Тарасов Л.В. Основы квантовой механики (1185096)
Текст из файла
530Л Т19 УДК 530.145 (075) Рецензенты: кефедра теоретической ядерной физики МИФИ и докт. физ.-мат, паук М. И. Подгарецкий Тарасов Л. В. Т19 Основы квантовой механики: Учеб. пособие длн вузов.— Мл Высш. школа, !978.— 287 с., ил. В книге дано обстоятельное в систематическое изложение основ нерелятизнстской квантовой механики, предназначенное для лин, впервые знакомящихся с предметом. В первой главе в качестве введения в квантовую механику рассмотрена спедифика Физики микрообъектов. Во второй главе на основе представлений об амплитудах вероятностей рассмотрены вопросы Физики мякроявлений (иятерференция амплитуд, принцип суперпозвции.
спепнФика измерительного акта, причинность в квантовой механике); подробно проанализированы простейшие квантовоиеханические системы - микрообъекты с двумя базнсными состояниями. В третьей главе рассмотрен аппарат квантовой механики кзк синтез Физических идей и теории линейных операторов. Для демовстра. цни работы аппарата приведен ряд специально отобранных примеров и задач.
Предназначается для студентов технических и педагогических ву. зоз. а также может быть использована инженерами различного проФиля. 20408 — 133 Т 40 — 78 830.1 001(01) — 78 © Издательство «Высшая школа», 1978. ПРЕДИСЛОВИЕ Некоторые предварительные замечания. Физические исследования, выполненные в конце Х)Х вЂ” первой половине ХХ столетий, выявили исключительное своеобразие законов, управляющих поведением микрообъектов— атомов, электронов и т. д.
На основе этих исследований была создана новая физическая теория — квантовая механика. Процесс становления квантовой механики оказался достаточно сложным и длительным. Сравнительно быстро (к началу ЗО-х годов) была построена математическая часть теории вместе с набором правил, связывающих теорию с опытом, а затем продолжалось затянувшееся на десятилетия осмысливание физико-философского содержания использовавшихся в теории математических символов. Как писал Фок 111, <аппарат нерелятивистской квантовой механики, не содержащий никаких внутренних противоречий, успешно применялся к решению конкретных задач атомной физики, но физическое толкование его оставалось долгое время неясным».
Трудности физической интерпретации аппарата квантовой механики неслучайны. С квантовой механикой связаны диалектика новых закономерностей, радикальный пересмотр самого характера вопросов, которые физик «вправе задавать природе», переосмысливание роли исследователя в изучаемом им мире, новый подход к вопросу о соотношении необходимого и случайного в физических явлениях, отказ от многих привычных понятий и представлений. Квантовая механика рождалась в обстановке горячих столкновений противоречивых суждений, в обстановке дискуссий. Не случайно то, что в процессе ее становлеяия приняли участие многие выдающиеся умы: Н. Бор, А. Эйнштейн, М. Планк, Э.
Шредингер, М. Борн, В. Паули, А. Зоммерфельд, Л. де Бройль, П. Эренфест, Э. Ферми, В. Гейзенберг, П. Дирак, Р. Фейнман и др. Не случайно и то, что по сей день существует своеобразный психологический барьер, с которым в той или иной мере сталкиваются все, кто начинает изучать квантовую механику.
И дело тут отнюдь не в математической сложности. Дело в том, что трудно отказываться от привычных понятий, трудно перестраивать выработанный на основе повседневного опыта стиль мышления. Начиная изучение квантовой механики, полезно иметь представление о ее месте и роли. В связи с этим обсудим (разумеется, в самых общих чертах) следующие три вопроса: Что такое квантовая механика? В каком отношении к классической физике находится квантовая механика? Каким специалистам она нужна? Итак, что такое квантовая механика? На поставленный вопрос можно ответить по-разному.
Прежде всего квантовая механика — это теория, описывающая свойства материи на уровне микроявлений; она рассматривает законы движения лшкрообъектов. Микро- объекты (молекулы, атомы, элементарные частицы)— основные «действующие лица» в квантовой механике. С более широкой точки зрения квантовую механику следует рассматривать как теоретическую основу современного учения о строении и свойствах вещества. По сравнению с классической физикой квантовая механика рассматривает свойства вещества на более глубоком, более фундаментальном уровне. Она позволяет раскрьпь многие «почему?», остававшиеся без ответа в классической физике.
Почему, например, алмаз тверд? Почему электропроводность полупроводника растет с увеличением температуры? Почему магнит утрачивает свои свойства прн нагревании? На эти и многие подобные вопросы классическая физика ответа не дает; здесь необходимо обращаться к квантовой механике. Наконец, надо подчеркнуть, что квантовая механика дает возможность рассчитать многие физические параметры вещества. Отвечая на вопрос «что такое квантовая механика?», Лэмб заметил ~2): «Единственный простой и легкий ответ состоит в том, что квантовая механика представляет собой науку, обеспечивающую нас удивительным набором правил расчета определенных физических свойств вещества».
В каком отношении к классической физике находится квантовая механика? Прежде всего отметим, что квантовая механика содержит классическую механику как свой предельный случай; при переходе от микрообъектов к макрообъектам законы квантовой механики превращаются в законы классической механики.
В связи с этим иногда не очень удачно говорят, что квантовая механика «работает» в микромире, а классическая — в макромире, Такое утверждение предполагает наличие некоего отдельного «микромира» и некоего отдельного «макромира». В действительности же можно говорить о существовании микрообъектов (микроявлений) и макрообъектов (макроявлений). При этом существенно, что в основе макро- явлений лежат микроявления, макрообъекты построены из микрообъектов. Следовательно, переход от классической физики к квантовой механике есть переход не из одного «мира» в другой «мир», а от менее глубокого к более глубокому уровню рассмотрения вещества. Это означает, что, изучая поведение микрообъектов, квантовая механика рассматривает фактически те же самые макрообъекты, но на более фундаментальном уровне.
Кроме того, надо иметь в виду, что грань между микрон макроявлениями в общем случае достаточно условна и подвижна. Классические представления нередко оказываются полезными при рассмотрении микроявлений, а квантовомехапические — при рассмотрении макроявлений. Существует даже специальный термин «квантовая макрофизика», который используют, в частности, применительно к квантовой электронике, явлениям сверхтекучести и сверхпроводимости и в целом ряде других случаев. Обсуждая вопрос о том, каким именно специалистам нужна квантовая механика, сразу оговоримся, что здесь речь идет о специалистах, подготавливаемых в технических вузах. Можно указать по крайней мере три профиля инженерных специальностей, для которых изучение квантовой механики насущно необходимо.
Во-первых, это инженеры, работающие в области ядерной энергетики, применения в народном хозяйстве радиоактивных изотопов. Во-вторых, это инженеры, работающие в области материиловедгния (улучшение свойств материалов, создание новых материалов с наперед заданными свойствами). В-третьих, это инженеры, работающие в области электроники и прежде всего в области полупроводниковой и лазерной техники. Если учесть, что сегодня фактически любая отрасль народного хозяйства широко использует как новые материалы, так и электронику, то станет ясно, что полноценная ингкенерная подготовка уже невозможна без достаточно серьезного изучения квантовой механики. Построение книги.
Данная книга имеет целью познакомить читателя с понятиями и представлениями кванто- вой механики, ее физическими свойствами; выявить логику новых идей; показать, как эти идеи «вживляются» в математический аппарат линейных операторов; продемонстрировать работу аппарата на ряде примеров и задач, интересных для выпускников инженерных специальностей. Книга состоит из трех глав. В первой главе в качестве своеобразного введения в квантовую механику рассмотрена специфика физики микрообъектов; основное внимание уделено основополагающим идеям квантования и дуализма и соотношениям неопределенностей.
Характеристики
Тип файла DJVU
Этот формат был создан для хранения отсканированных страниц книг в большом количестве. DJVU отлично справился с поставленной задачей, но увеличение места на всех устройствах позволили использовать вместо этого формата всё тот же PDF, хоть PDF занимает заметно больше места.
Даже здесь на студизбе мы конвертируем все файлы DJVU в PDF, чтобы Вам не пришлось думать о том, какой программой открыть ту или иную книгу.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
