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数学物理示例

探索物理数学方法的基础知识,涵盖复分析、微分方程等,为未来的物理学家做好准备。

作者:Mark Trodden
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秋季我将重新开始教学,此前我休了一个学期的学术休假,然后在宾夕法尼亚大学的第一个学期享受了教学减免。 我将教授一门我真正喜欢的课程,并且之前已经教过很多次了——物理数学方法 I,面向一年级研究生和一些感兴趣的高年级学生。 正如我所教的那样,这门课程的骨干相当传统,因为所涉及的主题构成了专业物理学家所需工具箱的基础。 我每年都会添加各种额外的专题(一些微分几何、一些拓扑学、一些群论……),但我总是会涵盖

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  • 复函数分析

  • 和与积分的精确和近似计算

  • 常微分方程的精确和近似解

  • 变换微积分

  • Sturm-Liouville 理论

  • 变分法

像这样的课程面临的一个挑战是,保持与所涵盖技术的实际应用之间的联系。 由于我最初是在一系列课程中作为数学本科生学习的这些材料,因此我对这些材料的看法可能相当正式,多年来我一直致力于平衡这一点。 然而,正如您可能猜到的那样,我自己的例子主要来自我最熟悉的物理领域——例如,超对称性和全纯性对超势的限制,很好地说明了复分析的力量。 但本课程应该为所有研究生提供基础,包括那些对理论物理的其他分支感兴趣的学生,或者对实验物理或观测天体物理学和宇宙学感兴趣的学生。 当然,人们可以做一些相当普遍的事情,这对每个人都有用,例如使用傅里叶变换和拉普拉斯变换来求解热、扩散和其他方程。 而且,变分法已经无处不在。 顺便说一句,有很多有趣的事情可以反过来做,比如设计振荡系统的例子,其中所有模式的总和给出了总能量,这很容易用另一种方式计算,并使用它来提供一种计算无限和的方法。 尽管如此,我真正渴望的是更多例子,说明上述主题在物理学其他分支中的应用。 我当然可以用这个问题来烦扰我的同事,但我认为向宇宙差异读者开放可能会提供一些新颖的建议。 因此,如果您有一些不寻常的例子,足够简短,可以在课堂上使用,说明上述任何内容在物理学任何分支(甚至是粒子物理学和宇宙学——那里也有很多我不知道的)中的使用,我将不胜感激您在评论中告诉我。 如果我未来的任何学生正在阅读本文 - 请注意; 您在这里看到的任何好的建议,如果不能进入课堂,可能会出现在考试中 - 谁知道呢?

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