内容简介
THE first edition of this volume of the Course of Theoretical Physics was published in two parts (1971 and 1974) under the title "Relativistic Quantum Theory". It contained not only the basic material on quantum electrodynamics but also chapters on weak interactions and certain topics in the theory of strong interactions. The inclusion of those chapters now seems to us inopportune. The theory of strong and weak interactions is undergoing a vigorous development founded on new physical ideas, and the situation in this field is changing very rapidly, so that the time for a consistent exposition of the theory has not yet arrived. In the present edition, therefore, we have retained only quantum electrodynamics, and accordingly changed the title of the volume.
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目录
NOTATION.
INTRODUCTION
1. The uncertainty principle in the relativistic case
Ⅰ PHOTONS
2. Quantization of the free electromagnetic field
3. Photons
4. Gauge invariance
5. The electromagnetic field in quantum theory
6. The angular momentum and parity of the photon
7. Spherical waves of photons
8. The polarization of the photon
9. A two-photon system
Ⅱ BOSONS
10. The wave equation for particles with spin zero
11. Particles and antiparticles
12. Strictly neutral particles
13. The transformations C, P and T
14. The wave equation for a particle with spin one
15. The wave equation for particles with higher integral spins
16. Helicity states of a particle
Ⅲ FERMIONS
17. Four-dimensional spinors
18. The relation between spinors and 4-vectors
19. Inversion of spinors
20. Diracs equation in the spinor representation
21. The symmetrical form of Diracs equation
22. Algebra of Dirac matrices
23. Plane waves
24. Spherical waves
25. The relation between the spin and the statistics
26. Charge conjugation and time reversal of spinors
27. Internal symmetry of particles and antiparticles
28. Bilinear forms
29. The polarization density matrix
30 Neutrinos
31 The wave equation for a particle with spin3/2
Ⅳ PARTICLES IN AN EXTERNAL FIELD
32. Diracs equation for an electron in an external field
33. Expansion in powers of 1/c
34. Fine structure of levels of the hydrogen atom
35. Motion in a centrally symmetric field
36. Motion in a Coulomb field
37. Scattering in a centrally symmetric field
38. Scattering in the ultra-relativistic case
39. The continuous-spectrum wave functions for scattering in a Coulomb field
40. An electron in the field of an electromagnetic plane wave
41. Motion of spin in a external field
42. Neutron scattering in a electric field
Ⅴ RADIATION
Ⅵ SCATTERING OF RADIGTION
Ⅶ THE SCATTERING MATRIX
Ⅷ INVARIANT PERTURBATION THEORY
Ⅸ INTERACTION OF ELECTRONS
Ⅹ INTERACTION OF ELECTRONS WITH PHOTONS
Ⅺ EXACT PROPAGATORS ANDVERTEX PARTS
Ⅻ RADIATIVE CORRECTIONS
XIII ASYMPTOTIC FORMULAE OF QUANTUM ELECTRODYNAMICS
XIV ELECTRODYNAMICS OF HADRONS
INDEX
前言/序言
好的,这里为您创作一份不涉及《量子电动力学(第2版)》内容的,关于另一本假想图书的详细简介。 --- 《恒星熔炉:高能天体物理学前沿探索》 作者: 孙宇飞 教授 出版社: 寰宇科学出版社 页数: 约 850 页 装帧: 精装,附赠观测数据图谱集 导言:宇宙的极端引擎 本书深入探索了宇宙中最具活力和破坏性的现象——高能天体物理学。我们不再仅仅满足于观测可见光下的宁静星系,而是将目光投向那些能够释放出令人难以置信能量的极端环境:超新星遗迹、活动星系核(AGN)、伽马射线暴(GRB)以及脉冲星的磁层。这些“宇宙熔炉”不仅是宇宙中重元素诞生的工厂,也是检验我们对引力、电磁力以及强相互作用力在极端条件下行为的终极实验室。 本书旨在为高年级本科生、研究生以及致力于高能天体物理学研究的专业人士提供一个全面且深入的知识框架。它强调从基本物理原理出发,系统地构建对观测现象的理论解释,并特别关注近年来空间望远镜(如费米、钱德拉、新一代引力波探测器)带来的革命性新数据。 第一部分:高能辐射的起源与传播 第一章:相对论性粒子加速机制 本章从微观粒子动力学出发,阐述了宇宙射线和高能光子产生的基本机制。重点分析了费米加速机制的两个主要形式:一级费米加速(通过激波传播)和二级费米加速(通过等离子体湍流)。我们详细讨论了粒子在强磁场中的回旋运动和漂移,并引入了朗道能谱的概念,以描述加速粒子群体的能量分布。特别关注了脉冲星风轮和吸积盘边缘的加速效率比较。 第二章:电磁波谱的高能端 本书详细梳理了从射电波到极高能伽马射线(TeV以上)的整个电磁波段。我们着重探讨了高能光子的产生过程,包括同步辐射、逆康普顿散射(IC)以及派产生成(Pair Production)。每一过程的截面计算和能量损失机制被置于特定的天体物理背景下进行分析,例如,在AGN喷流中,IC散射是如何主导高能光子输出的。 第三章:粒子在介质中的输运与衰减 高能粒子在离开源头后,其能量和方向会受到星际和星系际介质的影响。本章分析了磁场的随机性对宇宙射线传播的影响,包括德拉博漂移和散射。对于伽马射线而言,我们深入研究了光子-光子对撞($gammagamma$ absorption)机制,这是限制我们观测到最遥远源头伽马射线的重要因素。 第二部分:极端天体物理实体 第四章:超新星爆发与致密星遗迹 本部分聚焦于恒星演化的终极阶段。我们系统回顾了核塌缩超新星(II型)的物理模型,包括核心坍缩、中微子驱动的奇点再加热过程(The Revival Mechanism),以及如何形成致密星(中子星或黑洞)。章节特别引入了原超新星观测和快速射电暴(FRB)与年轻中子星的关联性,讨论了磁星作为FRB潜在起源的最新证据。 第五章:活动星系核(AGN)与喷流物理 AGN是宇宙中最强大的持续能源。本书采用统一模型作为分析基础,但重点深化于喷流的动力学。我们详细讨论了磁场在喷流形成中的关键作用(如布兰德福-津杰尔机制),以及喷流如何向外传播数十万秒差距。章节特别涵盖了相对论性效应对观测光谱的影响(如多普勒增强),以及如何利用视线速度来推断喷流的功率。 第六章:黑洞与引力波的交汇 随着LIGO/Virgo/KAGRA等引力波探测器的成熟,高能天体物理学与引力波物理的交叉点变得至关重要。本章讨论了双黑洞并合和黑洞-中子星并合事件中的电磁对应体(如果存在)。我们模拟了并合后残留盘的吸积过程,以及由此产生的短伽马射线暴的可能模型,强调了引力波信号对时空曲率下物质行为的约束能力。 第三部分:前沿与未来展望 第七章:宇宙射线谱的“膝盖”与“沐足” 宇宙射线能量谱在$10^{15.5} ext{ eV}$附近出现的“膝盖”以及更高能段的特征,至今仍是未解之谜。本章梳理了关于超高能宇宙射线起源的各种假说,包括星系外加速器(如GRB)和星系内加速器(如特大质量黑洞)。我们详细分析了不同理论模型对谱线拐点处的预期截断能量的敏感性。 第八章:高能辐射的探测技术与数据处理 本章转向实践层面,介绍了当前主流高能观测设备的工作原理,包括切伦科夫望远镜(如CTA的预期性能)、中微子探测器(如冰立方)以及下一代伽马射线卫星。我们详细探讨了背景抑制、伽马射线点源定位的挑战,以及如何利用多信使数据融合技术来确认瞬态事件的物理本质。 结论:未知的疆域 本书最后总结了高能天体物理学面临的核心未解问题,包括暗物质的潜在高能信号、奇点内部物理的限制、以及早期宇宙中是否存在更强大的高能源。我们展望了下一代观测设施将如何帮助我们揭开这些宇宙终极熔炉的秘密。 --- 本书特色: 强调物理基础: 所有高级概念均建立在扎实的电磁学、相对论和等离子体物理基础之上。 数据驱动: 大量引用近年来关键的观测结果,并附有详细的理论模型拟合案例。 深入的数学推导: 提供了关键公式(如相对论性效应、辐射传输方程)的完整推导过程,而非仅仅陈述结果。 跨学科视野: 积极融合了粒子物理、引力理论和空间科学的最新进展。