ЭБЗ Классическая физика (часть 1) - механика, термодинамика и молекулярная физика, страница 103

Добротность осциллятора и ширина резонанса.Волновой процесс. Сосредоточенные и распределенные параметры. Скалярный и векторный волновой процесс. Классический волновой процесс и волны вероятности. Волновоеуравнение. Продольные и поперечные волны. Линейно поляризованные поперечные колебания. Скорость распространения возмущения. Одно-, двух- и трехмерное волновые уравнения.

Бегущая волна. Сложение одномерных встречных бегущих монохроматических волнодинаковой частоты. Стоячая волна: узлы, пучности. Открытые и замкнутые системы: разложение по бегущим и по стоячим волнам. Начальные и граничные условия.Энергия волны. Вектор Умова.

Классификация волн по виду волновой поверхности.Волновая поверхность как система источников вторичных сферических волн. Принцип Гюйгенса-Френеля. Суперпозиция волн. Волновые пакеты (пучки). Групповая скорость. Дисперсия. Расплывание пакета. Импульс.Случайный характер волнового процесса. Понятие о квадратичном детекторе. Времяи объем усреднения.

Характерные параметры квадратичных детекторов. Аппаратная функция. Функция когерентности второго и высших порядков. Волновое уравнение для функциикогерентности. Степень когерентности. Время и длина когерентности. Полная и частичнаякогерентность. Интерференция двух монохроматических волн. Зависимость интерференционной картины от характеристик детектора. Интерференция в дальней зоне. Интерференцияволн различной частоты. Интерференция двух независимых волн. Понятие о многолучевойинтерференции.

Эксперимент Брауна-Твисса.Интерференция и дифракция. Дифракция плоской волны на щели в дальней зоне (дифракция Фраунгофера). Дифракция на решетке. Дифракция Френеля. Понятие об общей теории дифракции. Разрешающая способность (критерий Рэлея).Уравнение электромагнитных волн. Плоская волна в вакууме. Связь между волновымвектором и векторами Е и Н. Монохроматическая плоская волна. Излучение электромагнитных волн.

Дипольное излучение. Черенковское, переходное, тормозное и синхротронное из-лучение. Излучение при переходах электронов из связанного в связанное, из связанного всвободное и из свободного в свободное состояния. Характерные параметры искусственносозданных и естественных излучателей. Шкала электромагнитных волн.Прохождение излучения через среду. Макроскопическая теория поглощения излучения. Нормальная и аномальная дисперсия.Описание состояния поляризации. Поляризованная электромагнитная волна.

ВекторДжонса. Линейная, круговая, эллиптическая поляризации. Неполяризованные электромагнитные волны. Частичная поляризация. Поляризационная матрица и вектор Стокса. Степеньлинейной и степень круговой поляризации. Условие для полностью поляризованного и полностью неполяризованного излучения. Получение поляризованных волн. Угол Брюстера.Двойное лучепреломление. Поляризаторы и анализаторы. Закон Малюса. Понятие о деполяризации.Элементы Фурье-оптики. Оптика и теория связи. Анализ двумерных линейных систем. Линзы как элементы, выполняющие преобразование Фурье и создающие изображение.Тонкая линза как элемент, выполняющая фурье-преобразование. Пространственная фильтрация и оптическая обработка информации.

Эксперимент Аббе-Портера. Фазовоконтрастныймикроскоп Цернике.Проблема восстановления волнового фронта. Голограммы: Габора, Лейта и Упатниекса, Денисюка. Спеклы. Голографическая и спекл-интерферометрия.Обращение волнового фронта.Элементы кристаллооптики. Электрооптические и магнитооптические явления. Элементы нелинейной оптики: самофокусировка света, генерация оптических гармоник.Понятие об электронной и нейтронной оптике.

Дифракция электронов и нейтронов.Волны в периодических структурах. Дисперсионные характеристики. Запрещенныезоны (уравнение Матье).Третий семестр.Часть 5. КВАНТОВАЯ ФИЗИКА.Неизбежность квантовой механики. Беспредельная делимость в классической физикеи гипотеза атомарности. Экспериментальные факты, противоречащие классической физике:спектр теплового излучения, фотоэффект, размер и устойчивость атома, эффект Комптона,дифракция электронов.Основные положения квантовой механики: квантово-механическое состояние, наблюдение.

Физические величины в квантовой физике. Фундаментальные константы. Порядок величин в атомной и ядерной физики.Пространство квантово-механических состояний, чистые и смешанные состояния,матрица плотности. Операторы в пространстве состояний. Собственные состояния и собственные величины. Самосопряженные операторы. Физическая интерпретация состояний иоператоров. Вычисление средних значений и дисперсии физических величин.

Гамильтониан.Операторы координаты, импульса, момента импульса. Волновая функция.Волновые уравнения: релятивистское для спиновых частиц, релятивистское для частиц со спином ноль, нерелятивистское.Симметрия в квантовой физике.Уравнение Шредингера и уравнение для средних. Теорема Эренфеста. Принцип соответствия.Методы решения уравнения Шредингера: точное решение, теория возмущений, квазиклассическое приближение.Стационарное уравнение Шредингера. Граничные условия.

Нормировка. Свободнаячастица.Частица в потенциальной яме. Туннелирование. Квазиклассический расчет коэффициента пропускания потенциального барьера.Одномерный гармонический осциллятор.Соотношение неопределенности координата-импульс. Когерентные состояния. Соотношение неопределенностей: энергия-время, момент импульса - угол, число частиц - фаза.Соотношение неопределенностей как метод качественных оценок.Квантово-механическое описание атома. Атом водорода и водородоподобные системы: систематика состояний, спектр энергий.

Метод самосогласованного поля. Квантовыечисла электронов в многоэлектронном атоме. Уровне энергии электронов в атоме.Спин и спиновое квантовое число. Принцип Паули. Волновые функции тождественных частиц. Спин и статистика.Молекулы: их состав, характерные параметры. Типы молекулярных связей: ионная,ковалентная. Энергетический спектр молекул: электронная, вращательная, колебательнаяэнергии.Колебания кристаллической решетки: уравнение колебаний, волновые решения, нормальные моды. Акустическая и оптическая ветви спектра колебаний. Понятие о квантованииколебаний решетки.

Нулевые колебания. Фононы. Предельные законы: закон Дебая и законДюлонга и Пти.Электроны в металлах. Решение уравнения Шредингера для периодического потенциала. Теорема Блоха. Зонная структура энергетического спектра. Заполнение зон: металлы,полупроводники, диэлектрики. Энергетический спектр металла: квазичастицы, поверхностьФерми, скорость на поверхности Ферми. Электронная теплоемкость.Длина свободного пробега электрона. Проводимость и теплоемкость. Механизмы рассеяния электронов и температурные зависимости проводимости при высоких и низких температурах.Типы диэлектриков: ионные кристаллы, ковалентные кристаллы, молекулярные кристаллы.

Типы электронных возбуждений: поляроны, экситоны.Квантовая теория сверхпроводимости. Куперовское спаривание как условие сверхпроводимости: кулоновское отталкивание и фононное притяжение, размеры пар и энергиясвязи. Энергетическая щель. Движение куперовских пар (сверхпроводимость как сверхтекучесть куперовских пар). Уравнения Лондонов и их модификация с учетом конечности размера куперовских пар.Поверхностная энергия на границе между нормальной и сверхпроводящей фазами.Сверхпроводники первого и второго рода.

Проникновение магнитного поля в сверхпроводники второго рода; два критических поля; смешанное состояние и вихревая решетка.Когерентные эффекты в сверхпроводниках. Захват и квантование магнитного потока.Флюксон. Туннельный контакт. Эффект Джозефсона.Особенности и возможные механизмы высокотемпературной сверхпроводимости.Классификация теорий излучения. Квантование поля излучения в пустом пространстве.

Фотон. Операторы порождения и уничтожения фотона. Вакуумное состояние. Когерентные и суженные состояния поля излучения. Гамильтониан взаимодействия поля излучения свеществом.Кинетическое уравнение для матрицы плотности излучения в модели взаимодействияодномодового излучения с двухуровневым атомом: линейный и нелинейный режимы. кинетическое уравнение для средних чисел фотонов и дисперсии. Понятие об инверсной заселенности. Порог генерации.Равновесное (тепловое) излучение: основные характеристики, закон Кирхгофа, формулы:Планка, Рэлея-Джинса, Вина.

Законы смещения Вина и закон Стефана-Больцмана. Радиоизлучение Солнца.Прохождение излучения через вещество. Полуклассическая теория зависимости восприимчивости от частоты. Поглощение и пропускание излучения атомарным и молекулярным газом. Поглощение излучения в полупроводниках и диэлектриках.Квантовая теория диамагнетизма. Уровни Ландау.