Автор: Соколов А.А., Тернов И.М., Жковский В.Ч.

Издательство: Наука

Год: 1979

Страниц: 529

Формат: DJVU

Качество: хорошее

 

Книга содержит последовательное изложение основ квантовой механики, включая как нерелятивистскую, так и релятивистскую теорию. "Помимо принципиальных вопросов квантовой механики, в ней рассматриваются также различные ее приложения, относящиеся к теории твердого тела, квантовой теории излучения и др.

Значительное внимание уделяется разбору точно решаемых задач квантовой механики, таких, как гармонический осциллятор, ротатор, атом водорода. Некоторые традиционные вопросы излагаются в пособии по-новому. Приводятся также приближенные методы решения уравнения Шредингера — метод возмущений и квазиклассический метод ВКБ и их приложения (теория излучения, теория рассеяния и др.).

 

Эта книга написана на базе лекций, читаемых в течение многих лет на физическом факультете МГУ. Она представляет собой систематическое изложение теоретических основ квантовой механики и некоторых ее приложений.

Квантовая механика, основные законы которой были открыты в период с 1925 по 1928 г., является одним из важнейших разделов современной теоретической физики. Она изучает поведение электронов и других микрочастиц в атомах, молекулах, твердых телах, а также во внешних электромагнитных полях.

В истории развития квантовой теории можно выделить несколько этапов.

Первый из них был связан с накоплением экспериментальных фактов, касающихся равновесного электромагнитного излучения, а также фотоэффекта, эффекта Комптона и т.д. Поскольку эти факты не укладывались в рамки классической электродинамики, то для их объяснения необходимо было ввести предположение о том, что свет наряду с волновыми должен обладать также и корпускулярными свойствами. Это было учтено в теории квантов Планка — Эйнштейна.

Опыты Резерфорда по рассеянию а-частиц в веществе послужили основой для создания полуклассической теории атома Бора, которую можно считать началом второго этапа развития квантовой теории.

Наконец, третий этап начинается с появлением целого ряда экспериментальных фактов (дифракция и интерференция пучка электронов), связанных с проявлением корпускулярно-волновых свойств электронов. Первым обобщающим результатом, учитывающим волновые свойства микрочастиц, было уравнение Шредингера (1926 г.), которое явилось развитием волновой пь потезы электронов (волны де Бройля). Несколько раньше (1925 г.) квантовая теория атома была сформулирована Гей* зенбергом (матричная механика). Таким образом, если в клас< сической теории свет рассматривался как волна, а электрон — как частица, то в квантовой механике было фактически стерто это различие и было признано, что свет и электроны в соответ< ствующих условиях могут проявлять как корпускулярные, так и волновые свойства. Так был установлен корпускулярно-вол-новой дуализм.

Поскольку задачей квантовой механики является изучение реального мира и, прежде всего, простейших форм его движения, определяющих более сложные явления, то она, естественно, связана с общефилософским вопросом познания микромира. Согласно учению В. И. Ленина, наше познание природы, существующей независимо от субъекта, идет по линии асимптотического приближения к истине, и появление новой теории означает не крушение старой, а лишь ее дальнейшее развитие.

Утверждение В. И. Ленина о том, что электрон так же неисчерпаем, как и атом, оказалось той путеводной звездой, которая указывает нам единственно правильный путь развития современной физики элементарных частиц. Таким образом, если в рамках квантовой механики ряд явлений остается необъяснимым, то это свидетельствует о том, что должны возникнуть новые, более совершенные теории, в рамках которых эти явления найдут свое объяснение.

В книгу включены как нерелятивистская теория Шредингера, так и релятивистская теория Дирака, а также теория многих частиц, которые составляют соответственно первую, вторую и третью части книги. 

В первой и второй частях мы решили остановиться преимущественно на основных вопросах квантовой механики, которые иллюстрируются характерными примерами. При этом мы стремились ознакомить читателя как с физическим содержанием теории, так и с ее современным математическим аппаратом. Поскольку данная книга в основном соответствует университетскому курсу, то в нее включен также ряд специальных вопросов квантовой механики. Так, при изложении теории водородоподобного атома рассматриваются различные криволинейные ортогональные координаты, в теории гармонического осциллятора вводятся операторы рождения и уничтожения, в теории рассеяния излагается метод комплексных полюсов Редже и т. д. На примере гармонического осциллятора демонстрируется также применение теории представлений квантовой механики. Кроме того, мы решили изложить основы вторичного квантования, без знания которого невозможно понять современную теорию излучения. При этом рассмотрено вторичное квантование как электромагнитного поля, так и дираковского поля электронов.

Третья часть книги посвящена теории многих частиц и, в частности, строению многоэлектронных атомов и простейших молекул. В специальные параграфы выделено изложение основ теории твердого тела. Здесь мы, по необходимости в краткой форме, представили и некоторые современные проблемы теории твердого тела, как например, сверхпроводимость и связанные с ней физические эффекты. Последний параграф посвящен изложению теории движения и излучения релятивистского электрона в постоянном и однородном магнитном поле (синхротрон-ное излучение).

Настоящий курс рассчитан на студентов физической специальности университетов. Он также может быть использован студентами тех вузов, где читаются основы квантовой механики.