真空结构、引力起源及暗能量问题 王顺金 科学出版社有限责任公司 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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王顺金 著

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• 量子引力
• 物理学
• 王顺金
• 科学出版社

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出版社： 科学出版社有限责任公司

ISBN：9787030477279

商品编码：26559630902

包装：平装

出版时间：2017-12-01

基本信息

书名：真空结构、引力起源及暗能量问题

：98.00元

作者：王顺金

出版社：科学出版社有限责任公司

出版日期：2017-12-01

ISBN：9787030477279

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版次：31

装帧：平装

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编辑推荐

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内容提要

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本书首先强调了物理系统和真空环境耦合问题的重要性。然后提出了真空普朗克子球密集堆积模型。基于这个模型，研究了三个基本的天体物理学问题：①黑洞的微观量子结构和引力的微观量子统计起源；②以普朗克子为初始条件的宇宙演化和宇宙能量密度起源；③作为真空晶体这一凝聚体的孤子型或位错型激发的基本粒子运动时的相对论效应。由这三项研究得到的结果，或者与天文观测符合，或者与现有理论一致。《BR》基于上述结果，本书对现代物理学的突破和发展前景提出了系统的看法，并进行了初步的探讨。作者认为：①现代物理学面临新的突破；②突破点在于对真空微观量子结构的研究；③突破后将出现的更深层次的实体性理论是真空微观量子结构理论，它是相对论和量子论这两个原理性理论的微观物质基础，现代物理学的卜述原理性理论和基本粒子理论将以这一实体性理论的超低能、超长波的极限形式涌现出来；④突破需要粒子物理学家、天体物理宁宙学家、凝聚态物理学家和数学家的共同努力。

目录

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作者介绍

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文摘

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序言

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宇宙的奥秘：从量子场论到时空几何的宏大叙事 本书导读： 在这本深入探索现代物理学前沿的专著中，我们将踏上一段跨越微观尺度量子涨落到宏观宇宙演化的壮阔旅程。本书旨在构建一个统一的理论框架，用以理解物质、能量与时空的内在联系，并试图解答当代物理学中最核心、最棘手的几个难题。我们不会仅仅停留在描述现象的层面，而是将重点放在探索其背后的数学结构与基本原理上。 第一部分：量子场论的基石与基础结构 本部分将系统回顾并深入剖析量子场论（Quantum Field Theory, QFT）的核心思想。作为描述基本粒子及其相互作用的现代物理学语言，QFT的完备性是理解一切物理现象的基础。 1. 经典场论的回顾与量化： 我们将从经典场论（如标量场、电磁场）出发，详细阐述规范不变性（Gauge Invariance）和拉格朗日密度（Lagrangian Density）在构建理论中的决定性作用。随后，我们将详细探讨如何通过正则量子化方法（Canonical Quantization）将经典场转化为量子场算符，引入产生和湮灭算符，并阐述它们如何定义粒子的状态空间——福克空间（Fock Space）。 2. 费曼路径积分表述及其意义： 除了正则量子化，本书将着重介绍费曼路径积分（Feynman Path Integral）表述。我们将展示路径积分如何提供一个更为直观且在重整化和共形场论中更为强大的视角。重点讨论如何利用泛函积分来计算关联函数，以及它在处理非微扰效应中的潜力。 3. 散射理论与微扰展开： 深入探讨S矩阵的构建，理解相互作用的动力学过程。我们将详细分析费曼图（Feynman Diagrams）的构造规则，并进行高阶微扰计算。在此过程中，不可避免地会遇到紫外（UV）发散问题，这将自然地引出下一节的关键主题。 4. 重整化：理论的自洽性保障： 重整化（Renormalization）是QFT成功的核心。本书将严谨地阐述发散的物理起源，介绍切割正则化（Cutoff Regularization）和维度正则化（Dimensional Regularization）等技术。我们将阐明有效场论（Effective Field Theory, EFT）的观点，即物理定律的适用范围决定了我们能观测到的参数，从而解释为什么紫外结构可以被有效地“屏蔽”。最后，我们将分析重整化群（Renormalization Group, RG）流，揭示理论参数如何随观测尺度的变化而演化，这是理解临界现象和渐近自由性的关键。 第二部分：时空几何的结构与动力学 本部分将从爱因斯坦的广义相对论（General Relativity, GR）出发，探讨时空本身的几何性质如何决定物质的运动，以及其内在的张力与挑战。 1. 广义相对论的几何基础： 我们将从黎曼几何的角度重新审视GR，详细讨论流形（Manifold）、度规张量（Metric Tensor）和黎曼曲率张量（Riemann Curvature Tensor）。重点分析测地线方程（Geodesic Equation）如何替代牛顿力学中的运动方程，体现“物质告诉时空如何弯曲，时空告诉物质如何运动”的深刻物理图像。 2. 场方程的精确解与奇点： 系统分析爱因斯坦场方程（Einstein Field Equations）的构造及其非线性特性。本书将详述几个关键的精确解，包括史瓦西解（Schwarzschild Solution）对静态黑洞的描述，克尔解（Kerr Solution）对旋转体的描述，以及弗里德曼-勒梅特-罗伯逊-沃尔克（FLRW）度规对均匀、各向同性宇宙的建模。同时，我们将探讨彭罗斯-霍金奇点定理，揭示在某些条件下时空结构的必然坍缩。 3. 规范场与引力统一的尝试： GR在描述宏观引力方面无可匹敌，但它本质上是一个经典理论。本部分将探讨将引力视为一种规范场（如爱因斯坦-杨-米尔斯理论的尝试），并分析将引力与标准模型中的基本力统一所面临的数学和物理障碍，尤其是量子化困难。 第三部分：时空量子化与量子引力的新范式 面对经典GR与QFT在普朗克尺度上的不相容性，我们必须探索全新的时空图景。本部分聚焦于前沿的量子引力候选理论。 1. 圈量子引力（Loop Quantum Gravity, LQG）的几何量子化： 我们将深入研究LQG的核心概念。重点在于将引力动力学从度规描述转化为阿斯泰卡-阿什特卡（Ashtekar-Barbero）连接变量。详细阐述如何通过“圈”和“自旋网络”（Spin Networks）来构建时空的量子态，并解释体积算符和面积算符的本征值谱的离散性，暗示了时空在普朗克尺度下的“原子化”结构。本书将分析LQG在解决大爆炸奇点问题上的潜力。 2. 弦论的几何观与对偶性： 弦论（String Theory）提供了一种将所有基本粒子和力（包括引力）统一在基本弦振动模式下的框架。我们将探讨弦论的基本构型（I型、II型、异构等），以及超对称性（Supersymmetry）如何帮助消除引力子（Graviton）的负范态。重点分析M理论的出现及其对偶性（如T对偶、S对偶、U对偶），揭示看似不同的理论在更深层次上的统一性，以及额外的紧致化维度（如卡拉比-丘流形）对低能物理的约束。 3. AdS/CFT 对应原理的洞察： AdS/CFT（反德西特空间/共形场论）对应关系是理解量子引力的强大工具。我们将详述这一“全息原理”的含义：一个带有引力的(D+1)维时空（AdS空间）的理论，等价于其边界上无引力的D维共形场论。这提供了一个在数学上可控的框架来研究强耦合区域的量子引力现象，如黑洞的微观熵。 第四部分：宇宙学中的几何与动力学挑战 本部分将理论工具应用于对宇宙学观测现象的解释，特别是对暗物质和暗能量的深入探讨，着重于其对时空几何的潜在影响。 1. 早期宇宙的量子涨落与暴胀模型： 暴胀理论（Inflation）被认为是解决宇宙学基本问题（平坦性、视界问题）的关键。我们将分析标量场的动力学（如“inflaton”场）如何驱动指数膨胀，并详细阐述暴胀模型如何产生初始的密度扰动，这些扰动最终形成了我们今天观测到的宇宙大尺度结构。本书将探讨引力子和标量场在暴胀期间产生的原始引力波背景的特征。 2. 暗物质的动力学与几何耦合： 尽管暗物质的本质仍是未知的，但其引力效应已是无可辩驳的事实。本书将探讨各种暗物质候选体（如WIMPs、轴子）的场论模型，并着重分析它们如何通过引力与时空结构耦合，如何在数值相对论模拟中影响星系和星系团的形成，从而间接验证时空几何的普适性。 3. 早期宇宙的遗留问题与暗能量的几何起源： 宇宙加速膨胀的发现将我们带入了暗能量（Dark Energy）的时代。本书将审视标准Lambda-CDM模型中宇宙学常数（Λ）的灾难性“精细调节”问题。我们将从广义相对论的角度，分析真空能量的几何起源，探讨标量场（如第五元素 Quintessence）作为动态暗能量的可能，以及曲率修正（如f(R)引力）如何尝试在不引入新粒子的前提下解释加速膨胀，并分析这些修正理论对早期宇宙和晚期宇宙观测数据的严格约束。 结语： 本书致力于展示，从微观的量子涨落到宏观的宇宙演化，物理学的核心挑战在于找到一个自洽的几何语言来统一时空结构与物质动力学。通过对现有理论框架的批判性回顾和对前沿模型的深入剖析，本书旨在为读者提供一个全面而深刻的视角，以期推动对宇宙终极结构理解的边界。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版和印刷质量，从我翻阅的感受来说，达到了一个相当高的水准。科学出版社一向在专业书籍的制作上保持着优良的传统，纸张的质感很好，即便是长时间阅读也不会有明显的视觉疲劳。不过，更重要的是内容组织。我特别留意了全书的逻辑脉络是否清晰流畅。例如，如何自然地从经典引力过渡到量子引力的问题，以及如何将“暗能量”的引入视为对真空能理解的必然延伸，而不是生硬地嫁接上去的补丁。如果作者能够构建一个自洽的叙事线索，让读者自然而然地接受这些前沿概念的必要性，那么这本书的阅读体验无疑是极佳的。我期待看到对数学公式的标注和解释是否到位，因为这些复杂的表达式往往是理解物理本质的钥匙。如果能有针对性地解释某个符号或张量代表的具体物理意义，而非仅仅展示其代数形式，那么这本书就真正服务于广大求知欲强的读者了。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计着实引人注目，那种深邃的蓝色调，配上抽象的几何图形，立刻让人联想到宇宙的浩瀚与未解之谜。我一直对现代物理学的核心议题抱有浓厚的兴趣，尤其是那些尚未找到确切答案的领域，比如暗物质和暗能量的本质。市面上关于这些话题的书籍，很多要么过于科普，流于表面，要么就是深入到令人生畏的数学推导中。我期待的是一种能平衡理论深度与可读性的作品，希望作者能够用清晰的逻辑，将那些晦涩难懂的概念，比如时空弯曲的几何学原理，用一种能让非专业人士也能领悟的方式阐述出来。我特别关注那些关于理论框架构建的章节，想看看作者是如何从基础的物理公设出发，一步步构建起他所探讨的“真空结构”模型的。如果书中能有充分的图示和类比，帮助理解高维空间或量子场论中的一些核心概念，那将是极大的加分项。这本书如果真的能将宏观的引力理论与微观的量子场论在某种统一的框架下进行探讨，那无疑是一次重大的理论尝试，能让人在阅读后对宇宙的终极图景有一个更具批判性和探索性的认识。

评分☆☆☆☆☆

读完这本书的某些章节后，我有一种强烈的感受，即作者的叙述风格非常严谨，几乎带着一种早期物理学家那种近乎哲学的思辨味道。他似乎并不急于给出那些“标准模型”的既定结论，反而更热衷于对现有理论的内在矛盾和逻辑漏洞进行深入的剖析。这种批判性的视角，对于一个老读者来说，是非常宝贵的。我喜欢作者在讨论引力起源时，那种追溯到更深层次的对称性或最小作用量原理的探讨方式，这比单纯地罗列爱因斯坦场方程要来得更有启发性。特别是当他提及对现有引力理论的修正或替代方案时，我非常期待他能够详细阐述这些新模型在哪些实验观测（或尚未被观测的现象）上能提供更优的解释。如果书中能够对不同理论之间的数学等价性或不相容性进行细致的比较，那这本书的学术价值会大大提升。我希望能从中找到一些关于如何设计新实验来区分这些理论的思路，而不是仅仅停留在概念层面上的推测。这种对理论基础的深挖，让人感觉仿佛在参与一场思想上的探险。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我的一个显著印象是它所展现出的对“真空”概念的颠覆性理解。在传统观念中，真空是空无一物，但在现代物理中，它充满了量子涨落和零点能。作者似乎在这本书中，试图将这种量子真空的特性提升到解释宏观引力现象乃至宇宙加速膨胀的核心地位。我希望能看到更细致的论证，说明这种“结构”是如何从微观层面涌现出我们所观测到的四维时空几何的。这种从基础结构到整体形态的推导过程，需要极强的数学工具和物理洞察力。我尤其关心作者如何处理“宇宙学常数问题”——这个理论预测值与观测值之间巨大的鸿沟。如果作者提出了一个在理论上更具说服力的方式来调节或解释这个常数，那么这本书的贡献将是巨大的。总而言之，我希望看到的是一种从“无”到“有”的精妙构建过程，而不是对现有知识的简单复述。

评分☆☆☆☆☆

阅读过程中，我一直在思考这本书在物理学界可能引起的讨论。它显然不是一本迎合大众口味的通俗读物，它似乎更像是为那些在理论前沿探索的研究者或高年级学生准备的“思想工具箱”。作者的论证风格显得非常自信和独立，这让人不禁想知道，他所提出的理论框架是否与主流的弦论、圈量子引力等主流研究方向存在显著的冲突或独特的交叉点。如果书中能明确指出自己的理论相对于其他前沿理论的优势和劣势，例如在处理奇点问题上的表现，或者在与实验数据的兼容性上，那么这本书的学术价值将更加凸显。我希望这本书能够激发我产生新的疑问，而不是仅仅满足我已有的认知。真正的优秀物理学著作，应该如同一个引人入胜的迷宫，引导读者在探索的过程中不断修正和深化自己对宇宙运行法则的理解。