ทฤษฎีสนามควอนตัม Quantum Field Theory

ทฤษฎีสนามควอนตัม (Quantum Field Theory) คือ

กรอบของทฤษฎีที่อธิบายสนามที่มีสมบัติทางควอนตัม โดยที่สนามคือฟังก์ชันของตำแหน่งในกาลอวกาศ ทฤษฎีสนามควอนตัมได้รับการพัฒนาขึ้นมาเพื่อใช้ทำนายและอธิบายปรากฏการณ์ต่าง ๆ โดยเฉพาะปรากฏการณ์ในระดับมูลฐานในสาขาต่าง ๆ เช่น ฟิสิกส์อนุภาค, ฟิสิกส์สสารควบแน่น และ จักรวาลวิทยา เป็นต้น

ทฤษฎีสนามควอนตัม Quantum Field Theory
หนังสือ ทฤษฎีสนามควอนตัม Quantum Field Theory

ผู้เขียนมีความเห็นว่า ไม่ว่าองค์ความรู้ในอนาคตจะได้รับการพัฒนาไปอย่างไร ความรู้เกี่ยวกับทฤษฎีสนามควอนตัมก็ยังคงมีความสำคัญดังเช่นในอดีตตั้งแต่ช่วงต้นที่วิชานี้ได้รับการคิดค้นขึ้นจนถึงปัจจุบัน และอาจจะยิ่งมีความสำคัญมากขึ้นไปอีกในอนาคต ในปัจจุบันงานวิจัยและนักวิจัยในประเทศไทยที่ใช้พื้นฐานของทฤษฎีสนามควอนตัมยังมีจำนวนน้อย แต่ผู้เขียนคิดว่าส่วนหนึ่งที่สำคัญของการพัฒนาประเทศไทยให้ก้าวหน้าทัดเทียมนานาอารยประเทศ จำเป็นต้องมีจำนวนงานวิจัยที่เกี่ยวข้องกับทฤษฎีสนามควอนตัมมากขึ้น ผู้เขียนต้องการเป็นส่วนหนึ่งในการช่วยทำเป้าหมายนี้ให้สำเร็จ โดยเริ่มจากการทำให้ผู้ศึกษาชาวไทยที่เข้าใจวิชานี้มีจำนวนมากขึ้น

1

ผู้ที่ต้องการศึกษาทฤษฎีสนามควอนตัมมักจะต้องข้ามผ่านความยากสองขั้นที่สำคัญ ขั้นแรกคือ ผู้ศึกษาวิชานี้ต้องมีพื้นฐานทางฟิสิกส์ในระดับหนึ่งโดยเฉพาะทางด้านกลศาสตร์ควอนตัมและทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษ ขั้นที่สองคือ แม้ว่าผู้ศึกษาจะมีพื้นฐานทางฟิสิกส์ที่พร้อมจะเริ่มศึกษาทฤษฎีสนามควอนตัมแล้วการศึกษาทฤษฎีสนามควอนตัมให้เข้าใจ จำเป็นต้องเรียนรู้เนื้อหาและหลักการเพิ่มเติมอีกมากมาย ผู้เขียนมีความคิดเห็นว่า ความยากในขั้นแรกสามารถข้ามผ่านได้โดยง่ายด้วยการเรียนฟิสิกส์ในระดับปริญญาตรีหรือการอ่านหนังสือฟิสิกส์ระดับปริญญาตรีที่เขียนเป็นภาษาไทย แต่การก้าวผ่านความยากในขั้นที่สองยังเป็นสิ่งที่ทำได้ยาก ผู้เขียนเขียนหนังสือเล่มนี้ขึ้นเพื่อช่วยให้ผู้ศึกษาก้าวผ่านความยากขั้นที่สองของการศึกษาทฤษฎีสนามควอนตัม

หนังสือเล่มนี้เขียนขึ้นเพื่อให้นักเรียน นิสิต นักศึกษา และผู้สนใจ ที่มีพื้นฐานมาในระดับหนึ่งแล้ว ได้เข้าใจถึงหลักการ แนวคิด และการคำนวณในทฤษฎีสนามควอนตัม หนังสือเล่มนี้เขียนขึ้นเพื่ออภิปรายทฤษฎีสนามควอนตัมที่ประยุกต์ใช้กับฟิสิกส์อนุภาค ซึ่งนอกจากสมบัติทางควอนตัมแล้ว สนามก็ยังมีสมบัติทางสัมพัทธภาพพิเศษด้วย ดังนั้น พื้นฐานที่ผู้ศึกษาควรมีมาก่อนอ่านหนังสือเล่มนี้ นอกจากพื้นฐานของกลศาสตร์คลาสสิค(โดยเฉพาะกลศาสตร์ลากรางจ์และกลศาสตร์ฮามิลตัน) และกลศาสตร์ควอนตัมแล้ว ผู้อ่านก็ควรมีพื้นฐานของทฤษฎีสัมพัทธภาพพิเศษด้วย ซึ่งผู้อ่านอาจศึกษาหัวข้อแต่ละหัวข้อดังกล่าวได้จากหนังสือต่าง ๆ ที่เขียนขึ้นมาโดยเฉพาะเพื่ออภิปรายเนื้อหาเหล่านี้หรือจากการศึกษาวิชาเหล่านี้ในรายวิชาระดับมหาวิทยาลัย

2

ในส่วนเนื้อหาที่เกี่ยวข้องกับกลศาสตร์ควอนตัมและทฤษฎีสนามควอนตัม ผู้เขียนได้รวบรวม เรียบเรียงอภิปราย และขยายความเนื้อหาจากหนังสือต่าง ๆ ได้แก่ [1], [2], [3], [4], [5], [6], [7], [8], [9], [10], [11],[12] และ [13] นอกจากนี้ผู้เขียนยังอ้างอิงจากหนังสือเล่มอื่นและงานวิจัยต่าง ๆ เพื่อเสริมการอภิปรายในเนื้อหาส่วนต่าง ๆ ของหนังสือเล่มนี้ หนังสือเล่มนี้มี 18 บท ซึ่งรวบรวมไว้เป็น 5 ส่วน นอกจากนี้ยังมีอีก 3 ภาคผนวก

ส่วนที่ 1 ประกอบด้วยบทที่ 17 ซึ่งอภิปรายประเด็นพื้นฐานที่สำคัญที่จะนำไปใช้ในการศึกษาทฤษฎีสนามควอนตัม บทที่ 1 เป็นบทนำ ซึ่งอภิปรายที่มาและความสำคัญของทฤษฎีสนามควอนตัม บทที่ 2 เสนอฟังก์ชันขั้นบันไดของเฮฟวิไซด์และฟังก์ชันเดลตาของดิแรก ซึ่งเป็นฟังก์ชันที่สำคัญที่เราจะนำไปใช้ประกอบการอภิปรายต่าง ๆ ในภายหลัง บทที่ 3 อภิปรายการใช้สัญกรณ์บราเค็ทเพื่ออธิบายกลศาสตร์ควอนตัมบทที่ 4 ทบทวนการแปลงฟูเรียร์และอธิบายรูปแบบที่จะนำมาใช้ในหนังสือเล่มนี้ บทที่ 5 อภิปรายประเด็นของการแปลงลอเรนทซ์โดยเน้นไปที่สมบัติของเมทริกซ์การแปลงลอเรนทซ์บทที่ 6 อธิบายฟังก์ชันของกรีนซึ่งเป็นฟังก์ชันที่สำคัญที่มักใช้ศึกษาการตอบสนองของระบบต่อปัจจัยภายนอก เราจะอภิปรายเครื่องมือที่ใช้ในการคำนวณหาฟังก์ชันของกรีน และความหมายเชิงฟิสิกส์ของฟังก์ชันของกรีน บทที่ 7 อธิบายปัญหาการกระเจิงเชิงควอนตัม โดยจะอภิปรายการคำนวณหาฟังก์ชันคลื่นและการนำไปใช้เพื่อหาปริมาณที่จะนำไปเทียบกับผลจากการทดลองได้

ส่วนที่ 2 ประกอบด้วยบทที่ 8 และ 11 ซึ่งอภิปรายสนามอิสระทั้งในเชิงคลาสสิคและควอนตัม โดยบทที่ 8 อภิปรายทฤษฎีสนามสเกลาร์อิสระ บทที่ 9 และ 10 อภิปรายทฤษฎีสนามสปินเนอร์อิสระ บทที่ 11 อภิปรายทฤษฎีแมกซ์เวลล์

ส่วนที่ 3 ประกอบด้วยบทที่ 12 และ 14 ซึ่งวิเคราะห์ทฤษฎีสนามสเกลาร์ที่มีอันตรกิริยาในตัว บทที่ 12 เสนอสูตรและเครื่องมือต่าง ๆ ที่จะนำไปใช้คำนวณเกี่ยวกับปัญหาการกระเจิง บทที่13 อธิบายการคำนวณปริมาณที่เรียกว่าฟังก์ชัน n จุด ซึ่งจะนำไปประกอบกับสูตรในบทที่ 12 เพื่อนำไปอธิบายปัญหาการกระเจิงในบทที่ 14

ทฤษฎีสนามควอนตัม Quantum Field Theory

ส่วนที่ 4 ประกอบด้วยบทที่ 15 และ 17 ซึ่งอภิปรายพลศาสตร์ไฟฟ้าเชิงควอนตัม โดยดัดแปลงและประยุกต์ใช้หลักการและวิธีการต่าง ๆ จากส่วนที่ 3 โดยบทที่ 15 อภิปรายสูตรต่าง ๆ ที่จะนำไปใช้ในบทต่อ ๆ ไป บทที่ 16 อธิบายกระบวนการกระเจิงต่าง ๆ ซึ่งผลที่ได้สามารถนำไปเทียบได้กับผลการทดลอง บทที่ 17 อภิปรายการคำนวณที่จะให้ผลที่แม่นยำขึ้น และอภิปรายถึงผลบางประการในเชิงฟิสิกส์

ส่วนที่ 5 ประกอบด้วยบทที่ 18 เพียงบทเดียว บทนี้อภิปรายตัวอย่างเส้นทางของการพัฒนาทฤษฎีสนามควอนตัม ในด้านต่าง ๆ ที่ต่อยอดมาจากการอภิปรายในหนังสือเล่มนี้บางส่วนของบทนี้อาจนำไปขยายความเพื่อเป็นประเด็นหลักในหนังสือที่ผู้เขียนจะเขียนขึ้นในอนาคต

หนังสือเล่มนี้มีสรุปท้ายบททุกบท มีโจทย์และเฉลยสำหรับบทที่ 2 และ 17 และสำหรับบทเหล่านี้ยังมีบทย่อยที่มีหัวข้อว่า “วิจารณ์ประเด็นสำคัญ” ซึ่งวิจารณ์ประเด็นที่สำคัญ รวมถึงมีแนวเนื้อหาที่ผู้อ่านควรรู้และทำความเข้าใจ (มักขึ้นต้นว่า “เมื่ออ่านบทนี้จบ ผู้อ่านควร…”) นอกจากนี้ยังมีแนวทางว่าผู้อ่านควรมีพื้นฐานใดมาก่อนที่จะอ่านบทต่าง ๆ ในหนังสือเล่มนี้บ้าง ด้วยเครื่องมือเหล่านี้หนังสือเล่มนี้จึงเหมาะสำหรับให้ผู้อ่านใช้ในการศึกษาด้วยตนเอง หรือนำไปใช้สอนในเนื้อหาที่เกี่ยวข้องสำหรับ 12 ภาคเรียนในระดับบัณฑิตศึกษา

สำหรับผู้ที่สนใจสามารถสั่งซื้อหนังสือได้ที่

– ศูนย์หนังสือจุฬาฯ ทุกสาขา
– สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยนเรศวร

cover ทฤษฎีสนามควอนตัม
Message us