薛定諤方程被譽(yù)為十大經(jīng)典公式之一,它揭示了微觀物理世界中物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律,是原子物理學(xué)中處理一切非相對論問題的有力工具。本書面向量子力學(xué)方向的初學(xué)者,旨在通過簡明易懂的講解幫助讀者理解薛定諤方程及其解。全書首先概述建立薛定諤方程和量子力學(xué)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ),然后對薛定諤方程在時(shí)間相關(guān)和時(shí)間無關(guān)兩種形式上進(jìn)行逐項(xiàng)分解,之后討論量子波函數(shù)薛定諤方程的解,zui后介紹相關(guān)原理和技術(shù)在無限矩形勢阱、有限矩形勢阱和量子諧振子中的應(yīng)用。本書配套網(wǎng)站免費(fèi)提供豐富的學(xué)習(xí)資源,包括每章習(xí)題的完整解答、對補(bǔ)充主題的深入討論、交互式仿真代碼、視頻課程、術(shù)語表等,便于讀者完成自主學(xué)習(xí)。
本書旨在幫助讀者理解薛定諤方程及其解。全書簡明易懂,并配有各種免費(fèi)的在線材料。這些材料包括每章中習(xí)題的完整解答過程,以及對補(bǔ)充主題的深入討論,還有一系列的視頻播客,這些視頻對每一章中重要的概念、等式、圖表和數(shù)學(xué)技巧進(jìn)行了解釋。
本書可作為許多涉及薛定諤方程和量子力學(xué)的綜合性教材的補(bǔ)充,編寫本書的目的是為讀者理解量子力學(xué)提供概念和數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。所以,如果你正在學(xué)習(xí)一門量子力學(xué)的課程,或者正在研究現(xiàn)代物理學(xué),但是不清楚波函數(shù)和向量之間的關(guān)系,或者你想知道內(nèi)積的物理意義,了解什么是特征函數(shù),以及為什么它們?nèi)绱酥匾敲淳涂梢詤⒖急緯?br />我把本書寫得盡可能模塊化,以便讀者直接閱讀感興趣的章節(jié)。第1章和第2章對建立薛定諤方程和量子力學(xué)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)進(jìn)行概述,內(nèi)容主要包括廣義向量空間、正交函數(shù)、算子、特征函數(shù)以及左矢、右矢和內(nèi)積的Dirac表示法。這是相當(dāng)繁重的數(shù)學(xué)工作,所以在這兩章的每一節(jié)中,都包含一個(gè)名為本節(jié)的主要思想的模塊,該模塊簡明地總結(jié)了該節(jié)中重要的概念和技巧。同時(shí),每節(jié)還包含一個(gè)名為與量子力學(xué)的關(guān)聯(lián)性的模塊,它解釋了該部分的數(shù)學(xué)知識(shí)是如何與量子力學(xué)聯(lián)系起來的。
因此,推薦讀者先閱讀第1章和第2章每一節(jié)中的本節(jié)的主要思想,如果你已經(jīng)理解這些主題,那么可以跳過這些章節(jié),直接進(jìn)入第3章,第3章對薛定諤方程在時(shí)間相關(guān)和時(shí)間無關(guān)兩種形式上進(jìn)行了逐項(xiàng)分解。如果你已經(jīng)了解薛定諤方程的意義,那么可以進(jìn)入第4章,第4章討論量子波函數(shù),你會(huì)發(fā)現(xiàn)量子波函數(shù)正是薛定諤方程的解。后,在第5章中,你可以看到這些原理和數(shù)學(xué)技術(shù)如何應(yīng)用到三種特定勢:無限深方勢阱、有限深方勢阱和量子諧振子。
關(guān)于如何用好的方式來解釋那些令人困擾且具有挑戰(zhàn)性的概念,我思慮良久。本書正是為了解決這個(gè)問題,我的目標(biāo)正如A. W. Sparrow的小書Basic Wireless的目標(biāo)一樣:并不是要取代已經(jīng)出版的眾多教科書,而是希望通過對基礎(chǔ)知識(shí)的簡明介紹,為讀者提供一個(gè)方便的跳板。如果我的努力能獲得Sparrow的一半成功,那么這本書便是物有所值了。
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本書配有豐富的交互式數(shù)字資源,讀者可通過配套網(wǎng)站獲得。這些資源旨在幫助讀者學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí),并將理論知識(shí)應(yīng)用到實(shí)踐中,特別是支持自主學(xué)習(xí),并實(shí)時(shí)提供反饋。
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譯者序
前言
致謝
第1章 向量和函數(shù) …… 1
1.1 基向量 …… 2
1.2 Dirac符號(hào) …… 9
1.3 抽象向量和抽象函數(shù) …… 17
1.4 復(fù)數(shù)、復(fù)向量和復(fù)函數(shù) …… 22
1.5 正交函數(shù) …… 26
1.6 通過內(nèi)積求分量 …… 31
1.7 習(xí)題 …… 36
第2章 算子和特征函數(shù) …… 39
2.1 算子、特征向量和特征函數(shù) …… 39
2.2 Dirac符號(hào)的算子 …… 45
2.3 Hermitian算子 …… 52
2.4 投影算子 …… 61
2.5 期望值 …… 70
2.6 習(xí)題 …… 75
第3章 薛定諤方程 …… 79
3.1 薛定諤方程的起源 …… 80
3.2 薛定諤方程的含義 …… 89
3.3 與時(shí)間無關(guān)的薛定諤方程 …… 98
3.4 三維薛定諤方程 …… 102
3.5 習(xí)題 …… 116
第4章 解薛定諤方程 …… 119
4.1 Born法則和Copenhagen解釋 …… 120
4.2 量子態(tài)、波函數(shù)和算子 …… 122
4.3 量子波函數(shù)的特征 …… 127
4.4 Fourier理論和量子波包 …… 138
4.5 位置和動(dòng)量波函數(shù)與算子 …… 162
4.6 習(xí)題 …… 177
第5章 特定勢的解 …… 179
5.1 無限深方勢阱 …… 180
5.2 有限深方勢阱 …… 206
5.3 諧振子 …… 236
5.4 習(xí)題 …… 265
參考文獻(xiàn) …… 267