为持续推进学生社区建设，丰富学生社区文化内容，各院系学生社区发挥专业特色优势，开展了丰富多彩的社区活动，旨在推动“五育活动进社区”，促进社区青年全面发展，共建和谐美好学生社区。

2024名师讲座

圆满结束

2024年4月28日，物理学系团委邀请刘海文老师向同学们做了《从电磁场到规范场论——相位因子与对称性的作用》讲座，系统地向同学们讲解了近代电磁学到规范场论的发展与外延，为同学们之后的科学研究提供了许多行之有效的方法。

本次讲座共分为五个部分：麦克斯韦电磁场理论发展史，从麦克斯韦方程组到相对论，从相位因子到规范场论，非阿贝尔规范场论，结语与展望

一、麦克斯韦电磁场理论发展史

刘老师在正式开讲前先向同学们讲述了了解电磁学理论和规范场论发展历史的两点好处：

1、了解前辈学者的研究经历，进而能够建立自己对这门学科的情感和兴趣，将复杂的数学研究变成引人入胜的科学故事。

2、明晰科研工作的艰难困苦，为之后的科学研究提供情感支撑。

接着刘老师回顾了两个经典电磁学中的根本性问题：

一、电磁现象是超距作用还是近距作用？

二、电磁场是否是客观实在？电子是否是客观实在？

为了回答这两个问题，刘老师对麦克斯韦的三篇电磁学论文进行了详细的讲解。在讲述中，刘老师不仅通过对麦克斯韦三篇论文发表时间的分析，提出了科学研究要持之以恒的观点；而且还提出了类比这个重要的科学研究方法，阐述了类比在科研活动中的重要地位，鼓励同学们积极使用。

讲解完这三篇论文后，刘老师再简单阐述了一下经典电磁场理论的后续发展和后续科学影响，引出了麦克斯韦方程组和相对论的关系。并且通过彭罗斯的话语点出了麦克斯韦方程组具有的三个重要的对称性：

1.洛伦兹协变性 → 狭义相对论；

2.U（1）规范不变性 → 规范场论；

3.标度不变性 → 相变与临界现象。

二、从麦克斯韦方程组到相对论

刘老师首先讲述了爱因斯坦小时候的一个思想问题：如果我们以光速追着光跑，那么看到的电磁波会是什么样的？并且以此建议各位同学在平时学习时多思考，或许一时不会有什么结果，但长此以往总会有所收获。

然后刘老师先简单讲述了光速不变原理、洛伦兹变换对应四维闵可夫斯基空间的转动、电场和磁场是四维电磁场张量的分量等知识，进而得到了狭义相对论。

在狭义相对论形成后，爱因斯坦开始致力于广义相对论的研究。刘老师又为我们讲解了这期间的一件趣事：爱因斯坦受邀去德国进行演讲，德国数学家希尔伯特听后对此大感兴趣，也开始了相对论的研究。在希尔伯特和演讲需要的双重压力下，爱因斯坦于最后一次演讲时提出了广义相对论。

刘老师借这件事告诉我们：首先要多和优秀的学者交流；其次，不能惧怕压力，有压力才会有进一步研究的动力。之后刘老师借助黎曼曲率张量等知识，简要地叙述爱因斯坦如何得到广义相对论。并且通过类比的方法，细致地比较了狭义相对论和广义相对论的异同。

三、从相位因子到规范场论

刘老师首先讲解了费曼路径积分，然后提出了它的应用：阿哈罗诺夫—玻姆（AB）效应，并以此讲解了AB效应的类似效应Berry几何相位因子。之后刘老师又提出了一个例子：从超导角度看 U(1)规范对称性破缺 与 Anderson-Higgs机制。在讲解中，刘老师通过图像生动形象的系统阐述了理论知识。

此外，刘老师又举出了另一个超导的例子：超导Josephson效应

四、非阿贝尔规范场论（简略叙述）

刘老师介绍了杨—米尔斯非阿贝尔规范场与纤维丛的关系，并简要地讲述了非阿贝尔规范场的Higgs机制与Higgs玻色子。

五、结语与展望

最后，刘老师通过《爱因斯坦传》的话对讲座进行了总结：

他[科学家]必须在系统化的认识论者面前显得像一个无法无天的机会主义者：他是现实主义者，因为他试图描述一个独立于感知行为的世界；他是唯心主义者，因为他把概念和理论看作是人类精神的自由发明（不是从经验给定的事物中逻辑推导出来的）；他是实证主义者，因为他认为他的概念和理论只有在它们为感官经验之间的关系提供逻辑表述的程度上才被证明是合理的。他甚至可能被视为柏拉图主义者或毕达哥拉斯主义者，因为他认为逻辑简单性的观点是他研究的必不可少和有效的工具。

讲座后大家积极提问

合影留念