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导语

集智学园联合新加坡国立大学贾治安老师共同开设了,帮助复杂系统跨学科领域学习者、研究者系统掌握量子场论的核心概念和基本方法,以及其在高能物理和凝聚态物理中的典型应用。同时,课程还将探讨量子场论的前沿与跨学科课题,例如量子反常、拓扑场论和广义对称性,以及量子场论在神经网络、量子计算等方向的应用,来拓展学术视野。

作为系列课程的第二讲,贾治安老师将以「经典场论基础—从最小作用量原理到场方程」为题,讲解经典场论,以及其拉格朗日表述、最小作用量原理和场方程。本节打好经典场论基础,接下来才能畅通无阻。正式分享将于2月25日(周三)19:00-21:00进行。

主题:经典场论基础—从最小作用量原理到场方程

课程目标

建立经典场论的 Lagrangian 框架,掌握场的运动方程推导方法,理解作用量原理在场论中的应用,为场的量子化做准备。

课程要点

  • 从质点到场:自由度的推广

连续系统时空流形上的场

场作为时空每一点的自由度

有限自由度系统与场论的类比

  • 作用量与 Lagrangian 密度

作用量泛函:

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Lagrangian 密度的物理意义

洛伦兹不变性要求

  • 变分原理与 Euler-Lagrange 方程

泛函变分:δS=0

场的运动方程:

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边界条件的选取

  • 实标量场:Klein-Gordon 理论

Lagrangian:

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Klein-Gordon 方程:

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平面波解与色散关系:E2 = p2 + m2

  • 复标量场

Lagrangian:

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两个实自由度的等价描述

U(1) 对称性的预告

  • Hamilton 形式

共轭动量:

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Hamilton 密度:

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Hamiltonian:

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正则方程

  • 相互作用项(简介)

Φ3理论、Φ4 理论

耦合常数的量纲分析

练习题

  • 从标量场的 Lagrangian 推导 Klein--Gordon 方程

  • 验证平面波解 Φ(x)=e-ip·x 满足 Klein--Gordon 方程

  • 计算实标量场的共轭动量和 Hamiltonian 密度

  • 推导 Φ4 理论的运动方程

作用量表述的历史发展

最小作用量原理最早出现在 18 世纪,当时物理学家 Maupertuis 提出一个很有哲学意味的想法:自然界总是“选择最省事的方式”来运动。后来 Euler 和 Lagrange 把这个想法变成了严谨的数学工具,发现只要把一个叫“作用量”的量写出来,通过变分就能推出物体的运动规律。19 世纪 Hamilton 又把它整理成更优美、对称的形式,使它成为力学的核心语言。到了 20 世纪,这种“从一个整体量出发推导运动方程”的思想被推广到电磁学、相对论和广义相对论,成为现代物理的统一框架。

在后面的课程中,我们会学习到Feynman路径积分,把作用量放到更根本的位置——粒子并不是只走一条“最优路径”,而是“尝试所有可能路径”,只不过那些接近经典最小作用量的路径贡献最大。这使得最小作用量原理从经典规律变成了连接经典与量子的桥梁。

系列课程推荐教材

  • Tom Lancaster & Stephen J. Blundell, Quantum Field Theory for the Gifted Amateur(Oxford University Press, 2014).

  • Anthony Zee, Quantum Field Theory in a Nutshell (Princeton University Press,2010).

  • Michael E. Peskin & Daniel V. Schroeder., An Introduction to Quantum Field Theory(Addison-Wesley, 1995).

  • Matthew D. Schwartz, Quantum Field Theory and the Standard Model (CambridgeUniversity Press, 2013).

  • Mark Srednicki, Quantum Field Theory (Cambridge University Press, 2007).

  • Steven Weinberg, The Quantum Theory of Fields, Vols. I, II, III (Cambridge UniversityPress, 1995–2000).

  • Lewis H. Ryder, Quantum Field Theory, 2nd ed. (Cambridge University Press, 1sted, 1996).

  • Pierre Ramond, Field Theory: A Modern Primer, 2nd ed. (Avalon Publishing 1997).

课程信息

课程主题:经典场论基础—从最小作用量原理到场方程

课程时间:2026年2月25日(周三) 19:00-21:00

课程形式:腾讯会议(会议信息见群内通知);集智学园网站录播(3个工作日内上线)

课程主讲人

贾治安(知乎:@也疏寒),个人网站:tqfter.github.io,新加坡国立大学Research Fellow,即将回国在高校从事科研工作。主要从事数学物理与理论物理领域研究,聚焦量子代数在量子场论、量子物态、量子信息与量子计算中的具体应用。近年研究重点为拓扑场论及其晶格实现(拓扑序),并围绕场论与晶格框架下的广义对称性开展研究。同时,贾老师对高能物理、量子物质与量子信息科学的交叉和融合抱有浓厚兴趣,尤其致力于运用量子信息方法研究量子场论与凝聚态体系。

课程适用对象

  1. 对高等数学和量子力学有一定了解的本科生、研究生、高校教师研究员与爱好者

  2. 对量子世界的复杂性感兴趣的跨学科学习者

  3. 希望在复杂科学领域迁移应用量子场论内容的研究者

  4. 对逻辑、抽象思维和系统思维有兴趣的公众学习者

报名须知

  1. 课程形式:腾讯会议直播,集智学园网站录播。本系列课程仅首节免费直播。

  2. 课程周期:2026年2月11日-2026年5月6日,每周三晚19点-21点进行。

  3. 课程定价:原价999,早鸟价799,早鸟优惠截止到2026年2月11日中午12点。

课程链接:https://campus.swarma.org/v3/course/5681?from=wechat

付费流程:

  1. 课程页面添加学员登记表,添加助教微信入群;

  2. 课程可开发票。

课程共创任务:课程字幕

为鼓励学员深度参与、积极探索,我们致力于形成系列化知识传播成果,并构建课程知识共建社群。为此,我们特别设立激励机制,让您的学习之旅满载收获与成就感。

课程以老师讲授为主,每期结束后,助教会于课程群内发布字幕共创任务。学员通过参与这些任务,不仅能加深对内容的理解,还可获得积分奖励。积分可兑换其他读书会课程或实物奖品,助力您的持续成长。

后记

跨学科集智创新基金:

招募顶尖讲师,生产高质内容

集智学园始终在围绕复杂科学、人工智能搭建知识体系。我们深知,唯有根深方能叶茂。因此,在追逐前沿的同时,在最近3个月中,我们推出了拓扑学、线性代数、统计物理等硬核基础课程,为社区学习者夯实关键根基。

量子场论是前沿,也是核心基础,它代表人类对自然界基本规律理解的最深刻理论。其中重整化群、费曼图等在复杂系统、人工智能研究中的重要方法,其实也都来源于此。

但是要讲好量子场论门槛极高,既懂其物理深意又能关联复杂系统的学者凤毛麟角;且作为一门超硬核的基础理论,其商业回报的不确定性往往让普通课程开发望而却步。

但难做的事,往往才更有价值。为了填补这块关键的认知拼图,集智学园创始人张江教授特别设立了“”,来悬赏招募优秀讲师,确保社区成员获得高质量内容。经过一系列的试讲与筛选,我们与新加坡国立大学Research Fellow贾治安老师达成合作,让这门来之不易的课程得以诞生。

  1. https://zhuanlan.zhihu.com/p/704356072