简介
本书讨论了真空背景场中的相对论和量子场理论,真空场理论是力图
建立四种力场统一的理论,整个理论体系建立在真空性质的四条基本假设
之上。四种力场统一的机理源自于四种力场都是真空场不同形式的形变所
导致的,该书讲述了不同形式的真空场形变。书中讲述的一些新的物理概
念对于理论物理学工作者有很好的启发和借鉴作用,为物理学研究提供了
一个新的视角。
目录
第1章 真空的结构/1
1.1 量子场概述/1
1.1.1 基本粒子的分类/1
1.1.2 理论/2
1.1.3 量子场论的建立和发展/2
1.1.4 自然单位制/3
1.1.5 度规/4
1.1.6 四种力场/5
1.2 真空物理图像的历史/6
1.2.1 以太的真空图像/6
1.2.2 Dirac的真空/8
1.2.3 量子场论的真空图像/8
1.3 真空场的引入/9
1.3.1 实验手段及面临的困难/9
1.3.2 真空场的基本假设/10
1.3.3 真空场的维度性质/13
1.3.4 真空场基本单元的粒子性/14
1.4 真空场基本单元的静态应变分析/15
1.5 真空中量子场理论建立的基本思想/23
第2章 量子场的运动方程和真空背景场的均匀性/28
2.1 场的拉格朗日形式/28
2.1.1 经典力学的拉格朗日形式/29
2.1.2 场的拉格朗日形式/30
2.1.3 费曼路径积分/31
2.2 真空背景场的对称性与守恒定律/34
2.2.1 真空背景场的对称性/34
2.2.2 奈特定理/38
2.2.3 时空平移不变性和能量动量守恒/40
2.2.4 洛伦兹不变性和角动量守恒/41
第3章 正则量子化和粒子解释/42
3.1 场量子化的物理图像/42
3.1.1 算符的对易关系的物理意义/42
3.1.2 量子场算符的对易关系/43
3.2 正则量子化/44
3.2.1 哈密顿形式和正则量子化/44
3.2.2 Bose场的正则量子化/46
3.2.3 Fermi场的正则量子化/47
3.3 实标量场/50
3.3.1 正则量子化/50
3.3.2 动量表象/53
3.3.3 粒子数算符和粒子解释/56
3.3.4 零点能与生灭算符/57
3.3.5 协变对易关系与微观因果性/58
3.3.6 Feynman传播函数/60
第4章 引力场/65
4.1 概述/65
4.1.1 狭义相对论时空/65
4.1.2 广义相对论时空/66
4.1.3 测量协变与协变场/66
4.2 测量协变性/68
4.2.1 测量协变原理/68
4.2.2 参照系间的相对性/70
4.2.3 光速不变原理/71
4.2.4 潮汐力/72
4.3 时空坐标架/74
4.3.1 时间的原始概念/74
4.3.2 时空间隔/76
4.3.3 张量的变换定律/78
4.4 协变导数与引力规范场Γk ij/80
4.4.1 矢量的勒维—奇维塔平移/80
4.4.2 协变微分/82
4.4.3 Γi jk与gik的关系/83
4.4.4 引力场和量子场间的关系/84
4.5 弯曲时空的描述/90
4.5.1 曲率张量/90
4.5.2 爱因斯坦张量/92
4.5.3 短程线/93
4.6 引力场方程/93
4.6.1 流守恒律/93
4.6.2 爱因斯坦引力场方程/97
4.6.3 引力场的万有特性/102
4.7 引力波/105
4.7.1 弱场近似/105
4.7.2 引力波/107
4.7.3 引力子的内禀结构/112
第5章 真空场中光子的一维图像/117
5.1 光子的现有图像/117
5.1.1 光子的电磁波图像/117
5.1.2 光子的粒子性/119
5.1.3 不确定关系/119
5.1.4 光子的量子力学波函数/120
5.2 光子内禀空间ξ1维的分析/121
5.2.1 真空场理论中光子的图像概述/121
5.2.2 光子ξ1维概述/122
5.2.3 形变极限值H的真空场物理意义/124
5.2.4 光子ξ1维的能量/125
5.2.5 光子ξ1维的动量/126
5.2.6 光子ξ1维的内禀场位移函数u(τ,ξ)的建立/126
第6章 光子四维时空图像/128
6.1 光子的内禀结构/128
6.1.1 光子的力线构成纵波/128
6.1.2 光子单根力线的位移函数/128
6.1.3 光子纵波的非扩散性/129
6.1.4 光子的纤维结构/130
6.1.5 光子的简化波函数/134
6.1.6 光子横向波动及几率波/136
6.1.7 光子的极化和自旋/142
6.1.8 光子波粒二象性的物理图像/147
6.2 电磁场理论/149
6.2.1 电磁场的协变形式和Lorentz条件/149
6.2.2 Coulomb规范量子化电磁场/150
6.2.3 Lorentz规范量子化/160
6.2.4 动量表象和粒子解释/162
第7章 轻子的图像/167
7.1 轻子的纤维结构/167
7.1.1 单电子内禀场的应变/168
7.1.2 单电子内禀场径向部分的形变/170
7.1.3 无自旋电子的纤维场的分区结构/171
7.1.4 轻子内禀结构的简化/174
7.1.5 内禀空间基和粒子空间基的自相似性/175
7.1.6 轻子和光子的耦合构成德布罗意波/177
7.1.7 电子的电力线/179
7.1.8 电子的磁力线/185
7.1.9 轻子的麦克斯韦方程/189
7.2 轻子自旋/190
7.2.1 轻子自旋波/190
7.2.2 自旋波在轻子内禀时空中的传播特性/190
7.2.3 自旋量子场的时空形变量/191
7.2.4 自旋角动量/192
7.2.5 转动应变量构成自旋动量/194
7.2.6 电子的自旋自由度/195
7.3 轻子的质量/197
7.3.1 轻子的传播特性/197
7.3.2 轻子的惯性质量/198
7.3.3 真空点的四维平移/200
7.3.4 质量汇聚波/201
7.3.5 静态轻子质量荷的精细结构/202
7.3.6 电子的内禀空间场函数/203
7.3.7 e、μ、τ的内禀结构和质量/204
7.3.8 轻子的背景场及轻子的引力/207
7.3.9 运动轻子质量、动量的正交性/207
7.4 真自由粒子Dirac方程/210
7.4.1 K1ein-Gordon方程/210
7.4.2 自由粒子的Dirac方程和? 矩阵/211
7.5 Dirac方程的性质/213
7.5.1 Dirac方程的Lorentz不变性/213
7.5.2 自由电子相应的静止电子解/215
7.5.3 自由粒子Dirac方程的解/216
7.5.4 拉格朗日形式/219
7.6 电磁耦合常数的计算/221
7.6.1 电磁耦合常数的物理图像/221
7.6.2 考虑电子的情况/222
7.6.3 光子的情况/224
7.6.4 近距离的情况/225
7.6.5 光电耦合与经典电磁场/225
7.7 中微子/225
7.7.1 中微子内禀空间的构成/225
7.7.2 中微子内禀场函数/226
7.7.3 自旋量子波角量/227
7.7.4 中微子的静质量/229
7.7.5 半向空间的概念/229
7.7.6 费米子场的半向空间效应/231
7.7.7 中微子的狄拉克方程/232
7.7.8 轻子的点模型构成量子力学/233
7.7.9 全同粒子粒子的交换对称的物理图像/238
第8章 场的定域规范不变性/240
8.1 整体规范不变性/241
8.2 U(1)定域规范不变性与电磁相互作用/244
8.3 SU(n)定域规范不变性/249
第9章 弱作用场/255
9.1 弱相互作用顶角/255
9.1.1 相互作用顶角/255
9.1.2 费米子相互作用的顶角空间/258
9.2 弱电统一模型的物理图像/265
9.2.1 弱作用内禀空间图像/265
9.2.2 真空场中无对称破缺的弱电统一模型/265
9.2.3 温伯格角θW的物理意义/271
9.3 夸克弱相互作用/277
9.3.1 卡比波角/278
9.3.2 夸克弱电统一规范理论/280
第10章 强子结构/283
10.1 π0介子态的真空场图像/283
10.2 π±介子的真空场图像/285
10.3 质子结构/287
10.3.1 质子的形成/287
10.3.2 质子自旋/289
10.3.3 质子的弦与稳定性/290
10.3.4 中子结构/291
10.3.5 强子的SU(3)表述/291
10.4 强相互作用/292
10.4.1 中性 介子与核子的强相互作用/293
10.4.2 介子与核子的相互作用/295
10.5 夸克/299
10.5.1 夸克的味/299
10.5.2 夸克的颜色/300
10.5.3 强耦合常数as/303
10.6 胶子/303
10.6.1 考虑某根弦内的波/304
10.6.2 弦及夸克海/305
10.7 核子内禀空间场函数/308
10.7.1 核子真空内禀场函数/308
10.7.2 量子色动力学的SUc(3)结构/310
10.8 质量荷塑性形变的弦模型理论/311
10.8.1 质量荷闭弦/311
10.8.2 强子弦/312
第11章 量子电动力学基本过程/315
11.1 QED的微扰论和费曼规则/315
11.2 量子电动力学过程/316
11.2.1 电子的Rutherford散射/316
11.2.2 重整化的例子/322
11.2.3 跑动耦合常数/325
11.2.4 量子场的反常维度/328
11.3 真空场论与超弦/M理论/333
11.3.1 真空场论与弦理论的基本思想/333
11.3.2 粒子的相互作用/337
11.3.3 四种力场的统一物理机制的比对/338
11.3.4 狄拉克“大数假设”/340
附录A/343
1.1 量子场概述/1
1.1.1 基本粒子的分类/1
1.1.2 理论/2
1.1.3 量子场论的建立和发展/2
1.1.4 自然单位制/3
1.1.5 度规/4
1.1.6 四种力场/5
1.2 真空物理图像的历史/6
1.2.1 以太的真空图像/6
1.2.2 Dirac的真空/8
1.2.3 量子场论的真空图像/8
1.3 真空场的引入/9
1.3.1 实验手段及面临的困难/9
1.3.2 真空场的基本假设/10
1.3.3 真空场的维度性质/13
1.3.4 真空场基本单元的粒子性/14
1.4 真空场基本单元的静态应变分析/15
1.5 真空中量子场理论建立的基本思想/23
第2章 量子场的运动方程和真空背景场的均匀性/28
2.1 场的拉格朗日形式/28
2.1.1 经典力学的拉格朗日形式/29
2.1.2 场的拉格朗日形式/30
2.1.3 费曼路径积分/31
2.2 真空背景场的对称性与守恒定律/34
2.2.1 真空背景场的对称性/34
2.2.2 奈特定理/38
2.2.3 时空平移不变性和能量动量守恒/40
2.2.4 洛伦兹不变性和角动量守恒/41
第3章 正则量子化和粒子解释/42
3.1 场量子化的物理图像/42
3.1.1 算符的对易关系的物理意义/42
3.1.2 量子场算符的对易关系/43
3.2 正则量子化/44
3.2.1 哈密顿形式和正则量子化/44
3.2.2 Bose场的正则量子化/46
3.2.3 Fermi场的正则量子化/47
3.3 实标量场/50
3.3.1 正则量子化/50
3.3.2 动量表象/53
3.3.3 粒子数算符和粒子解释/56
3.3.4 零点能与生灭算符/57
3.3.5 协变对易关系与微观因果性/58
3.3.6 Feynman传播函数/60
第4章 引力场/65
4.1 概述/65
4.1.1 狭义相对论时空/65
4.1.2 广义相对论时空/66
4.1.3 测量协变与协变场/66
4.2 测量协变性/68
4.2.1 测量协变原理/68
4.2.2 参照系间的相对性/70
4.2.3 光速不变原理/71
4.2.4 潮汐力/72
4.3 时空坐标架/74
4.3.1 时间的原始概念/74
4.3.2 时空间隔/76
4.3.3 张量的变换定律/78
4.4 协变导数与引力规范场Γk ij/80
4.4.1 矢量的勒维—奇维塔平移/80
4.4.2 协变微分/82
4.4.3 Γi jk与gik的关系/83
4.4.4 引力场和量子场间的关系/84
4.5 弯曲时空的描述/90
4.5.1 曲率张量/90
4.5.2 爱因斯坦张量/92
4.5.3 短程线/93
4.6 引力场方程/93
4.6.1 流守恒律/93
4.6.2 爱因斯坦引力场方程/97
4.6.3 引力场的万有特性/102
4.7 引力波/105
4.7.1 弱场近似/105
4.7.2 引力波/107
4.7.3 引力子的内禀结构/112
第5章 真空场中光子的一维图像/117
5.1 光子的现有图像/117
5.1.1 光子的电磁波图像/117
5.1.2 光子的粒子性/119
5.1.3 不确定关系/119
5.1.4 光子的量子力学波函数/120
5.2 光子内禀空间ξ1维的分析/121
5.2.1 真空场理论中光子的图像概述/121
5.2.2 光子ξ1维概述/122
5.2.3 形变极限值H的真空场物理意义/124
5.2.4 光子ξ1维的能量/125
5.2.5 光子ξ1维的动量/126
5.2.6 光子ξ1维的内禀场位移函数u(τ,ξ)的建立/126
第6章 光子四维时空图像/128
6.1 光子的内禀结构/128
6.1.1 光子的力线构成纵波/128
6.1.2 光子单根力线的位移函数/128
6.1.3 光子纵波的非扩散性/129
6.1.4 光子的纤维结构/130
6.1.5 光子的简化波函数/134
6.1.6 光子横向波动及几率波/136
6.1.7 光子的极化和自旋/142
6.1.8 光子波粒二象性的物理图像/147
6.2 电磁场理论/149
6.2.1 电磁场的协变形式和Lorentz条件/149
6.2.2 Coulomb规范量子化电磁场/150
6.2.3 Lorentz规范量子化/160
6.2.4 动量表象和粒子解释/162
第7章 轻子的图像/167
7.1 轻子的纤维结构/167
7.1.1 单电子内禀场的应变/168
7.1.2 单电子内禀场径向部分的形变/170
7.1.3 无自旋电子的纤维场的分区结构/171
7.1.4 轻子内禀结构的简化/174
7.1.5 内禀空间基和粒子空间基的自相似性/175
7.1.6 轻子和光子的耦合构成德布罗意波/177
7.1.7 电子的电力线/179
7.1.8 电子的磁力线/185
7.1.9 轻子的麦克斯韦方程/189
7.2 轻子自旋/190
7.2.1 轻子自旋波/190
7.2.2 自旋波在轻子内禀时空中的传播特性/190
7.2.3 自旋量子场的时空形变量/191
7.2.4 自旋角动量/192
7.2.5 转动应变量构成自旋动量/194
7.2.6 电子的自旋自由度/195
7.3 轻子的质量/197
7.3.1 轻子的传播特性/197
7.3.2 轻子的惯性质量/198
7.3.3 真空点的四维平移/200
7.3.4 质量汇聚波/201
7.3.5 静态轻子质量荷的精细结构/202
7.3.6 电子的内禀空间场函数/203
7.3.7 e、μ、τ的内禀结构和质量/204
7.3.8 轻子的背景场及轻子的引力/207
7.3.9 运动轻子质量、动量的正交性/207
7.4 真自由粒子Dirac方程/210
7.4.1 K1ein-Gordon方程/210
7.4.2 自由粒子的Dirac方程和? 矩阵/211
7.5 Dirac方程的性质/213
7.5.1 Dirac方程的Lorentz不变性/213
7.5.2 自由电子相应的静止电子解/215
7.5.3 自由粒子Dirac方程的解/216
7.5.4 拉格朗日形式/219
7.6 电磁耦合常数的计算/221
7.6.1 电磁耦合常数的物理图像/221
7.6.2 考虑电子的情况/222
7.6.3 光子的情况/224
7.6.4 近距离的情况/225
7.6.5 光电耦合与经典电磁场/225
7.7 中微子/225
7.7.1 中微子内禀空间的构成/225
7.7.2 中微子内禀场函数/226
7.7.3 自旋量子波角量/227
7.7.4 中微子的静质量/229
7.7.5 半向空间的概念/229
7.7.6 费米子场的半向空间效应/231
7.7.7 中微子的狄拉克方程/232
7.7.8 轻子的点模型构成量子力学/233
7.7.9 全同粒子粒子的交换对称的物理图像/238
第8章 场的定域规范不变性/240
8.1 整体规范不变性/241
8.2 U(1)定域规范不变性与电磁相互作用/244
8.3 SU(n)定域规范不变性/249
第9章 弱作用场/255
9.1 弱相互作用顶角/255
9.1.1 相互作用顶角/255
9.1.2 费米子相互作用的顶角空间/258
9.2 弱电统一模型的物理图像/265
9.2.1 弱作用内禀空间图像/265
9.2.2 真空场中无对称破缺的弱电统一模型/265
9.2.3 温伯格角θW的物理意义/271
9.3 夸克弱相互作用/277
9.3.1 卡比波角/278
9.3.2 夸克弱电统一规范理论/280
第10章 强子结构/283
10.1 π0介子态的真空场图像/283
10.2 π±介子的真空场图像/285
10.3 质子结构/287
10.3.1 质子的形成/287
10.3.2 质子自旋/289
10.3.3 质子的弦与稳定性/290
10.3.4 中子结构/291
10.3.5 强子的SU(3)表述/291
10.4 强相互作用/292
10.4.1 中性 介子与核子的强相互作用/293
10.4.2 介子与核子的相互作用/295
10.5 夸克/299
10.5.1 夸克的味/299
10.5.2 夸克的颜色/300
10.5.3 强耦合常数as/303
10.6 胶子/303
10.6.1 考虑某根弦内的波/304
10.6.2 弦及夸克海/305
10.7 核子内禀空间场函数/308
10.7.1 核子真空内禀场函数/308
10.7.2 量子色动力学的SUc(3)结构/310
10.8 质量荷塑性形变的弦模型理论/311
10.8.1 质量荷闭弦/311
10.8.2 强子弦/312
第11章 量子电动力学基本过程/315
11.1 QED的微扰论和费曼规则/315
11.2 量子电动力学过程/316
11.2.1 电子的Rutherford散射/316
11.2.2 重整化的例子/322
11.2.3 跑动耦合常数/325
11.2.4 量子场的反常维度/328
11.3 真空场论与超弦/M理论/333
11.3.1 真空场论与弦理论的基本思想/333
11.3.2 粒子的相互作用/337
11.3.3 四种力场的统一物理机制的比对/338
11.3.4 狄拉克“大数假设”/340
附录A/343
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