М.: Наука, Главная редакция физико-математической литературы, 1980.
- 656 с.
В книге излагаются основные понятия квантовой механики и их
применение для объяснения широкого круга явлений атомной физики.
Книга занимает промежуточное положение между строгими
формализованными учебниками квантовой механики и курсами атомной
физики. По своей структуре она является естественным продолжением
«Берклеевского курса физики» и в значительной мере на нем
основывается. Она будет полезна широкому кругу научных работников,
студентов и преподавателей физико-математических специальностей.
Предлагаемая книга, которую Уго Фано написал совместно с Лаурой
Фано, основывается на многолетнем опыте преподавания квантовой
физики в Чикагском университете. По-видимому, одной из
побудительных причин ее появления было решение правительства США о
коренной перестройке преподавания физики, принятое после 1958 года.
Как следствие этого решения, появились учебник физики для средних
школ «Физика» (ч. I—IV, 2-е изд., М., «Наука», 1973—1974),
«Фейнмановские лекции по физике» (т. I—IV, 2-е изд., М., «Мир»,
1978), «Берклеевский курс физики» (т. I—V, 2-е изд., М., «Наука»,
1975—1977).
Книга У. Фано и Л. Фано является естественным продолжением этих курсов и в значительной степени на них основывается. По своему уровню ее можно рассматривать как переходную ступень от курсов атомной физики, в которых по преимуществу излагаются факты квантовой физики, к стандартным формализованным учебникам по квантовой механике, где основное внимание уделяется математическому аппарату и логической структуре квантовой теории.
Такое промежуточное положение книги обусловило ряд особенностей ее структуры и стиля изложения. Прежде всего, ее отличает последовательный индуктивный подход к описанию явлений: отталкиваясь от известных фактов, авторы кратчайшим путем приходят к формулировке понятий, необходимых для их интерпретации. Сделано это вполне строго и профессионально, а все физические примеры, иллюстрирующие вводимые понятия, доведены, как правило, до числа. Успеху на этом пути способствовал, без сомнения, и личный опыт одного из авторов, который не только помнит эпоху становления квантовых понятий, но и сам активно участвовал в их разработке. От редактора перевода
Предисловие
Предисловие к русскому изданию Основные Сведения О Свойствах Атомов Начальные сведения
Макроскопический анализ составных частей вещества
Оценка размеров и энергии атома
Наблюдение элементарных атомных процессов
Атом Резерфорда
Задачи
Решения
Взаимодействие электромагнитного излучения с веществом
Вещество как среда с электромагнитными свойствами
Спектры поглощения
Спектры испускания. Комбинационный принцип
Влияние постоянного магнитного поля
Задачи
Решения
Энергетические уровни атомов и излучение
Фотоэлектрический эффект и следствия из него
Неупругие столкновения электронов с атОхмами
Энергетические уровни и оптические спектры
Предварительный обзор квантовых эффектов
Дополнительные разделы
Излучение абсолютно черного тела
Атом водорода по Бору
Атомные процессы при высоких энергиях
Методы эксперимента
Задачи
Решения
Квантовые свойства передачи импульса
Распространение излучения в среде с синусоидально меняющимися свойствами
Дифракция рентгеновских лучей на кристаллах
Дифракция пучков частиц на кристаллах
Дополнительные разделы
Дифракция на изолированных атомах
Одновременная передача импульса и энергии. Эффекты Рамана и Комптона
Задачи
Решения
Статистические аспекты атомной физики
Проверка вероятностных свойств атомных событий
Понятие вероятности в макроскопической и в квантовой физике
Задачи
Решения Концепции И Явления Квантовой Физики Введение
Собственные состояния атомов и излучения. Несовместимые величины
Измерения энергии и импульса
Анализ поляризации света
Атомы в магнитном поле
Собственные состояния и их свойства
Задачи
Решения
Ларморовская прецессия и момент импульса
Экспериментальное изучение ларморовской прецессии
Момент импульса
Спектры и магнитные моменты
Задачи
Решения
Квантовая механика атомных состояний с j=1/2
Введение
Формула для ларморовской прецессии в случае с j=1/2
Векторные диаграммы и комплексные числа
Амплитуда вероятности
Матрицы
Задачи
Решения
Двухуровневые системы. Интерференция и суперпозиция
Формальное пространство
Интерференция и разность фаз
Суперпозиция
Задачи
Решения
Системы со многими уровнями
Амплитуда вероятности и вероятность
Изменение атомных систем во времени
Дополнительный раздел
Матрицы преобразования для штерн-герлаховских собственных состояний с j > 1/2
Задачи
Решения
Несовместимость переменных и движение частиц
Волновые функции и собственные состояния скорости
Движение частиц и волновая функция
Стационарные состояния одномерного движения
Дополнительность и соотношения неопределенности
Стабильность и наблюдаемые размеры атома
Дополнительные разделы
Вычисление амплитуд вероятности для одномерного движения
Язык операторов
Вывод соотношений неопределенности
Пример: гауссовский волновой пакет
Задачи
Решения
Квантовые эффекты в силовых полях
Уравнение Шредингера
Распространение и отражение частиц
Туннельный эффект
Частица в потенциальной яме
Энергетические уровни и колебания электромагнитного поля
Дополнительные разделы
Аналитическое решение уравнения осциллятора
Прохождение и отражение в случае прямоугольного потенциального барьера
Периодический потенциал
Задачи
Решения
Механика Изолированного Атома Введение
Атом водорода
Разделение вращательного и радиального движения
Вращательное движение и орбитальный момент
Радиальное движение
Стационарные состояния с нецентрально-симметричным распределением плотности
Нестационарные состояния и правила отбора
Дополнительные разделы
Стационарные состояния непрерывного спектра
Понижение уровней энергии за счет релятивистского эффекта
Задачи
Решения
Спин электрона и магнитные взаимодействия
Спин электрона
Спин-орбитальная связь
Аномальный эффект Зеемана
Дополнительные разделы
Непосредственное нахождение собственных состояний энергии магнитного взаимодействия
Сверхтонкая структура
Задачи
Решения
Тождественные частицы и принцип Паули
Свойства легких атомов и принцип Паули
Состояния двух тождественных частиц
Волновые функции тождественных частиц
Орто- и парагелий
Задачи
Решения
Атомы со многими электронами
Введение
Приближение независимых электронов
Периодическая система элементов и модель независимых электронов
Спектральные и химические эффекты, обусловленные корреляцией электронов
Задачи
Решения
Поляризация, девозбуждение и столкновения. Методы теории возмущений
Электрическая поляризация атомов
Дипольные колебания атомов
Девозбуждение атомов
Теория столкновений в борновском приближении
Задачи
Решения Системы Атомов Введение
Электрическая и магнитная поляризация
Электрическая поляризуемость и силы притяжения
Силы Ван-дер-Ваальса
Диамагнетизм
Парамагнетизм
Дополнительный раздел
Магнитный резонанс
Задачи
Решения
Химическая связь
Введение
Молекулярный ион водорода
Молекула водорода
Связи между одновалентными атомами
Молекулы с одним многовалентным атомом
Кратные связи
Задачи
Решения
Возбужденные состояния молекул
Введение
Вращательное движение
Колебательное движение
Электронное возбуждение
Влияние внешних полей
Термодинамические свойства
Задачи
Решения
Нелокализованные связи
Малые молекулы
Сопряженные двойные связи
Металлическая связь
Дополнительный раздел
Электронные волновые функции решеток
3адачи
Решения
Макроскопические системы
Связь между макроскопическими и атомными свойствами
Связь в простых кристаллах
Системы со смешанными связями
Тепловые, электрические и магнитные свойства Приложения Линейность, инвариантность и фурье-анализ
Суперпозиция
Инвариантность относительно движения в пространстве и во времени
Фурье-анализ и суперпозиция
Нормальные моды колебаний
Системы с двумя переменными
Системы с многими переменными
Фурье-анализ в случае систем с переменными свойствами
Контур с переменным параметром
Неоднородная струна
Частотные щели
Замечания о статистических распределениях
Распределения вероятностей
Среднее значение и отклонения от среднего
Повторные испытания
Распределение Пуассона
Проверка корреляции
Коэффициент корреляций
Формулы статистической механики
Квантовые числа и спектроскопические обозначения Литература
Предметный указатель
Книга У. Фано и Л. Фано является естественным продолжением этих курсов и в значительной степени на них основывается. По своему уровню ее можно рассматривать как переходную ступень от курсов атомной физики, в которых по преимуществу излагаются факты квантовой физики, к стандартным формализованным учебникам по квантовой механике, где основное внимание уделяется математическому аппарату и логической структуре квантовой теории.
Такое промежуточное положение книги обусловило ряд особенностей ее структуры и стиля изложения. Прежде всего, ее отличает последовательный индуктивный подход к описанию явлений: отталкиваясь от известных фактов, авторы кратчайшим путем приходят к формулировке понятий, необходимых для их интерпретации. Сделано это вполне строго и профессионально, а все физические примеры, иллюстрирующие вводимые понятия, доведены, как правило, до числа. Успеху на этом пути способствовал, без сомнения, и личный опыт одного из авторов, который не только помнит эпоху становления квантовых понятий, но и сам активно участвовал в их разработке. От редактора перевода
Предисловие
Предисловие к русскому изданию Основные Сведения О Свойствах Атомов Начальные сведения
Макроскопический анализ составных частей вещества
Оценка размеров и энергии атома
Наблюдение элементарных атомных процессов
Атом Резерфорда
Задачи
Решения
Взаимодействие электромагнитного излучения с веществом
Вещество как среда с электромагнитными свойствами
Спектры поглощения
Спектры испускания. Комбинационный принцип
Влияние постоянного магнитного поля
Задачи
Решения
Энергетические уровни атомов и излучение
Фотоэлектрический эффект и следствия из него
Неупругие столкновения электронов с атОхмами
Энергетические уровни и оптические спектры
Предварительный обзор квантовых эффектов
Дополнительные разделы
Излучение абсолютно черного тела
Атом водорода по Бору
Атомные процессы при высоких энергиях
Методы эксперимента
Задачи
Решения
Квантовые свойства передачи импульса
Распространение излучения в среде с синусоидально меняющимися свойствами
Дифракция рентгеновских лучей на кристаллах
Дифракция пучков частиц на кристаллах
Дополнительные разделы
Дифракция на изолированных атомах
Одновременная передача импульса и энергии. Эффекты Рамана и Комптона
Задачи
Решения
Статистические аспекты атомной физики
Проверка вероятностных свойств атомных событий
Понятие вероятности в макроскопической и в квантовой физике
Задачи
Решения Концепции И Явления Квантовой Физики Введение
Собственные состояния атомов и излучения. Несовместимые величины
Измерения энергии и импульса
Анализ поляризации света
Атомы в магнитном поле
Собственные состояния и их свойства
Задачи
Решения
Ларморовская прецессия и момент импульса
Экспериментальное изучение ларморовской прецессии
Момент импульса
Спектры и магнитные моменты
Задачи
Решения
Квантовая механика атомных состояний с j=1/2
Введение
Формула для ларморовской прецессии в случае с j=1/2
Векторные диаграммы и комплексные числа
Амплитуда вероятности
Матрицы
Задачи
Решения
Двухуровневые системы. Интерференция и суперпозиция
Формальное пространство
Интерференция и разность фаз
Суперпозиция
Задачи
Решения
Системы со многими уровнями
Амплитуда вероятности и вероятность
Изменение атомных систем во времени
Дополнительный раздел
Матрицы преобразования для штерн-герлаховских собственных состояний с j > 1/2
Задачи
Решения
Несовместимость переменных и движение частиц
Волновые функции и собственные состояния скорости
Движение частиц и волновая функция
Стационарные состояния одномерного движения
Дополнительность и соотношения неопределенности
Стабильность и наблюдаемые размеры атома
Дополнительные разделы
Вычисление амплитуд вероятности для одномерного движения
Язык операторов
Вывод соотношений неопределенности
Пример: гауссовский волновой пакет
Задачи
Решения
Квантовые эффекты в силовых полях
Уравнение Шредингера
Распространение и отражение частиц
Туннельный эффект
Частица в потенциальной яме
Энергетические уровни и колебания электромагнитного поля
Дополнительные разделы
Аналитическое решение уравнения осциллятора
Прохождение и отражение в случае прямоугольного потенциального барьера
Периодический потенциал
Задачи
Решения
Механика Изолированного Атома Введение
Атом водорода
Разделение вращательного и радиального движения
Вращательное движение и орбитальный момент
Радиальное движение
Стационарные состояния с нецентрально-симметричным распределением плотности
Нестационарные состояния и правила отбора
Дополнительные разделы
Стационарные состояния непрерывного спектра
Понижение уровней энергии за счет релятивистского эффекта
Задачи
Решения
Спин электрона и магнитные взаимодействия
Спин электрона
Спин-орбитальная связь
Аномальный эффект Зеемана
Дополнительные разделы
Непосредственное нахождение собственных состояний энергии магнитного взаимодействия
Сверхтонкая структура
Задачи
Решения
Тождественные частицы и принцип Паули
Свойства легких атомов и принцип Паули
Состояния двух тождественных частиц
Волновые функции тождественных частиц
Орто- и парагелий
Задачи
Решения
Атомы со многими электронами
Введение
Приближение независимых электронов
Периодическая система элементов и модель независимых электронов
Спектральные и химические эффекты, обусловленные корреляцией электронов
Задачи
Решения
Поляризация, девозбуждение и столкновения. Методы теории возмущений
Электрическая поляризация атомов
Дипольные колебания атомов
Девозбуждение атомов
Теория столкновений в борновском приближении
Задачи
Решения Системы Атомов Введение
Электрическая и магнитная поляризация
Электрическая поляризуемость и силы притяжения
Силы Ван-дер-Ваальса
Диамагнетизм
Парамагнетизм
Дополнительный раздел
Магнитный резонанс
Задачи
Решения
Химическая связь
Введение
Молекулярный ион водорода
Молекула водорода
Связи между одновалентными атомами
Молекулы с одним многовалентным атомом
Кратные связи
Задачи
Решения
Возбужденные состояния молекул
Введение
Вращательное движение
Колебательное движение
Электронное возбуждение
Влияние внешних полей
Термодинамические свойства
Задачи
Решения
Нелокализованные связи
Малые молекулы
Сопряженные двойные связи
Металлическая связь
Дополнительный раздел
Электронные волновые функции решеток
3адачи
Решения
Макроскопические системы
Связь между макроскопическими и атомными свойствами
Связь в простых кристаллах
Системы со смешанными связями
Тепловые, электрические и магнитные свойства Приложения Линейность, инвариантность и фурье-анализ
Суперпозиция
Инвариантность относительно движения в пространстве и во времени
Фурье-анализ и суперпозиция
Нормальные моды колебаний
Системы с двумя переменными
Системы с многими переменными
Фурье-анализ в случае систем с переменными свойствами
Контур с переменным параметром
Неоднородная струна
Частотные щели
Замечания о статистических распределениях
Распределения вероятностей
Среднее значение и отклонения от среднего
Повторные испытания
Распределение Пуассона
Проверка корреляции
Коэффициент корреляций
Формулы статистической механики
Квантовые числа и спектроскопические обозначения Литература
Предметный указатель