理論物理教程

P.J.Shepherd

理論物理學(xué)的意義在于從各類物理現(xiàn)象的普遍規(guī)律出發(fā)，廣泛運(yùn)用數(shù)學(xué)工具系統(tǒng)深入地闡述物理概念、現(xiàn)象及其應(yīng)用。密切結(jié)合實(shí)驗(yàn)，探尋能夠解釋并預(yù)言物理現(xiàn)象的一般理論。它與實(shí)驗(yàn)物理、計(jì)算物理而今已經(jīng)成為物理學(xué)三大支柱。

理論物理作為大學(xué)物理系本科的必修課，在大學(xué)生用一年到兩年的時(shí)間學(xué)完普通物理之后開(kāi)始學(xué)習(xí)。傳統(tǒng)的所謂四大力學(xué)，即理論力學(xué)、熱力學(xué)和統(tǒng)計(jì)力學(xué)、電動(dòng)力學(xué)、量子力學(xué)，應(yīng)該在第三年和第四年學(xué)完。這四門(mén)課的分量都很重，用到的數(shù)學(xué)知識(shí)很多超過(guò)基礎(chǔ)的高等數(shù)學(xué)的范圍。因此，合適的教材對(duì)于師生都很重要。著名教材為數(shù)不少，最著名的像蘭道和他的助手撰寫(xiě)的大部頭巨著，堪稱經(jīng)典；但其難度通常超過(guò)一般大學(xué)生的接受水平，因而一些導(dǎo)論性的教程更受歡迎。而隨著現(xiàn)代理論物理學(xué)不斷向著更高水平、更深層次和更為廣泛的領(lǐng)域的發(fā)展，教材的內(nèi)容也不斷地更新。本書(shū)正是在這種思想指導(dǎo)下編寫(xiě)而成的。

作者從事大學(xué)理論物理學(xué)位課程教學(xué)30多年，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)傳統(tǒng)的理論物理的講授模式形成了自己一些獨(dú)特的看法。他嘗試以5個(gè)模塊形式，把他認(rèn)為應(yīng)該掌握的理論物理內(nèi)容以一種統(tǒng)一的和自成體系的形式納入到單獨(dú)的一卷教程之中。這5個(gè)模塊涵蓋了20世紀(jì)理論物理學(xué)的所有重要分支，包括非相對(duì)論量子力學(xué)，熱與統(tǒng)計(jì)物理、多體理論，經(jīng)典場(chǎng)論（包括狹義相對(duì)論和電磁學(xué)）以及相對(duì)論量子力學(xué)和夸克與輕子的相互作用的規(guī)范理論。

本書(shū)把這5個(gè)模塊分成20章。第一模塊為非相對(duì)論量子力學(xué)，含第1-4章： 1. 量子力學(xué)的基本概念；2.表象理論；3. 近似方法；4.散射理論。第二模塊為熱與統(tǒng)計(jì)物理，含第5-12章：5. 熱力學(xué)基礎(chǔ)；6. 量子態(tài)和溫度；7. 微觀狀態(tài)的概率和熵； 8.單原子理想氣體； 9. 經(jīng)典熱力學(xué)的應(yīng)用； 10. 熱力學(xué)勢(shì)及導(dǎo)數(shù)； 11.物質(zhì)轉(zhuǎn)換和相圖； 12. FermiDirac和BoseEinstein統(tǒng)計(jì)。第三模塊為多體理論，含第13-16章：13. 多粒子系統(tǒng)量子力學(xué)和低溫?zé)崃W(xué)； 14. 二次量子化； 15. 相互作用電子氣； 16. 超導(dǎo)。第四模塊為經(jīng)典場(chǎng)論和廣義相對(duì)論.含第17-18章：17. 場(chǎng)的經(jīng)典理論；18. 廣義相對(duì)論。第五模塊為相對(duì)論量子力學(xué)和規(guī)范理論，含第19-20章：19. 相對(duì)論量子力學(xué)；20. 夸克和輕子相互作用的規(guī)范理論。

本書(shū)的一個(gè)突出特點(diǎn)是完整地給出了所有重要結(jié)果的詳細(xì)數(shù)學(xué)證明，使一個(gè)完成了高中數(shù)學(xué)課程和大學(xué)第一年物理學(xué)學(xué)位課程的學(xué)生能夠理解和欣賞理論物理很多重要結(jié)果的導(dǎo)出過(guò)程。只要是完成了較高一點(diǎn)水平的數(shù)學(xué)課程，讀者都會(huì)發(fā)現(xiàn)，書(shū)中的每一部分都是他們所需要的。

本書(shū)描寫(xiě)的理論概念和方法通常包含在一年級(jí)研究生的課程中。本書(shū)附錄中列出了一份推薦閱讀的書(shū)目清單，以便讀者參考。

丁亦兵，教授

（中國(guó)科學(xué)院大學(xué)）endprint