相與超導相之間的邊界行為。深入討論瞭“空穴摻雜”如何打開超導態,以及層間耦閤對臨界溫度的影響。 3. 壓力誘導的量子臨界現象: 探討瞭在極端物理條件下(如高壓)材料相變的普適性。通過對氫化物超導體係的研究,分析瞭臨界壓力附近電子-聲子耦閤的增強如何導緻臨界溫度的急劇升高,並討論瞭零溫量子相變在材料性質調控中的作用。 第三部分:低維與受限係統中的量子動力學 本部分關注原子尺度上,如何通過限製自由度來調控量子係統的基態與動力學過程。 1. 量子霍爾效應與分數量子霍爾效應(FQHE): 詳述瞭二維電子氣在強磁場下的能級結構(朗道能級)。重點解析瞭分數量子霍爾效應中準粒子激發的分數化電荷和任意子統計特性。引入瞭Laughlin波函數和復閤玻色子圖像,以闡明其拓撲序的本質。 2. 一維係統的有效場論: 基於Luttinger液體理論,分析瞭一維電子氣中電子之間的長程庫侖相互作用如何修改其激發譜(例如,不存在Kohn奇點)。詳細討論瞭使用低能有效理論描述一維量子鏈中的自鏇鏈模型(如XXZ模型)及其與實驗觀測的關聯。 3. 費米-玻色混閤係統的量子簡並: 研究瞭在超冷原子氣實驗中,通過激光晶格或磁光阱實現的費米子與玻色子混閤體係。關注超固態(Supersolid)的形成條件、對偶相變,以及其中宇稱/自鏇選擇性相互作用對多體基態結構的影響。 本書的選材嚴格遵循瞭國際物理學界在過去十年中的核心突破,內容結構旨在構建一個從基礎理論到最前沿實驗應用的完整認知框架。它不僅是理論物理學傢深入研究關聯電子模型的必備工具書,也是實驗凝聚態物理學傢指導實驗設計與數據分析的可靠指南。本書的影印版本最大程度地保留瞭原著的排版細節和數學嚴謹性,確保瞭知識傳遞的純粹性。