费恩曼物理学讲义 第3卷

章节摘录

　  第1章　量子行为　  1-1  原子力学　  “量子力学”描述物质和光的行为的各方面细节，特别是发生在原子尺度上的事件。在微小的尺度下事物的行为与我们有着直接经验的任何事物都不相同。它们既不像波动，又不像粒子，也不像云雾，或弹子球，或悬挂在弹簧上的重物，总之不像我们曾经见过的任何东西。　  牛顿认为，光是由微粒构成的，但是，之后发现光的行为像波动。然而，后来（在20世纪初叶）人们发现，光的行为有时确实又像粒子。又譬如，在历史上，电子起先被认为像粒子，后来发现它在许多方面的性质像波。所以，实际上它表现得两者都不像。现在我们不再说它是粒子或说它是波动，我们说：“它两者都不像。”　  然而，有一点是幸运的：电子的行为很像光。原子客体（电子、质子、中子、光子等等）的量子行为都是相同的，它们都是“粒子波”，或者随便什么你愿意称呼的名称。所以，我们所学的关于电子（我们将用它作为例子）的性质也可应用到所有的“粒子”，包括光子上。　  在20世纪的前25年中，人们逐渐积累了有关原子与其他小尺度粒子行为的知识，知道了微小物体是如何活动的一些线索，由此也引起了越来越多的混乱，到1926和1927年，薛定谔、海森伯与玻恩终于解决了这些问题。他们最后对微小尺度物质的行为作出了协调一致的描述。本章中我们将开始研究这种描述的主要特点。　  因为原子的行为与我们的日常经验不同，所以很难令人习惯，而且对每个人一不管是新手，还是有经验的物理学家——都显得奇特而神秘。甚至专家们也不能以他们所希望的方式去理解原子的行为，而且这是完全有道理的，因为一切人类的直接经验和所有的人类的直觉都只适用于大的物体。我们知道大物体的行为将是如何，但是在小尺度下事物的行为却并非如此。所以我们必须用一种抽象的或想象的方式，而不是把它与我们的直接经验联系起来的方式来学习它。　  ……

内容概要

费恩曼（R．P．Feynman）1918年生于布鲁克林区，1942年在普林斯顿获得博士学位。第二次世界大战期间在洛斯阿拉莫斯，尽管当时他还很年轻，但已在曼哈顿计划中发挥了重要作用。以后，他在康奈尔大学和加利福尼亚理工学院任教。1965年，因他在量子电动力学方面的工作和朝永振一郎及施温格（J．Schwinger）同获诺贝尔物理学奖。

费因曼博士获得诺贝尔奖是由于成功地解决了量子电动力学理论问题，他也创立了说是液氦中起流动性现象的数学理论。此后，他和盖尔曼（M.Gell-Mann）在B衰变等弱相互作用领域内做出了奠基性的工作。在以后的几年里，他在夸克理论的发展中起了关键性的作用，提出了他的高能质子碰撞过程的部分子模型。

除了这些成就之外，费恩曼博士将新的基本计算技术及记号法引时物理学，首先是无处不在的费恩曼图，在近代科学历史中，它比任何其他数学形式描述都更大地改变了对基本物理过程形成概念及进行计算的方法。

费恩曼是一位卓越的教育家。在他区得的许多奖项中，他对1972年获得的奥斯特教学奖章特别感到自豪。在1963年第一次出版的《费恩曼物理学讲义》被《科学叛国人》杂志的一位评论员描写为“咬不动但富于营养并且津津有味。25年后它仍是教师和最好的初学学生的指导书”。为了使外行的公众增加对物理学的了解，费恩曼博士写了《物理定律和量子电动力学的性质：光和物质的奇特理论》。他还是许多高级出版物的作者，这些都成为研究人员和学生的经典参考书和教科书。

费恩曼是一个活跃的公众人物。他在挑战者号调查委员会里的工作是从所周知的，特别是他的著名的O型环对寒冷的敏感性的演示，这是一个优美的实验，除了一杯冰水以外其他什么也不需要。费恩曼博士1960年在加利福尼亚州课程促进会中的工作却很少人知道，他在会上抨击了教材的平庸。

仅仅罗列费恩曼的科学和教育成就并没有恰当抓信这个人的本质。即使是他 最最技术性的出版物的读者都知识道，费恩曼活跃的多面的人格在他所有的工作中都闪闪发光。除了作为物理学家，在各种不同的场合下他变成不同的人物：有进是无线电修理工，有时是锁具收藏家，艺术家、舞蹈家、邦戈（bongo）鼓手，甚至玛雅象形文字的解释者。对他的世界人们永远好奇，他是一个典型的经验主义者。

费恩曼于1998年2月15日在洛杉矶逝世。

书籍目录

第1章 量子行为

§1-1 原子力学.

§1-2 子弹的实验

§1-3 波的实验

§1-4 电子的实验

§1-5 电子波的干涉

§1-6 监视电子

§1-7 量子力学的基本原理

§1-8 不确定性原理

第2章 波动观点与粒子观点的关系

§2-1 概率波振幅

§2-2 位置与动量的测量

§2-3 晶体衍射

§2-4 原子的大小

§2-5 能级

§2-6 哲学含义

第3章 概率振幅

§3-1 振幅组合定律

§3-2 缝干涉图样

§3-3 在晶体上的散射

.§3-4 全同粒子

第4章 全同粒子

§4-1 玻色子和费米子

§4-2 两个玻色子的状态

§4-3 n个玻色于的状态

§4-4 光子的吸收和发射

§4-5 黑体光谱

§4-6 液氦

§4-7 不相容原理

第5章 自旋1

§5-1 用施特恩-格拉赫装置过滤原子

§5-2 过摅原子的实验

§5-3 串联施特恩-格拉赫过滤器

§5-4 基础态

§5-5 干涉的振幅

§5-6 量子力学的处理方法

§5-7 变换到不同的基

§5-8 其他情况

第6章 自旋重 1／2

§6-1 变换振幅

§6-2 变换到转动坐标系

§6-3 绕z轴的转动

§6-4 绕y轴转动180°和90°

§6-5 绕x轴的转动

§6-6 任意的旋转

第7章 振幅对时间的依存关系

§7-1 静止的原子；定态

§7-2 匀速运动

§7-3 势能；能量守恒

§7-4 力；经典极限

§7-5 自旋1／2粒子的“进动”

第8章 哈密顿矩阵

§8-1 振幅与矢量

§8-2 态矢量的分解

§8-3 世界的基础态是什么?

§8-4 状态怎样随时间而变

§8-5 哈密顿矩阵

§8-6 氨分子

第9章 氨微波激射器

§9-1 氨分子的状态

§9-2 静电场中的分子

§9-3 在随时间变化的场中的跃迁

§9-4 共振跃迁

§9-5 偏离共振的跃迁

§9-6 光的吸收

第10章 其他双态系统

§10-1 氢离子

§10-2 核力

§10-3 氢分子

§10-4 苯分子

§10-5 染料

§10-6 磁场中自旋1／2粒子的哈密顿函数

§10-7 磁场中自旋的电子

第11章 再论双态系统

§11-l 泡利自旋矩阵

§11-2 作为算符的自旋矩阵

§11-3 双态方程的解

§11-4 光子的偏振态

§11-5 中性k介子

§11-6 对n态系统的推广

第12章 氢的超精细分裂..

§12-1 由两个自旋1／2粒子组成的系统的基础态

§12-2 氢基态的哈密顿算符

§12-3 能级

§12-4 塞曼分裂

§12-5 在磁场中的态

§12-6 自旋1粒子的投影矩阵

第13章 在晶格中的传播

§13-1 电子在一维晶格中的状态

§13-2 确定能量的状态

§13-3 与时间有关的状态

§13-4 三维晶格中的电子

§13-5 晶格中的其他状态

§13-6 在不完整的晶格上的散射

§13-7 被晶格的不完整性陷获

§13-8 散射振幅和束缚态

第14章 半导体

§14-1 半导体中的电子和空穴

§14-2 掺杂的半导体

§14-3 霍尔效应

§14-4 半导体结

§14-5 半导体结的整流

§14-6 晶体管

第15章 独立粒子近似

§15-1 自旋波

§15-2 双自旋波

§15-3 独立粒子

§15-4 苯分子

§15-5 其他有机化学分子

§15-6 近似方法的其他应用

第16章 振幅对位置的依存关系

§16-1 一维情形的振幅

§16-2 波函数

§16-3 具有确定动量的态

§16-4 对j的态的归一化

§16-5 薛定谔方程

§16-6 量子化能级

第17章 对称性和守恒定律

§17-1 对称性

§17-2 对称与守恒

§17-3 守恒定律

§17-4 偏振光

§17-5 a*的衰变

§17-6 转动矩阵摘要

第18章 角动量

§18-1 电偶极子

§18-2 光散射

§18-3 电子偶素的湮没

§18-4 任意自旋的转动矩阵

§18-5 核自旋的测量

§18-6 角动量的合成

附注l：转动矩阵的推导

附注2：光子发射中的宇称守恒

第19章 氢原子与周期表

§19-1 氢原子的薛定谔方程

§19-2 球对称解

§19-3 具有角度依赖关系的状态

§19-4 氢原子的一般解

§19-5 氢原子波函数

§19-6 周期表

第20章 算符

§20-1 操作与算符

§20-2 平均台皂量

§20-3 原子的平均能量

§20-4 位置算符

§20-5 动量算符

§20-6 角动量

§20-7 平均值随时间的变化

第21章
经典情况下的薛定谔方程：关于超导电性的讨论会

§21-1 磁场中的薛定谔方程

§21-2 概率的连续性方程

§21-3 两类动量

§21-4 波函数的意义

§21-5 超导电性

§21-6 迈斯纳效应

§21-7 通量的量子化

§21-8 超导动力学

§21-9 约瑟夫森结...

费恩曼的结束语

索 引

附 录

编辑推荐

在基础物理的水平上，本书对20世纪物理学的两大重要成就——相对论和量子力学作了系统介绍，对于量子力学，费恩曼教授特地准备了一套适合大学二年级水平的讲法。书中对一些问题的分析和处理方法，反映了作者以及其他在前沿研究领域工作的物理学家所通常采用的分析和处理方法。全书不仅对基本概念、定理和定律的讲解生动清晰、通俗易懂，还特别注重从物理上作出深刻叙述。本讲义主要是量子力学等内容。

作者简介

20世纪60年代初，美国一些理工科大学鉴于当时的大学基础物理教学与现代科学技术的发展不相适应，纷纷试行教学改革，加利福尼亚理工学院就是其中之一。该校于1961年9月至1963年5月特请著名物理学家费恩曼主讲一二年级的基础物理课，事后又根据讲课录音编辑出版了《费恩曼物理学讲义》。本讲义共分三卷，第1卷包括力学、相对论、光学、气体分子动理论、热力学、波等，第2卷主要是电磁学，第3卷是量子力学。全书内容十分丰富，在深度和广度上都超过了传统的普通物理教材。

当时美国大学物理教学改革试图解决的一个主要问题是基础物理教学应尽可能反映近代物理的巨大成就。《费恩曼物理学讲义》在基础物理的水平上对20世纪物理学的两大重要成就——相对论和量子力学——作了系统的介绍，对于量子力学，费恩曼教授还特地准备了一套适合大学二年级水平的讲法。教学改革试图解决的另一个问题是按照当前物理学工作者在各个前沿研究领域所使用的方式来介绍物理学的内容。在《费恩曼物理学讲义》一书中对一些问题的分析和处理方法反映了费恩曼自己以及其他在前沿研究领域工作的物理学家所通常采用的分析和处理方法。全书对基本概念、定理和定律的讲解不仅生动清晰，通俗易懂，而且特别注重从物理上作出深刻的叙述。为了扩大学生的知识面，全书还列举了许多基本物理原理在各个方面(诸如天体物理、地球物理、生物物理等)的应用，以及物理学的一些最新成就。由于全书是根据课堂讲授的录音整理编辑的，它在一定程度保留了费恩曼讲课的生动活泼、引人入胜的独特风格。

《费恩曼物理学讲义》从普通物理水平出发，注重物理分析，深入浅出，避免运用高深烦琐的数学方程，因此具有高中以上物理水平和初等微积分知识的读者阅读起来不会感到十分困难。至于大学物理系的师生物理工作者更能从此书中获得教益。

1989年，为纪念费恩曼逝世一周年，原书编者重新出版本书，并增加了介绍费恩曼生平的短文和新的序言。我们按照新版的原本进行了翻译。

图书封面

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