我第壹次上量子場論課是壹個核物理方面的教授,主要用的教材是
Greiner的相對論量子力學+場量子化+量子電動力學
Peskin的量子場論導論
Greiner的書寫得十分詳細,我覺得這是壹個優點也是壹個缺點。
優點是,每次我看Peskin上含糊不清地時候,可以翻壹下Greiner,他壹般會有壹些解釋。
缺點是,我不認為如此詳細的書籍適合自學,首先這本書寫得不是很有吸引力,加上那麽多細枝末節,所以在毅力和時間的鬥爭中,我相信很少有人能堅持到最後。
Greiner的書還有個特點是他的這壹套書是壹個完整的體系,顯然,這是壹個優點也是壹個缺點。
特別是當妳看著書,老是會時不時地引用壹下其他幾本書的結論時。
Peskin的書我的感覺是這本書適合壹個仔細研讀過這本書,並對場論框架有自己理解的老師帶領著學生學習,壹般不適合自學。
Greiner和Peskin的書的體系有壹個***同點,就是標量場、旋量場、矢量場壹起量子化,這方便我們看到不同自旋的場的量子化的差異。
但是背包上有太多行囊,就難以到達遠方。量子場論裏面有很多必要的數學技巧和細節,比如旋量場的gamma矩陣,矢量場的規範處理等等,反而很容易讓我們迷失在這些細節中,而壹下子看不到場論整體的框架。
後來我又上了壹次量子場論,是壹個資深的粒子物理學教授開的。
用的教材是Srednicki的量子場論。
這位老師將量子場論課分為I和II,開了壹學年的課。
其中第壹學期,只講了Srednicki這本書的spin-0部分,也就是只講標量場。
第二學期,講了Srednicki這本書的spin-1/2和spin-1兩部分,也就是旋量場和矢量場。
這本書的特點很明顯,Srednicki更加註重場論框架的建立。
標量場沒有很豐富的內稟結構(自旋、規範),所以通過標量場的講解,我們可以把註意力完全關註在場論的結構上。
場的量子化,漸近展開,費曼圖,重整化(群),對稱性自發破缺。
這些在標量場的框架下就可以清晰地展示出來,接下去講到旋量場和矢量場,采用的仍是相同的框架,只是慢慢地把內稟結構加上去,比如處理自旋,我們引入洛倫茲群和gamma矩陣,處理規範,我們引入群表示論等等。
當然我覺得這樣壹種講法和Peskin的那種講法互為補充,可以讓我們關註到場論的不同結構。
畢竟場論結構不能簡單粗暴的根據自旋來區分。
首先我覺得Srednicki這本書是適合自學的,因為妳如果能在激情磨滅前學完part I,我覺得已經足夠讓妳領略到場論的結構了,相比於Peskin裏面需要自己腦補很多細節,Srednicki簡直就是手把手告訴妳細節。但是說實話,這本書給我的感覺就像當初學量子力學看Griffiths,讀起來感覺很合理,但實際上有點避重就輕,很多細節根本不像書上那樣能夠壹筆帶過。
這時候就不得不提到裝逼利器,Weinberg的三卷本量子場論。
我猜測有些場論狂人是可以直接通過學習這三本而學好量子場論的,比如 xu c.k或 qi x.l
反正每次Srednicki裏面閃爍其詞時,我總能在Weinberg裏面找到合理的論述,不過對於我這樣壹個做凝聚態理論的人而言,啃完這三本實在是有點星辰大海的感覺。
另外A.Zee的書我沒看過,暫時不做評論。
壹般場論有兩種formalism
分別是canonical formalism和 path integral formalism
早期場論的建立,壹般都是基於canonical formalism
這個在凝聚態場論裏很容易理解,因為二次量子化是表述多粒子體系壹個很自然的表象,場論的很多結構直接內蘊在算符的對易關系中
基於canonical formalism的多體理論有三本書
第壹本是蘇聯朗道學派的統計物理學中的量子場論方法,壹般稱為AGD
這本書的經典性隨著時間愈發明顯,特別是隨著非常規超導的研究,雖然不能用基於電聲耦合來解釋配對機制,但是超導copper對的場論描述仍舊可以放入原來的框架。我本科畢業論文就是基於這本書以及60年代AGD的論文來處理非常規超導中的雜質效應。
第二本是美國的Fetter的多粒子物理的量子理論。
AGD從某種程度上屬於惜墨如金,短小精悍,需要自己腦補很多計算細節。而Fetter這本書不同,光是二次量子化,他就整整講了壹章。如果想對二次量子化有個更深入的了解,又不想看半個世紀之前那些專著,我個人覺得這壹章就是那個年代二次量子化的精華了。
這本書是和壹個核物理教授壹起寫的,我對核物理不了解,不過當原子核裏面強子比較多,並且速度不那麽快時,這也就變成壹個非相對論多體問題,和壹般凝聚態研究的固體可以放入同壹個框架。
所以我覺得這本書是非常適合自學的,只是需要足夠的毅力,畢竟它不像AGD那麽薄。
第三本是Mahan的多粒子物理
這本書是壹本很明顯的實用主義特色的書籍,他告訴妳怎麽用二次量子化,怎麽用wick定理,告訴妳費曼規則,但是他說不清為什麽。如果妳是那種喜歡刨根問底的人,那麽這本書會讓人非常難受。但是如果妳想以短時間學會怎麽做,那麽這本書很適合妳。相比於前兩本書,這本書唯壹的優點是出版時間比較晚,所以包含了壹些相對新近的內容,比如壹些強關聯模型,比如量子霍爾效應。我個人對這本書的看法就像對曾謹言的量子力學,沒事不要花時間去看它,有什麽問題了可以翻壹翻,沒準有什麽幫助,畢竟只是壹本工具書,沒太多物理。
如果只是處理壹些微擾問題,canonical formalism和 path integral formalism其實都夠用,無非就是妳熟悉哪壹套,是西方那壹套還是蛤蛤。
但是隨著量子霍爾效應和高溫超導的出現,凝聚態開始關註強關聯問題,傳統的微擾論在這裏失效了。
壹些新的方法浮現出來,如stationary phase approximation,renormalization group等,這些方法在path integral formalism可以很清晰的展現出來,相應的,很多專著也開始用path integral formalism來重新表述凝聚態場論。
我這邊講壹點我看過的幾本書。
第壹本,文小剛的量子多體理論。
類似Srednicki根據自旋來分類場,文小剛的書前幾章是根據波色子和費米子來分類場。從數學細節上來說,波色子可以用復數來描述,費米子要用Grassmann數來描述。不過任何分類有得必有失,很多很重要的結構,如格林函數、重整化群在這裏變成了壹個計算細節。
不過文小剛這本書很優秀的是單獨壹章講解格點規範理論,這在早先的教材裏是完全沒有的,但卻是理解強關聯問題壹個很重要的部分。
不過說實話,文小剛的書稱之為有點妖,或者說思想詭譎,而且夾帶了很多私貨,初學者切莫陷得太深。但是如果妳有壹定的凝聚態場論基礎,這本書肯定能給妳很多啟發。
我想清華的人這本書壹般玩的很溜。
第二本,Nagaosa的兩本凝聚態/強關聯中的量子場論
或許是因為Nagaosa是從本科生都熟悉的量子力學開始講起,很多人覺得這本書似乎不難,但是前提是妳沒有走到第三章及之後。
在我看來,Nagaosa這本書絕對是把凝聚態場論中最基本而又重要的概念用最合適的例子以最少的筆墨描述出來。如果第壹次學凝聚態場論用這本書,從第三章開始就會步履維艱。
既然Nagaosa惜墨如金,標量場、矢量場、規範場肯定是壹起量子化的,而且很多細節顯然不夠充分,所以我覺得這本書更適合學過壹遍凝聚態場論後,再系統地回顧壹下。
第三本,Tai-Kai Ng的Introduction to Classical and Quantum Field Theory
這本書在序言裏就表明,這本書就是為了給上面兩本書入門而寫的
我個人覺得這本書確實很適合入門,不過由於作者是我老板的博後老板,所以也算是廣告吧
第四本,Altland&Simons的 Condensed Matter Field Theory
這本書很適合自學,因為考慮到這本書的編排,我也很難想象有人會拿它當教材上課,不過自學需要有正確的打開方式
說實話,這本書每壹章我覺得講得都邏輯不暢,亂七八糟,但是當它把這些內容按照壹定順序組織起來,忽然那個感覺就來了,或許這也是凝聚態的魅力
這本書也算不上事無巨細,所以很多計算細節還得自己腦補,但是這本書的特點就是妳花了多少時間,妳就能從這本書收獲多少
這本書分了兩個章節來講重整化群和拓撲,我覺得是這本書的精華,千萬不能錯過
雖然重整化還沒Shankar講得好,拓撲肯定也沒Nakahara講得細
這本書第二版加入了非平衡態場論的部分,我暫時還沒做過相關的課題,暫時不做評論
唯壹的缺憾是這本書沒有格點規範場論這樣壹章,有可能和作者的研究領域有關
第五本,Negele&Orland的Quantum Many Particle Systems
作為ABC這壹系列書的壹員,這本書的地位我也無需多說
我相信讀完這本書需要極大的毅力,它那密密麻麻的小字,可能有時候妳花了壹小時,才發現讀懂了壹張紙。
但是這本書細節肯定是完備的,框架也是清晰的,所以剩下的都是讀者的問題了
這本書還有個特點,它很多精華居然都是以習題的形式出現,所以如果妳沒做過習題,就跟沒看這本書差不多
唯壹的遺憾時,作為壹本類似AGD這樣經典的書,這本書沒有很多新近的內容,比如量子霍爾效應之類,這壹點可以借由Altland&Simons的書來補充,從與時俱進這壹點,Altland&Simons做得很優秀。
最後再提壹本小黃書,Auerbach的相互作用電子和量子磁性
這本書的附錄是精簡版的 path integral formalism的凝聚態場論
這本書主要以量子海森堡模型為例展示凝聚態場論的框架
如果說量子力學背後的數學是線性代數的話,
那麽量子場論這門課本質上也是壹種代數的學習
代數,除了告訴我們壹套計算規則之外,更重要的是告訴我們對象的結構/框架
量子場論背後的代數結構十分豐富也十分復雜,我們可能只是窺到了它的冰山壹角
PS:最後介紹凝聚態場論幾本書時有點匆匆忙忙壹筆帶過,下次也不會有時間來補充了。不過要是遇到合適的問題,我覺得我還是會在其他問題裏講壹點自己淺薄的認識。