弦论和M理论导论 9787510029745 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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美贝克尔 著

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• M理论
• 物理学
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• 量子力学
• 宇宙学
• 高能物理
• 科普
• 现代物理
• 相对论

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出版社： 世界图书出版公司

ISBN：9787510029745

商品编码：29042809159

包装：平装

出版时间：2011-01-01

基本信息

书名：弦论和M理论导论

定价：99.00元

作者：(美)贝克尔

出版社：世界图书出版公司

出版日期：2011-01-01

ISBN：9787510029745

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版次：1

装帧：平装

开本：

商品重量：1.303kg

编辑推荐

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内容提要

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　　String theory is one of the most exciting and challenging areas of modern theoretical physics. It was developed in the late 1960s for the purpose of de-scribing the strong nuclear force. Problems were encountered that prevented this program from attaining plete success. In particular, it was realized that the dpectrum of a fundamental string contains an undesired massless spin-two particle. Quantum chromodynamics eventually proved to be the correct theory for describing the strong force and the properties of hadrons,New doors opened for string theory when in 1974 it was proposed to identify the massless spin-two particle in the string's spectrum with the graviton, the quantum of gravitation. String theory became then the most promising can-didate for a quantum theory of gravity unified with the other forces and has developed into one of the most fascinating the6ries of high-energy physics.

目录

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preface
1 introduction
　1.1 historical origins
　1.2 general features
　1.3 basic string theory
　1.4 modern developments in superstring theory
2 the bosonic string
　2.1 p-brane actions
　2.2 the string action
　2.3 string sigma-model action: the classical theory
　2.4 canonical quantization
　2.5 light-cone gauge quantization
3 conformal field theory and string interactions
　3.1 conformal field theory
　3.2 brst quantization
　3.3 background fields
　3.4 vertex operators
　3.5 the structure of string perturbation theory
　3.6 the linear-dilaton vacuum and noncritical strings
　3.7 witten's open-string field theory
4 strings with world-sheet supersymmetry
　4.1 ramond-neveu-schwarz strings
　4.2 global world-sheet supersymmetry
　4.3 constraint equations mad conformal invaxiance
　4.4 boundary conditions and mode expansions
　4.5 canonical quantization of the rns string
　4.6 light-cone gauge quantization of the rns string
　4.7 scft and brst
5 strings with space-time supersymmetry
　5.1 the do-brane action
　5.2 the supersymmetric string action
　5.3 quantization of the gs action
　5.4 gauge anomalies and their cancellation
6 t-duality and d-branes
　6.1 the bosonic string and dp-branes
　6.2 d-branes in type ii superstring theories
　6.3 type i superstring theory
　6.4 t-duality in the presence of background fields
　6.5 world-volume actions for d-branes
7 the heterotic string
　7.1 nonabelian gauge symmetry in string theory
　7.2 fermionic construction of the heterotic string
　7.3 toroidal pactification
　7.4 bosonic construction of the heterotic string
8 m-theory and string duality
　8.1 low-energy effective actions
　8.2 s-duality
　8.3 m-theory
　8.4 m-theory dualities
9 string geometry
　9.1 orbifolds
　9.2 calabi-yau manifolds: mathematical properties
　9.3 examples of calabi-yau manifolds
　9.4 calabi-yau pactifications of the heterotic string
　9.5 deformations of calabi-yau manifolds
　9.6 special geometry
　9.7 type iia and type iib on calabi-yau three-folds
　9.8 nonperturbative effects in calabi-yau pactifications
　9.9 mirror symmetry
　9.10 heterotic string theory on calabi-yau three-folds
　9.11 k3 pactifications and more string dualities
　9.12 manifolds with g2 and spin(7) holonomy
10 flux pactifications
　10.1 flux pactifications and calabi-yau four-folds
　10.2 flux pactifications of the type iib theory
　10.3 moduli stabilization
　10.4 fluxes, torsion and heterotic strings
　10.5 the strongly coupled heterotic string
　10.6 the landscape
　10.7 fluxes and cosmology
11 black holes in string theory
　11.1 black holes in general relativity
　11.2 black-hole thermodynamics
　11.3 black holes in string theory
　11.4 statistical derivation of the entropy
　11.5 the attractor mechanism
　11.6 small bps black holes in four dimensions
12 gauge theory/string theory dualities
　12.1 black-brane solutions in string theory and m-theory
　12.2 matrix theory
　12.3 the ads/cft correspondence
　12.4 gauge/string duality for the conifold and generalizations
　12.5 plane-wave space-times and their duals
　12.6 geometric transitions
bibliographic discussion
bibliography
index

作者介绍

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文摘

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序言

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量子引力之梦：高维空间与基本粒子 自人类认知世界以来，对宇宙最深层奥秘的探索从未停止。从亚里士多德的四元素说到牛顿的万有引力，再到爱因斯坦的相对论，物理学不断揭示着支配宏观世界的规律。然而，在微观领域，量子力学的成功描绘了原子和亚原子粒子的奇异行为，却与描述引力的广义相对论在数学上水火不容。这种理论上的巨大鸿沟，驱使着一代又一代的理论物理学家追寻一个终极目标：一个能够统一描述自然界所有基本力的“万有理论”。 本书将带领读者深入探索这一宏伟蓝图的核心——量子引力理论的两个最前沿、最具革命性的分支：弦理论（String Theory）和M理论（M-theory）。这不是一本简单的科普读物，而是为那些对现代理论物理学抱有深厚兴趣，并准备好迎接复杂数学挑战的求知者所准备的严肃学术导论。我们将系统地、由浅入深地构建理解这两个理论所需的理论基石。 第一部分：现代物理学的基石与危机 在进入弦理论的奇妙世界之前，我们必须首先扎实地回顾支撑现代物理学的两大支柱：标准模型和广义相对论。 量子场论的精炼： 我们将从量子场论（QFT）的基础开始，这是描述电磁力、强核力和弱核力的标准框架。我们将详细探讨狄拉克方程，理解费米子和玻色子的基本区别，并深入研究规范场论的核心概念——对称性和规范群。理解量子电动力学（QED）和量子色动力学（QCD）的成功，同时也必须认识到它们的局限性，特别是它们无法容纳引力这一事实。 广义相对论的几何美学： 爱因斯坦的引力理论，即广义相对论，将引力解释为时空本身的弯曲。我们将回顾爱因斯坦场方程，理解黎曼几何在描述引力中的关键作用。重点在于理解黑洞的物理性质以及宇宙学中的大尺度结构，这些都是在量子层面需要被解释的现象。 引力的量子化困境： 理论物理学家尝试将引力纳入量子场论的框架，即尝试建立一个“量子引力”的微扰理论。然而，结果是灾难性的：无穷大（non-renormalizable infinities）充斥着计算，使得该理论在普朗克尺度上失去预测能力。正是这种不可调和的矛盾，催生了革命性的新思想。 第二部分：弦理论的诞生与发展 弦理论并非一开始就是引力理论，它最初是为了解释强相互作用而提出的“玻色子弦理论”。然而，随着研究的深入，一个惊人的发现浮现出来：这个理论的谱系中，必然包含一个自旋为2、质量为零的粒子——这正是引力子（graviton）的量子描述。 一维的革命： 本书的核心论点在于将基本粒子视为具有特定振动模式的“一维的弦”而非零维的点粒子。我们将详细分析弦的运动方程，从最基础的玻色子弦（Bosonic String）开始，探讨其能量本征态和莫尔莫定律（Morley’s Rule）。 超对称的引入： 玻色子弦理论存在一个致命缺陷——它只描述玻色子，并且天然地包含一个质量为虚数的“tachyon”（超光速粒子）。解决这些问题的关键在于引入“超对称”（Supersymmetry），即物质粒子（费米子）和力粒子（玻色子）之间存在一一对应的关系。超对称理论（Superstring Theory）的建立，使得理论在数学上变得稳定，并消除了tachyon。 五种超弦理论： 令人费解的是，在1980年代，物理学家发现了五种自洽的、超对称的、包含引力的一维弦理论（I型、IIA型、IIB型、异论（Heterotic）$E_8 imes E_8$和$SO(32)$）。这五种理论如何能同时描述同一个宇宙？它们的数学结构为何如此不同？为了回答这些问题，我们必须深入研究紧致化（Compactification）的机制。 额外的维度与卡拉比-丘流形： 为了使理论与我们观察到的四维时空相符，多余的六个或七个空间维度必须被“卷曲”起来，变得非常小以至于无法被直接观测到。我们将详细探讨卡拉比-丘流形（Calabi-Yau Manifolds）在稳定六维紧致化中的作用，以及它们如何决定了我们宇宙中粒子谱和相互作用力的精确形式。 对偶性与矩阵模型： 随着对弦理论研究的深入，物理学家发现这五种看似不同的弦理论，在某些极限情况下是可以相互转化的。这些被称为“对偶性”（Duality），例如T-对偶和S-对偶。这些对偶性强烈暗示着所有五种弦理论实际上是更高阶理论的不同极限。 第三部分：M理论——统一的框架 1995年，爱德华·威滕（Edward Witten）提出了一个革命性的构想，即所有五种超弦理论都是一个尚未完全理解的、更宏大的M理论在不同条件下的低能极限或特殊对偶形式。M理论（字母M的含义至今仍有争议，可能是“膜”、“魔术”或“母亲”）将理论的维度从一维的弦提升到了更高维度的对象。 D-膜：开辟新世界： M理论的核心在于引入了狄利克雷膜（Dirichlet Membranes，或D-branes）。弦不再是唯一的基本对象，不同维度的“膜”（p-branes，p代表维度）也成为基本结构。弦的端点可以附着在这些膜上，这极大地丰富了理论的物理图像，并提供了解决信息悖论等问题的关键工具。 十一维的回归： M理论的数学结构要求它存在于十一维时空中（十个空间维度加一个时间维度）。这将IIA型弦理论视为M理论在第十一维空间方向上紧致化（卷曲）的低能极限，而IIB型理论则通过更复杂的“边界条件”与M理论关联。 AdS/CFT 对偶性： M理论的另一个里程碑式的成果是反德西特空间/共形场论对应（AdS/CFT Correspondence），也称为Maldacena对偶。这个惊人的猜想表明，在一个具有负宇宙学常数（反德西特空间）的特定引力理论（如N=4超对称杨-米尔斯理论的引力对偶）与存在于其边界上的一个无引力的量子场论之间，存在着精确的数学等价性。这提供了一个强大的工具，使得原本无法计算的强耦合量子场论问题，可以通过在更高维引力空间中求解简单问题来解决，反之亦然。它为量子引力提供了一个非微扰的、可操作的图像。 超越弦理论的展望： 本书的最后部分将探讨弦理论和M理论在解决当代物理学重大难题中的应用与挑战。我们将讨论它们在解释黑洞熵、信息悖论、以及宇宙暴胀模型中的潜力。同时，我们也将直面理论面临的哲学和实验挑战：景观问题（The Landscape），即理论允许的真空态数量极其庞大，以及目前缺乏直接的实验验证。 通过对这些复杂概念的深入剖析，读者将不仅掌握理解弦理论和M理论所需的数学和物理工具，更将对“万有理论”的追求所蕴含的深刻哲学意义有所体会。这是一段关于维度、对称性、几何与统一的史诗般的旅程。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版和装帧给我留下了极其深刻的印象，这不仅仅是一本教材，更像是一件值得收藏的工艺品。书脊的装订非常结实，即使我需要频繁翻阅查阅公式和图表，也丝毫没有松动的迹象，这对于经常需要带着书在不同地方学习的我来说，是非常实用的优点。内容方面，作者在阐述某些关键的、涉及到高阶对称性的概念时，似乎花费了额外的篇幅来确保读者的理解无碍。我记得有一个关于维度约化过程的章节，涉及到一个非常精妙的几何映射，通常在其他著作中，这部分要么被一笔带过，要么就是直接抛出结论让你自行验证。而这本书则非常耐心地用好几页篇幅，结合多个辅助性的图示（虽然是黑白的，但清晰度很高），将这个映射过程分解成了若干个可理解的小步骤。这种细致入微的讲解，极大地降低了阅读的挫败感。我发现，很多我以前认为难以掌握的“黑箱”知识点，在读完对应章节后，突然间变得豁然开朗。这套书的价值，正在于它成功地架起了理论物理“高墙”与普通求知者之间的桥梁，它没有降低标准，而是提高了引导的艺术。

评分☆☆☆☆☆

购买这本书纯粹是一个冲动消费，当时在书店里被它略显“硬核”的气质吸引了。我一直对宇宙的终极规律抱有强烈的好奇心，但每次试图深入那些前沿理论时，总会被那些层出不穷的新符号和过于抽象的数学框架所劝退。这本书的特点在于，它并没有回避那些复杂的数学工具，而是选择了一种“并行叙事”的策略。你会发现，在介绍完一个物理概念后，紧接着就会有一段篇幅专门用来解释支撑这个概念的数学结构，而且解释得相当到位，不会让人感觉数学工具只是一个生硬的“外壳”。我特别注意到，作者在引用其他学者的工作时，会非常尊重历史脉络，清晰地标明了某个思想的起源和演变过程，这使得阅读过程更像是一场对现代物理学发展史的巡礼，而不是孤立地学习某个理论体系。我最欣赏的是，全书的论证风格极其内敛和客观，很少出现那种“这是唯一正确的看法”的断言，而是更多地呈现出理论的开放性和待解决的问题。这对于培养批判性思维至关重要，它在告诉我：你看，这是目前最好的模型，但宇宙远比我们想象的复杂，我们还有很多路要走。这种坦诚的态度，比任何浮夸的宣传都更有说服力。

评分☆☆☆☆☆

说实话，我买这本书主要是被它的“理论前沿”标签所吸引，希望能在现有的知识体系上获得一次飞跃。阅读体验上，我最直观的感受是，这本书的逻辑推进速度把握得极好，张弛有度。不会像某些入门书籍那样，在前三分之一的内容里就用尽了所有基础工具，导致后面深入时弹尽粮绝；也不会像某些过于专业的文献那样，从一开始就假设读者对所有背景知识了如指掌。它似乎在不断地进行“压力测试”——在你感觉快要跟上的时候，引入一个新的挑战，但很快就会提供应对这个挑战的“思维工具箱”。我特别关注了书中关于量子引力研究进展的部分，作者对不同尝试（比如圈量子引力与弦论的侧重点差异）的比较分析，非常客观且富有洞察力，没有偏袒任何一家之言，只是清晰地展示了各自的优势与局限性。这使得读者能够形成一个多维度的、不偏激的认识框架。这本书的价值不在于提供一个终极答案，而在于教会你如何去提出更深刻、更有建设性的问题。它让我意识到，学习前沿物理，最重要的是培养那种“质疑现有范式”的能力，而这本书正是培养这种能力的上乘之作。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计简直是视觉上的享受，那种深邃的蓝色调配上简洁的白色字体，一下子就抓住了我的眼球。当我翻开扉页，那种厚重的纸质感和油墨的清香，让人立刻感受到出版方对内容的尊重。我是在一个学术交流群里偶然看到有人推荐的，说是对于初学者入门高能物理领域非常有帮助，尤其是在面对那些看似玄奥的概念时，作者似乎找到了某种奇特的“翻译器”，能将抽象的数学语言转化为相对直观的物理图像。我花了很长时间才找到这个版本，据说早期印刷的版本在排版上更为精良，不过手头这个9787510029745的版本，至少在阅读体验上是令人满意的。我特别欣赏作者在行文间流露出的那种严谨与幽默的平衡，不是那种板着脸孔的教科书，而是像一位经验丰富、极富耐心的导师在耳边细语，引导你一步步深入迷宫。虽然我目前只阅读了前几章关于场论基础的部分，但已经能感受到作者在处理那些经典难题时的独到见解，比如对规范场理论的阐释，没有陷入繁琐的细节泥潭，而是直击核心的物理思想。这种“抓大放小”的叙事策略，对于我这种跨学科背景的读者来说，简直是福音。我期待着接下来的内容能继续保持这种高质量的引导，让我能更自信地踏入更高维度的探讨。

评分☆☆☆☆☆

说实话，我对这套书的期待值其实是带着几分审慎的怀疑的。毕竟“导论”二字在物理学著作中常常意味着“过度简化”或者“蜻蜓点水”，很多号称入门的书籍，读完后发现对核心问题的理解依然模糊不清，像隔着一层毛玻璃在看世界。然而，这本书的结构安排却让我刮目相看。它不是那种传统的、章节堆砌式的写法，而是仿佛在构建一个精巧的逻辑迷宫，每一步的推进都建立在前一步的坚实基础上。我尤其喜欢作者在引入新概念时，总是会先回顾一下前置知识点，用一种“温故而知新”的方式，巧妙地填补读者的知识断层。举个例子，在讨论到某些对称性破缺的微妙之处时，作者竟然引入了一个非常生活化的类比——虽然我得承认，这个类比本身也需要一定的背景知识才能完全领会，但那种尝试拉近理论与现实的努力，是值得称赞的。而且，这本书的习题设计也相当高明，不是那种纯粹的计算题，更多的是概念性的思考和验证，迫使读者真正动脑筋去消化吸收了作者的论证逻辑，而非仅仅套用公式。我目前正在攻克其中一个关于拓扑结构的小挑战，它要求我们将一个看似不相关的场论现象，用一个更宏观的几何概念来统一描述，这正是我想要从这类前沿读物中获得的“醍醐灌顶”的体验。