理论物理学的自学书单注:课程列表,按逻辑顺序(并非所有内容都一定要按照此表列来进行,但此列表大概说明了这些不同课程之间的逻辑关系一、(这些是针对初学者的某些专题是实际是作为整个课程来学习的这些内容的大部分是物理理论的非常重要的组成你没有必要先要学习完全部内容才开始后续课程,但要记住要回来完成那些第一轮学习时漏掉的内容1.语言:英语是一个先决条件如果你还没有掌握它,下功夫学吧你必须能够读、写、说及理解英语(要做好的科研,英语是必需的工具),但不必要达到最好所有出版物都是英语的注意能够用英语写作的重要性迟早,你将希望发表自己的结果,而人们必须能够读懂并理解你的内容法语、德语、西班牙语和意大利语或许有用,但他们不是必须的它们不是摩天大厦的地基,所以不必要担心你的确需要希腊字母希腊字母用得非常多学会它们的名字,否则当你口头表达时会把自己弄糊涂现在开始点严肃的内容不要抱怨这些东西看起来很多诺贝尔奖不是靠吹灰之力就能获得的,并且要记住,所有这些东西加起来至少需要我们学生五年的强化学习2.基础数学数字、加法、减法、平方根等等自然数、整数、有理数、实数、复数集合论:开集,紧致空间,拓扑3.代数方程近似处理。
级数展开:泰勒级数 解带复数的方程 三角函数,等等4.无穷小量微分基本函数的微分 积分基本函数的积分 微分方程组线性方程组 傅立叶(Fourier)变换 复数的使用 级数收敛5.复平面柯西(Cauchy)定理和路径积分 Gamma 函数 高斯(Gaussian)积分 概率论6.偏微分方程狄里克雷(Dirichlet)和纽曼(Neumann)边界条件二、1.经典力学静力学(力,张量);流体力学 牛顿定律 行星的椭圆轨道 多体系统最小作用量原理(Least Action Principle) 哈密顿(Hamilton)方程拉格朗日量 谐振子 泊松(Poisson)括号 波动方程液体和气体 粘滞性 纳维-斯托克斯(Navier-Stokes)方程 粘滞力与摩擦力2.光学折射和反射 透镜和镜子 望远镜和显微镜 波传导概论 多普勒(Doppler)效应波叠加的惠更斯(Huijgen)原理 波前(Wave fronts) 焦散线(Caustics)3.统计力学和热力学(仅仅需要一些非常基本的内容)热力学第一、第二和第三定律 玻尔兹曼(Boltzmann)分布。
卡诺(Carnot)循环 热力学模型 伊辛(Ising)模型(推导到求解二维及以上) 普朗克(Planck)辐射定律4.电子学电路 欧姆定律,电容,电感,使用复数计算它们的效应 晶体管,二极管5.电磁学的麦克斯韦(Maxwell)理论麦克斯韦定律(同质和异质)介质中的麦克斯韦定律 边界条件求解如下情况的方程:真空和单一介质(电磁波);腔中(波导);边界处(折射和反射)其中vector potential and gauge invariance 非常重要电磁波的发射和吸收光由于物体形成的散射6.计算物理甚至最纯粹的理论家也会对计算物理的某些方面感兴趣7.量子力学(非相对论)玻尔(Bohr)原子 德布罗意(de Broglie)关系(能量-频率,动量-波数)薛定鄂(Schrodinger)方程(包括电势和磁场) 艾伦菲斯特(Ehrenfest)定理箱中的单粒子 氢原子,详细的求解 塞曼(Zeeman)效应 斯塔克(Stark)效应量子谐振子 算符:能量,动量,角动量,产生和湮灭算符 算符间的对易规则量子力学散射理论导论 S矩阵 放射性衰变8.原子和分子化学键 原子和分子光谱。
光的发射和吸收量子选择规则 磁动量9.凝聚态物理晶体布拉格(Bragg)反射 晶簇(Crystal groups) 介电和抗磁常数布洛赫(Bloch)谱 费米(Fermi)能级 导体, 半导体和绝缘体电子和空穴 晶体管 霍尔(Hall)效应10.原子核物理同位素 放射性 裂变与聚变 Droplet model 原子核量子数Magic nuclei 、Isospin、Yukawa theory11.等离子体物理磁流体动力学 阿尔文(Alfvén)波12.高等数学群论,及群的线性表示 李(Lie)群论 矢量和张量更多求解(偏)微分方程和积分方程的方法极值原理和基于此原理的近似处理方法 差分方程 产生函数 希尔伯特空间泛函积分导论13.狭义相对论洛伦兹(Lorentz)变换 洛伦兹收缩,时间膨胀 E=mc^2 四维矢量和四维张量 麦克斯韦方程的变换规则 相对论多普勒效应14.高等量子力学希尔伯特空间 原子跃迁 光的发射和吸收 受激发射 密度矩阵 量子解释贝尔(Bell)不等式 相对论量子力学方向:狄拉克(Dirac)方程,精细结构电子和正电子 超导的 BCS 理论 量子霍尔效应。
高等散射理论 色散理论微扰展开 WKB近似,极值原理 玻色-爱因斯坦凝聚 超流体氦15.唯象理论亚原子粒子(介、重、光、子,夸克)和宇宙射线;材料性质和化学;核的同位素;相变;天体物理(行星系,恒星,星系,红移,超新星);宇宙学(宇宙模型,膨胀宇宙学说,微波背景辐射);探测技术16.广义相对论度规张量 时空曲率 爱因斯坦的引力方程 施瓦茨查尔德(Schwarzschild)黑洞;李斯奈尔-挠茨陶姆(Reissner-Nordstrom)黑洞近日点移动 引力透镜 宇宙模型 引力辐射17.量子场论经典场论:标量场,狄拉克-旋量场,杨-密斯(Yang-Mills)矢量场相互作用,微扰展开自发对称破缺,戈德斯通(Goldstone)模式,希格斯(Higgs)机制18.粒子和场福克(Fock)空间 反粒子 费曼(Feynman)规则 重整化群 渐近自由π介子和核的盖尔曼-列维(Gell-Mann-Lévy)Σ模型 么正性,因果性和色散关系重整化(泡利-维拉斯,Pauli-Villars;维数重整化)量子规范理论:规范固定,法捷也夫-波波夫(Faddeev-Popov)行列式,斯拉夫诺夫(Slavnov)恒等式,BRST对称。
19.孤立子(Skyrmions)磁单极和瞬子(instanton) 夸克禁闭机制 1/N 展开 算符乘积展开贝塔-萨佩塔(Bethe-Salpeter)方程 标准模型的建立 P和CP破缺 CPT定理自旋和统计关联 超对称20.超弦理论。