Probing the Universe: A Geometrical View for Observers of Spacetime Physics
暫譯: 探測宇宙:時空物理觀察者的幾何視角
Tucker, Robin W., Walton, Timothy J.
- 出版商: Springer
- 出版日期: 2026-01-03
- 售價: $8,920
- 貴賓價: 9.5 折 $8,474
- 語言: 英文
- 頁數: 858
- 裝訂: Hardcover - also called cloth, retail trade, or trade
- ISBN: 3031964519
- ISBN-13: 9783031964510
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物理學 Physics
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商品描述
商品描述(中文翻譯)
本書提供了一個全新的視角,探討重力、電動力學與量子物理之間的關係。該書專為具有數學物理背景的研究生和博士後研究人員設計,將關鍵概念組織成一系列受科學發現歷史啟發的範式,從亞里士多德和歐幾里得到現代物理學。這些範式以現代微分幾何的語言框架呈現,依賴於如纖維束(fiber bundles)和流形(manifolds)等基本概念,這些概念在文本中有所介紹。雖然主要焦點在於愛因斯坦的重力理論,但討論是在一個更廣泛的數學框架內進行,包括具有線性連接的任意維度流形、度量張量場(metric tensor fields,具有任意簽名)、扭曲(torsion)和度量梯度(metric gradients)。有一章介紹了在各種任意維度流形中沿曲線的Frenet-Serret框架的概念,並提供與時空物理相關的例子。本書精確定義了「理想時空觀察者」和「時空中的標準時鐘」的概念,突顯了量子波粒二象性在解釋局部測量過程中的不可避免角色。
文本提供了一種變分方法,用於推導與物質相互作用的廣義重力理論,使用微分形式的外部微積分。這提供了一種有效的微積分方法,用於推導應力-能量-動量張量,並導致對時空中愛因斯坦-麥克斯韋範式的詳細分析。使用Killing向量場和Killing張量場來分析施瓦茨希爾德(Schwarzschild)、雷斯納-諾德斯特羅姆(Reissner-Nordstrom)和克爾(Kerr)時空的測地線。全書強調區分幾何奇異性和坐標奇異性,並使用Painleve-Gullstrand和Kruskal-Szekeres構建的圖表進行說明,進而討論黑洞時空的性質。提供了一個幾何框架,用於分析托爾曼-奧本海默-沃爾科夫(Tolman-Oppenheimer-Volkoff)理論,針對恆星內部進行分析,並有一章探討「奧本海默-希夫辯論」,該辯論關於旋轉帶電殼體所產生的電磁場,澄清文獻中的關鍵點。有一章介紹了在麥克斯韋電動力學、Bopp-Lande-Podolsky電動力學和線性化愛因斯坦重力中的手性脈衝模型。引入了旋量場作為克利福德代數束的截面,並用於討論在閏科斯基時空中的旋量脈衝場。幾個附錄補充了主要文本,包括符號指南、數學恆等的詳細證明、所討論量的物理維度表,以及集合與測度理論的入門。對於有興趣進一步探索的讀者,額外的附錄概述了量子力學的數學基礎,為未來現代物理學的範式提供了一個踏腳石。
作者簡介
Robin W. Tucker earned his degrees at the University of Cambridge and has been at Lancaster University since 1971, where he is now Emeritus Professor of Mathematical Physics. He co-founded the Cockcroft Institute of Accelerator Science and has worked at Daresbury Nuclear Physics Laboratory, CERN, and numerous universities worldwide. With over 350 publications, his research spans elementary particle physics, continuum mechanics, electromagnetic modeling, and gravitation theories. Prof. Tucker is a Fellow of the Institute of Physics and a Member of the London Mathematical Society.
Timothy J. Walton received his degrees in mathematical physics from Lancaster University and has been a Mathematics Lecturer since 2014. Currently he is a Senior Lecturer in Applied Mathematics at the Jeremiah Horrocks Institute, University of Lancashire. His research applies modern differential geometry to classical and quantum electrodynamics, continuum mechanics, and relativistic astrophysics. Dr. Walton is a member of the Event Horizon Telescope (EHT) Collaboration, the Institute of Physics, and the London Mathematical Society.
作者簡介(中文翻譯)
羅賓·W·塔克 (Robin W. Tucker) 在劍橋大學獲得學位,自1971年以來一直在蘭卡斯特大學任教,現為數學物理名譽教授。他共同創立了科克羅夫特加速器科學研究所,並曾在達斯伯里核物理實驗室、歐洲核子研究組織 (CERN) 及全球多所大學工作。塔克教授擁有超過350篇出版物,研究範圍涵蓋基本粒子物理學、連續介質力學、電磁建模及引力理論。塔克教授是物理學會的院士及倫敦數學學會的成員。
提摩太·J·沃爾頓 (Timothy J. Walton) 在蘭卡斯特大學獲得數學物理學位,自2014年以來一直擔任數學講師。目前,他是蘭開夏大學耶利米亞·霍洛克斯研究所的應用數學高級講師。他的研究將現代微分幾何應用於經典和量子電動力學、連續介質力學及相對論天體物理學。沃爾頓博士是事件視界望遠鏡 (EHT) 合作組、物理學會及倫敦數學學會的成員。