Учебник - Как понимать квантовую механику - Иванов М.Г. (1238820), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Сами создателимом деле важными теоретическими вопросаквантовой механики быми, поэтому данная книга постепенно стано- ли людьми нескучными.вится учебником по квантовой механике. На Нильс Бор демонстрируетданный момент книга полностью покрывает Вольфгангу Паули волчокпрограмму первого семестра стандартного го- «тип-топ». [Из книги Данин Д. С. Нильсдового курса квантовой механики, читаемого Бор. — М.: Молодая гвардия, 1978 (серия ЖЗЛ)]студентам Московского физико-техническогоинститута (МФТИ), и некоторые темы второго семестра, а также содержитобсуждение ряда вопросов, выходящих за пределы программы, но представляющих интерес для любознательного читателя.Как любой учебник, претендующий на фундаментальность, этот текстсодержит разделы, которые не нужны студенту, чья цель — сдать экзамени забыть о квантовой механике как о страшном сне.
Поэтому различныеразделы книги имеют разный статус, который отражается в их заголовках:• Разделы, заголовки которых кончаются на «(ф)», — «философические»,в них мало формул и много слов, обсуждающих физический и/илиxviК АКЧИТАТЬ ЭТУ КНИГУфилософский смысл квантовой механики в целом или отдельных еёразделов. Эти разделы могут быть полезны с точки зрения понимания. Читатель, не знающий и не желающий знать, как в квантовоймеханике делаются конкретные вычисления, может ограничиться этими разделами.
Наиболее «философические» разделы, т. е. те, где рассуждения наиболее шатки и наименее проверяемы опытом, помечены«(фф)». Философические разделы, в которых рассуждения подкрепляются формулами, пусть и не строгими, обозначаются как «(ф*)»,«(фф*)», «(ф**)» или «(фф**)» в зависимости от степени философичности и математичности. Все философические разделы можно пропускать при чтении, хотя такие пропуски (особенно для разделов с малымчислом букв «ф») могут затруднить понимание материала.• Разделы, помеченные звёздочкой «*», означают материал, которыйможно пропустить при первом чтении.
Обычно в них содержится материал, уводящий в сторону от основного сюжета. Такой материал можеттакже помещаться в сноски. На втором/третьем заходе с этими разделами лучше ознакомиться. Двумя звёздочками «**» помечены разделы,которые можно пропускать при любой степени проработки текста. Хотя, пропуская эти разделы, вы рискуете не узнать что-то такое, о чёмбольшинство учебников умалчивает как об очевидных и/или бесполезных фактах. Звёздочкой в квадратных скобках [∗] отмечаются некоторые необязательные при первом чтении формулы. Звёздочка такжесопровождает ссылки на такие формулы.• Разделы, заголовки которых кончаются на «(л)», — «ликбезовские».В них напоминается то, что вы, по идее, должны бы знать.
Даже есливы уверены, что и в самом деле это знаете, то возможно имеет смыслпросмотреть такой раздел хотя бы по диагонали, чтобы вспомнить материал, понять в каком контексте его придётся применять далее и какиеобозначения будут использоваться.Те же символы могут помечать не целые разделы, а отдельные абзацы.Многие ссылки на оригинальные публикации автор не проверял лично, а списал из интернета (преимущественно из Википедии).
Однако все(кроме особо оговоренных случаев) эпиграфы списаны из тех самых книг,на которые идёт ссылка (иногда из электронных версий, а иногда из бумажных). Также все математические/физические выкладки и рассужденияавтор проделал/проверил сам (с той или иной степенью строгости).Фотографии и рисунки, взятые из Википедии (http://ru.wikipedia.org/)или Викисклада (http://commons.wikimedia.org/), помечены буквой «W»в конце подписи к рисунку, аналогично помечены эпиграфы, проверенныепо Википедии или Викицитатнику (http://ru.wikiquote.org/).1. Б ЛАГОДАРНОСТИxvii1. БлагодарностиВ написании книги автору помогали многие люди.
Они указывали наляпы и опечатки, давали советы и консультации по специальным вопросам,просто подтверждали нужность такой книги.В первую очередь я хочу выразить глубокую благодарность за помощьи поддержку моим родителям: отцу Геннадию Васильевичу Иванову, благодаря которому я решил стать физиком (ещё до того, как понял, что этозначит), и матери Валентине Михайловне Ивановой, которая первая заметила у меня страсть к преподаванию.Из коллег в первую очередь я хочу выразить благодарность моему Учителю Игорю Васильевичу Воловичу, относящемуся к тем Учёным, кто видит в формулах не только математический и физический смыслы, но такжефилософский смысл и педагогическое значение.Хочу выразить благодарность всем сотрудникам Отдела математической физики Математического института им. В.
А. Стеклова РАН, во главес патриархом отдела и института Василием Сергеевичем Владимировымза плодотворную научную и человеческую атмосферу, в которую я имелсчастье погрузиться, начиная с 5-го курса МФТИ.Также хочу выразить благодарность всем сотрудникам кафедры теоретической физики МФТИ и особенно Н. Н.
Пастушковой за создание научнопедагогической и человеческой среды, которая вызвала появление этойкниги.Помощь советами, консультациями, дискуссиями и критикой мнеоказали: И. В. Волович, Ю. М. Белоусов, В. И. Манько, Г. С. Ирошников,О. И. Толстихин, С. В. Козырев, Е. И. Зеленов. Дали развёрнутые дружескикритические отзывы: Л. А. Моргун, С. Петренко, С. Шушкевич. Прочиталибета-версию и объяснили, что такая книга непременно нужна и должнабыть издана несмотря на или, наоборот, по причине своего непривычногои личного стиля изложения В.
Б. Гейшкенбейн, В. М. Вайнберг, Н. Г. Марчук. На ляпы и опечатки указали: М. А. Энтин, Г. А. Гимранов, А. В. Зыков,А. В. Зыкова, А. Н. Волощук, С. Г. Абаимов и другие.Не все замечания и критика были учтены. В некоторых случаях я осознанно (хотя, возможно, и опрометчиво) отказался от внесения исправлений, за что приношу коллегам свои извинения.Отдельную благодарность хочу выразить издательству РХД и личнодиректору Алексею Владимировичу Борисову за то, что выход книги набумаге, не помешает свободному доступу к электронной версии на русскомязыке.Работа по написанию данной книги была частично поддержана грантами РФФИ 11-01-00828-а и НШ-2928.2012.1.xviiiК АКЧИТАТЬ ЭТУ КНИГУ2. О распространении данной книгиЦелью автора при написании данной книги является популяризацияквантовой механики и обсуждение её основополагающих идей среди студентов, а также профессионалов и любителей науки.Если человек читает книгу, чтобы разобраться в квантовой механике, то было бы странно брать с него за это деньги, наоборот, общество должно доплачивать за такие благородные побуждения.
Такого рода доплата обычно называется «студенческая стипендия» или «зарплата»учёного/преподавателя. К сожалению, объём подобных выплат в современной России плохо соотносится с типичными ценами книг по квантовоймеханике (книга такого объёма обычно стоит от 500 руб.).Автор обещает, что текущая стабильная версия книги на русском языкебудет доступна для свободного скачивания с интернет-странички МежпредметногосеминаракафедрытеоретическойфизикиМФТИ(http://mezhpr.fizteh.ru/), либо с другой интернет-странички.
Автор не намерен брать на себя каких-либо обязательств (перед издателями, работодателями или кем-либо ещё), которые препятствовали бы этому.В договоре с издательсвом «Регулярная и хаотическая динамика»(г. Ижевск), специально оговорёна возможность свободного доступа к электронной версии книги на интернет-портале Московского физико-технического института (государственного университета) и на личном интернетсайте автора.Обещания автора, касающиеся свободного доступа к электронномутексту книги, относятся только к русской версии.М. Г. ИвановP.S.
Если вы получили книгу из какого-либо места, отличного от интернет-странички Межпредметного семинара кафедры теоретической физики МФТИ (например с торрентов или на бумаге), проверьте, нет ли в разделе «библиотека» интернет-странички Межпредметного семинара болеесвежей версии (см. http://mezhpr.fizteh.ru/biblio/q-ivanov.html).ГЛАВА 1Место квантовой теориив современной картине мира (фф)Теоретическая физика достигла таких высот, что (мы) можем рассчитатьдаже то, что невозможно себе представить.Л.
Д. Ландау WКвантовая теория возникла как фундаментальная теория микрообъектов. Однако, если эта теория действительно фундаментальна, то её областьприменимости должна быть шире. Насколько шире? Никто пока что незнает.Но мы можем сказать, в каких разделах физики мы заведомо не можемобойтись без квантовой теории. Краткому популярному обзору этих заведомо квантовых разделов физики и их основных объектов мы и посвятим этуглаву. О самой квантовой механике не будет сказано практически ничего.Читать (или не читать) эту главу можно независимо от остальной книги, как научно-популярное введение, доступное для понимания любознательного школьника.1.1. Вглубь веществаИтак, большая часть вещества, с которым нам приходится иметь дело, состоит из молекул и атомов.
Кроме молекул и атомов в повседневнойжизни нам приходится сталкиваться только с электромагнитным и гравитационным полем.Молекулы состоят из атомов.Каждый отдельный атом состоит из ядра и некоторого количестваэлектронов (e — электрический заряд равен −1 в единицах элементарного заряда).Атомные ядра состоят из протонов (p — заряд +1) и нейтронов (n —заряд 0), которые «склеены» между собой с помощью глюонов (квантов2ГЛАВА 1сильного взаимодействия). Впрочем, пока мы не рассматриваем ядерныереакции, внутреннюю жизнь атомного ядра можно не учитывать.Протоны и нейтроны состоят из u (заряд 23 ) и d (заряд − 13 ) кварков(p = uud, n = udd).
Одиночных кварков не бывает. Они входят тольков состав составных частиц с целым электрическим зарядом.Кварки и электроны считаются истинно элементарными частицами:они ни из чего не состоят, но могут превращаться в другие частицы1 .Этих частиц и кванта электромагнитного поля (фотона) достаточнодля построения всего «обычного» вещества в земных условиях. Если намнужны ещё и «обычные» ядерные реакции (чтобы зажечь Солнце), то понадобится ещё четвёртая частица νe — электронное нейтрино.
Электронноенейтрино можно описать как электрон без электрического заряда (и это непросто шутка).Перечисленные четыре частицы (u, d, νe , e) образуют первое поколение истинно элементарных фермионов, однако есть ещё второе и третьепоколения, частицы которых аналогичны описанным частицам, но имеютбольшую массу (их можно рассматриваться как аналоги или возбуждённыесостояния соответствующих частиц первого поколения). Каждому фундаментальному фермиону соответствует своя античастица.1.1.1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
