Квантовая физика - Вихман Э.
Скачать (прямая ссылка):
12
физике. Содержание главы 5, таким образом, в большой степени связано с экспериментом. Вывод уравнения Клейна — Гордона (п. 36—46) не следует опускать. Интерпретация решений волнового уравнения как векторов в векторном пространстве (п. 47—54) может быть оставлена для самостоятельного чтения или вовсе опущена. В программе-минимум в крайнем случае можно опустить дифракцию волн на периодической структуре (п. 16—22), хотя не совсем правильно опускать теорию, которая имеет столь великолепные и очевидные экспериментальные применения.
В первой части главы 6 (п. 1—19) обсуждается принцип неопределенностей. Этот материал имеет решающее значение и не может быть опущен. Основная цель главы 6 — сформулировать и обсудить некоторые общие законы квантовомеханического мышления, в частности теории измерений и идеи статистического ансамбля и когерентной и некогерентной суперпозиции. При изложении этого вопроса я старался остаться на возможно более конкретном и физическом уровне. Все же нельзя отрицать, что обсуждение в этой главе заходит значительно дальше, чем обычно принято в книгах вводного типа, и многим читателям может показаться, что материал дан преждевременно. С другой стороны, я считаю, что некоторые основные идеи этой главы при соответствующем изложении не столь трудный есть смысл попытаться изложить эти идеи пораньше.
Главы 7 и 8 представляют собой введение в теорию Шредингера. Я задался целью показать подробнее, как реально работает квантовомеханическая теория. В программе-минимум п. 49—51 главы 7 и п. 49—58 главы 8 можно опустить. Описание проникновения частиц через потенциальный барьер в случае а-распада (п. 37—48 главы 7), по-видимому, опускать не следует.
В главе 9 рассмотрены взаимодействия между элементарными частицами. В п. 1—18 рассмотрены процессы столкновения, а в п. 19—31 — некоторые экспериментальные факты и теоретические идеи о частицах. За этим следует качественное рассмотрение основных идей квантовой теории поля. Непосредственным результатом такого рассмотрения является упрощенный вывод потенциала Юка-вы в п. 47—55. В программе-минимум можно вообще отказаться от главы 9, но где-то в курсе, по-видимому, все же должны быть сделаны некоторые замечания о проблеме взаимодействия частиц. Мне кажется, что она должна заинтересовать студентов; кроме того, это центральная проблема современной физики.
Задачи в конце глав предназначены иллюстрировать обсуждавшиеся проблемы. Они сильно различаются по степени трудности. Задач, которые требуют лишь подстановки численных значений в формулы, сравнительно немного. Смысл таких задач в том, чтобы дать студенту представление о порядке встречающихся величин. При выборе автор руководствовался желанием подчеркнуть задачи, с помощью которых студент мог бы проверить свое понимание текста; не хотелось, чтобы они потонули в большом числе тривиальных задач. Если преподаватель решит пропустить часть текста, то,
13
конечно, он сможет сделать то же самое и с задачами или заменить их другими.
Кроме отмеченных нами частей книги, которые без ущерба можно опустить, преподаватель может отказаться^еще от тех или иных параграфов по своему усмотрению, а также упростить или укоротить обсуждения, не меняя характера книги. Таким образом, лекции по программе-минимум могут покрывать от половины до двух третей содержания курса. Эго составит около 20 лекционных часов — минимальное время, которое можно уделить квантовой физике.
ГЛАВА 1
ВВЕДЕНИЕ
Обзор квантовой физики
1. Б этой части курса мы будем изучать физику атомов, ядер и элементарных частиц. При этом мы познакомимся с неизвестными нам еще свойствами природы, а именно с квантовыми явлениями. Поэтому настоящий том назван квантовой физикой. Современная математическая теория квантовых явлений носит название квантовой механики.
«Квантовую физику» не следует считать изолированной частью физики, не связанной с макроскопическим миром. В действительности она охватывает всю физику, и ее законы в том виде, как они известны теперь, являются наиболее общими законами природы.
2. В предыдущих томах Берклеевского курса мы изучали физические явления макромира. Законы природы, с которыми мы там познакомились, относятся к классической физике. В общем, можно сказать, что классическая физика имеет дело с явлениями, где вопрос
о микростроении вещества не играет большой роли. В этом томе мы специально займемся изучением элементарных частиц и рассмотрим законы, объясняющие их свойства. Наше внимание мы, естественно,обратим к тем явлениям, в которых действие этих законов выявлено наиболее ясно. Это означает, что мы будем рассматривать лишь ситуации, в которых участвует небольшое число частиц. Таким образом, большая часть рассматриваемых в этой книге явлений относится к микрофизике.
Зная законы, управляющие поведением элементарных частиц, мы можем в принципе предсказать поведение макроскопических систем, которые состоят из очень большого числа таких частиц. Это означает, что законы классической физики следуют из законов микрофизики, и поэтому квантовая механика является основой для понимания как микромира, так и макромира.
