С. Трейман - Этот странный квантовый мир (1129358)
Текст из файла
4 В в ) 1 С. ТРеймАн ЭТОТ СТРАННЫЙ КВАНТОВЫЙ МИР Перевод с английского к. ф.-м. н. В. Г. Лебедева ЮС 2Ъ мию Москва ° Ижевск 2002 УДК 530.12 Интернет-магазин ° физика ° математика ° биология ° техника 1т11р:уу з1тор.гол.гн Права на издание ограниченного тиража этой книги предоставлено НИЦ РХД издательством Рг1псе1оп 11п1чегз11у Ргезз. Трейман С.
Этот странный квантовый мир. — Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2002, 224 стр. Эта книга представляет компактное и в то же время достаточно полное популярное изложение квантовой механики, написанное известным специалистом в области физики элементарных частиц. Автор рассказывает об истории развития квантовой механики, начиная с идей Эйнштейна, Бора, Гейзенберга, Шредингера, н постепенно переходит к современному этапу развития этой науки, излагает основные принципы теории микрочастиц и квантовой теории поля.
Для широкого круга читателей. 1$В1Ч 5-93972-117-6 ® Перевод на русский язык, НИЦ «Регулярная и хаотическая динамикаэ, 2002 Ы1р://год.гп Предисловие Гллвл 1. Введение Обзор Истоки . 9 10 18 Содержание Гллвл 2. Классические основы Закон Ньютона Гравитация Энергия Электромагнетизм Специальная теория относительности Гллвл 3. «Старая» квантовая механика Электромагнитные волны Излучение черного тела . Ранняя спектроскопия . Атом Резерфорда Квантовая модель Бора Волны материи де Бройля ..
Гллвл 4. Основы Эксперимент с двумя щелями Волновое уравнение Шредингера Вероятностная интерпретация Краткий обзор правил . Коммутирующие наблюдаемые Принцип неопределенности . Импульс Концепция операторов . Угловой момент Энергетические аспекты . 28 28 29 34 37 43 56 56 58 62 64 65 70 72 74 ?6 80 81 84 85 87 89 92 97 Содержание 147 Гллвл 5. Немного квантовой классики Свободная частица . Частица в яме Гармонический осциллятор Общий случай центрального потенциала Одноэлектроиный атом Бесконечный соленоид .
Процессы распада Глава 6. Тождественные частицы Правила симметрии и антисимметрии Принцип Паули Ферми-газ Атомы Немного о тождественных бозонах Гллвх 7. Что происходит? Глхвл 8. Строительные элементы Столкновения и распады частиц Ускорители Свойства и закономерности . Основные ингредиенты Резюме Гллвх 9. Квантовые поля Свободные поля и свободные частицы Взаимодействие Фейнмановские диаграммы Виртуальные частицы Стандартная модель в диаграммах И снова, что дальше? Дополнительная литература Предметный указатель 104 104 105 107 ПО 112 122 124 128 128 132 133 138 143 161 167 170 175 185 192 194 195 198 201 203 205 210 214 216 Предисловие Эта книга появилась после того, как я однажды провел односеместровый вводный семинар для первокурсников в Принстонском университете.
Программа семинара, предназначенного только для студентов первого года обучения, предлагала широкий спектр специальных вопросов, многие из которых достаточно сложны, Студенты участвовали в семинаре добровольно и были отобраны по особым критериям, так как размер классов был ограничен. Тема, вынесенная в заголовок семинара, формулировалась как «От атомов к кваркам, по квантовым следам». Я заранее предвидел, и позднее это подтвердили студенты, что материал семинара был достаточно трудным. Но студенты жаждали получить новые знания и сделать новые открытия. Большинство нз них уже погружалось на различные глубины в популярную литературу по относительности, космологии, атомам, ядрам, физике частиц и т.дп некоторые почувствовали влияние этих предметов в средней школе. Но они хотели знать больше.
Кажется вполне вероятным, что многие из этих студентов позднее, на второй год обучения, выберут в качестве специализации те или иные естественные науки, или инженерное дело. Некоторые увлекутся другими направлениями, в социальных или гуманитарных науках, но всех их объединяло любопытство к атомам, электронам, нейтрино, кваркам, к квантовой механике, относительности и т.п. Для ряда разделов, охватываемых семинаром, существует много замечательной литературы, которую можно порекомендовать для чтения. Эти книги часто носят описательный характер, содержат не сильно математизированное изложение развития атомной гипотезы в девятнадцатом столетии, последующего открытия ядер и их компонент, затем изобилия элементарных частиц различного типа, современную кварковую картину; и так далее.
Однако для того чтобы воспринять изложенную ниже качественную картину и обеспечить более глубокое понимание, я хотел посвятить некоторое время основополагающим теоретическим идеям, позволяющим ввести в курс основных идей квантовой механики и возможных приложений. Конечно, в настоящее время не существует дефицита в книгах по квантовой механике для университетских курсов, курсов для аспирантов и профессионалов в различных разделах науки и технологии.
С другой стороны, существует много чудесных книг, в которых квантовая механика представлена в основном на качественном уровне, с помощью аналогий, метафор, ссылок и тому подобного. Предисловие Многие используют образную графику, включают интересные моменты биографии создателей квантовой механики, привлекают другие возможности для поддержания читательского интереса. То, что я не смог действительно найти, так это книги, лежащие посередине, изложение которых является все-же достаточно поверхностным и математически верно отражающим реальную действительность, методы и курьезы квантовой механики, но в то же время не чрезмерно техническим и профессиональным. Написание этой небольшой книги как раз и явилось попыткой заполнить эту промежуточную стадию. Книга предназначается для широкой аудитории любопытствующих — как исследователей, так и людей, вообще не относящихся к науке — которые не хотели бы полностью пренебречь уравнениями и техническими деталями.
Эти люди, может быть, и не станут больше чем новичками, но, по-крайней мере, окажутся среди них, Я был бы рад, если бы книга воспринималась как серия коротких, связанных разделов. 1-!есколько слов относительно математики: здесь приводятся точные выражения для концепций, которые часто понимаются лучше через их конкретное выражение в уравнениях и их интерпретацию, восходящую к этим уравнениям. Например, с одной стороны, можно расплывчиво утверждать, что квантовая механика связана с вероятностями, а другое — воплотить это в определенный математический объект, волновую функцию, эволюция которой во времени обусловлена определенным уравнением и информационное содержание которой иногда является чисто математическим. От читателя, действительно, не требуется решать какие-либо уравнения, кроме самых легких, но читатель приглашается время от времени — и совсем не обязательно — проверить решение, которое ему предлагается.
Квантовая механика является основной темой этой книги; но я не могу отказаться от коротких обзоров по классической механике, электромагнетизму, специальной теории относительности, физике частиц и других разделов. Я благодарен Джоан Трейман за ее ободряющие слова и снисходительность. ГЛАВА ! Введение В физическом разделе каталога Чикагского университета за 1898 — 99 годы можно прочитать следующее: ° Поскольку нельзя твердо утверждать, что будущее физических наук хранит в себе загадки, более удивительные, чем это было в прошлом, кажется вполне вероятным, что большинство основополагающих принципов являются твердо установленными и что дальнейшее продвижение надо в основном искать в строгом приложении этих принципов ко всем явлениям, которые обнаруживаются при наблюдениях.
Один из выдающихся физиков заметил, что будущие истины в физических науках надо искать в шестом знаке после запятой.» Это описание каталога было почти полностью написано Альбертом Майкельсоном, который в то время возглавлял физический факультет и произнес очень похожие слова в обращении к Совету Университета в 1894 г. Выдающийся физик, которого процитировал Майкельсон, хорошо известен под именем лорда Кельвина.
Это выступление !894 г, оказалось очень тесно связанным с возникшими противоречиями, и очень скоро после этого выступления были открьпы рентгеновские лучи, радиоактивность, электрон, специальная теория относительности, начала квантовой механики — все это вместилось в десятилетие, расположившееся в конце столетия.
В частности, это сделал и сам Майкельсон в совместной работе с Е. В.Марли в !881 году, в которой они выполнили важный эксперимент, позднее признанный краеугольным камнем специальной теории относительности. Как Майкельсон, так и Кельвин получили Нобелевскую премию в первые годы двадцатого столетия. Короче, не все основополагающие физические принципы были твердо установлены в конце девятнадцатого столетия. Но данная предостерегающая история ни в коем случае не является насмешкой. Эти выдающиеся ученые — а были и другие, которые высказывались в том же духе, — смотрели назад, на столетие небывалых достижений, на эпоху, которая вывела за последние годы прошлого столетия естественные науки на очень высокий уровень развития. Был продемонстрирован волновой характер света; были открыты и объединены в общие рамки законы Глава 1 электричества и магнетизма; было показано, что свет представляет из себя колебание электрических и магнитных полей; с течением времени все больше утверждалась атомная гипотеза; были успешно сформулированы и — для атомистов — доказаны на основе молекулярного движения законы термодинамики и т.д.
Хотя казалось, что законы гравитации и электромагнетизма хорошо изучены, но для надежности оставалось проверить лишь то, какие еше типы сил могут вступать в игру на атомном уровне. Собственно это и было сделано, и не только в шестом знаке после запятой. Однако ньютоновская картина мира продолжала казаться неизменной. В этой классической картине физического мира время и пространство являлись абсолютными; при этом каждая материальная частица в каждый момент времени находилась в некотором определенном месте, двигаясь с некоторой определенной скоростью вдоль некоторого определенного пути, и все это определялось существенными силами, законы которых восходили к Ньютону. Этот классический взгляд продолжает очень хороню описывать физический мир при условиях, когда скорости малы по сравнению со скоростью света, а существенные размеры значительно больше размеров атомов. Но наше глубокое понимание природы пространства-времени было сильно трансформировано относительностью, так же как понимание объективной реальности — квантовой механикой.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
