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出版者:北京大学出版社

作者:赵新生

出品人:

页数:130

译者:

出版时间:2010-1

价格:18.00元

装帧:平装

isbn号码:9787301158319

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《量子力学导论：从基础到前沿》 内容简介 本书旨在为具备一定高等数学和经典物理学基础的读者，系统而深入地介绍量子力学的基本原理、核心概念及其在现代物理学中的应用。不同于许多侧重于繁复数学推导的教材，本书力求在严谨性与直观性之间找到平衡，帮助读者真正理解支配微观世界的奇特规律。全书共分为六大部分，结构清晰，循序渐进。 --- 第一部分：经典物理学的黄昏与量子论的曙光 本部分回顾了十九世纪末二十世纪初经典物理学（特别是热力学和电磁学）在解释某些实验现象时遭遇的严重危机，为量子力学的诞生奠定历史背景和理论需求。 第一章：黑体辐射与普朗克革命 详细探讨了黑体辐射实验的观测结果，特别是瑞利-金斯定律在短波段的“紫外灾难”。在此基础上，深入解析普朗克引入能量量子化假设 $left(E=h u ight)$ 的历史意义。重点阐述了普朗克公式的推导及其在描述黑体辐射谱中的完美拟合，标志着量子概念的正式登场。讨论了 $h$ (普朗克常数) 的物理意义及其在构建新物理理论中的基础地位。 第二章：光电效应与光子的提出 分析爱因斯坦如何利用普朗克的量子概念成功解释光电效应的几个关键特征（如最大动能与频率的线性关系、截止频率、光强度与光电子数的关系）。引入“光子”这一粒子概念，并将其与经典波动性进行对比，初步探讨波粒二象性的概念。对比汤姆孙电子衍射和康普顿散射实验，确立光子作为具有确定能量和动量的基本粒子的地位。 第三章：原子结构与玻尔模型 回顾卢瑟福的原子核式结构模型及其固有的经典电磁学不稳定性。详细介绍尼尔斯·玻尔为解决氢原子光谱问题而提出的“玻尔假设”（定态假设和频率条件）。深入分析玻尔模型的成功之处（如能级概念的引入、氢原子光谱的精确计算）及其局限性（无法解释复杂原子结构、谱线精细结构等）。探讨玻尔模型在发展早期量子理论中的承前启后作用。 第四章：德布罗意物质波与波粒二象性的深化 介绍德布罗意提出的物质波假设 $left(lambda = h/p ight)$，将波的概念推广到一切具有动量的物质粒子上。通过对电子衍射实验（如戴维孙-革末实验）的详细分析，提供了物质波存在的直接实验证据。深入讨论波粒二象性不再是矛盾，而是描述微观实体内在属性的两个侧面，为过渡到完备的量子力学形式体系做铺垫。 --- 第二部分：量子力学的数学骨架——薛定谔方程 本部分构建了量子力学的核心动力学方程，并介绍了描述粒子状态的基本数学工具。 第五章：波函数与概率诠释 引入波函数 $Psi(mathbf{r}, t)$ 作为描述量子系统状态的完备函数。详细阐述马克斯·玻恩的概率诠释，即 $|Psi|^2$ 的物理意义——在空间某处找到粒子的概率密度。讨论波函数的归一化条件、连续性、单值性等基本性质。 第六章：定态薛定谔方程 从平移不变性和能量守恒出发，推导和阐述时无关薛定谔方程 $hat{H}psi = Epsi$。作为本课程的理论核心，本章将聚焦于如何使用该方程求解系统的定态能量本征值和对应的本征函数。 第七章：一维势场中的薛定谔方程求解 这是应用薛定谔方程的入门实践。详细求解以下几个标准的一维势场问题： 1. 自由粒子： 分析平面波解的性质和动量本征态。 2. 无限深势阱（粒子在箱中）： 计算能级和波函数的离散化，引入量子化的物理根源。 3. 有限深势阱： 讨论势垒穿透效应的定性概念和束缚态的近似计算。 4. 阶梯势与势垒问题： 深入探讨量子隧穿效应的机理及其在扫描隧道显微镜等技术中的应用。 第八章：谐振子与角动量基础 系统求解量子谐振子问题，展示其能级等间距的特性 $left(E_n = left(n+frac{1}{2} ight)hbaromega ight)$，并讨论零点能的物理意义。初步引入算符和对易关系的概念，为后续的角动量处理做准备。 --- 第三部分：代数方法与角动量理论 本部分采用更抽象和代数的视角处理量子力学中的关键量——角动量，这是理解多电子原子结构的基础。 第九章：角动量算符与对易关系 定义空间三个方向的角动量算符 $hat{L}_x, hat{L}_y, hat{L}_z$ 及其相互之间的对易关系 $left[hat{L}_i, hat{L}_j ight] = ihbarepsilon_{ijk}hat{L}_k$。介绍升降算符 $hat{L}_{pm}$ 的构造及其作用。 第十章：角动量本征值问题的求解 利用升降算符的代数方法，不依赖于微分方程求解，严格推导出总角动量平方算符 $hat{L}^2$ 和 $hat{L}_z$ 的共同本征函数（球谐函数 $Y_{l}^{m}( heta, phi)$）。明确量子数 $l$ 和 $m$ 的取值规则，以及它们对应的本征值 $left(hbar^2 l(l+1) ext{ 和 } mhbar ight)$。 第十一章：自旋角动量 介绍电子的内禀角动量——自旋（Spin），将其视为一种纯粹的量子力学概念，不具有经典对应物。讨论泡利不相容原理的初步引入，以及泡利不确定关系在角动量表述中的体现。 --- 第四部分：三维空间问题与中心势场 本部分将量子力学方程拓展至三维，并重点解决描述原子结构的中心对称势场问题。 第十二章：三维薛定谔方程与球坐标 将薛定谔方程推广到三维笛卡尔坐标系，并进行变量分离，转化为球坐标系下的偏微分方程组。明确指出解的形式必须是径向函数与角向函数（球谐函数）的乘积。 第十三章：氢原子（单电子原子） 这是量子力学最伟大的成就之一。详细求解中心势场（库仑势 $V(r) propto -1/r$）下的径向方程。明确引入主量子数 $n$、轨道量子数 $l$ 和磁量子数 $m$。精确导出氢原子能级公式，并与玻尔模型进行对比，展现量子力学在解释原子能级上的完美成功。讨论波函数的空间分布（概率云图）。 第十四章：多电子原子与泡利不相容原理 引入电子的自旋，讨论自旋与轨道角动量的耦合。深入阐述泡利不相容原理对多电子原子电子排布的决定性影响。简要介绍洪特规则和周期表的量子力学起源。 --- 第五部分：全同粒子与微扰论基础 本部分处理更复杂的、涉及到多个粒子或弱相互作用的系统。 第十五章：全同粒子与交换对称性 阐述全同粒子（如电子、质子）的不可区分性。根据粒子的总波函数对坐标变换的对称性，区分玻色子（对称波函数）和费米子（反对称波函数）。重点讨论费米子必须遵守的泡利不相容原理在量子统计中的基础地位。 第十六章：时不变微扰论（非简并情况） 介绍处理无法精确求解的系统（即真实世界的绝大多数系统）的通用工具——微扰论。严格推导一阶和二阶能量修正公式，以及一阶波函数修正公式。通过实例（如电场中的原子）展示该方法的强大应用。 第十七章：时变微扰论与跃迁 引入时间依赖的微扰项。推导费米黄金定则（Fermi's Golden Rule），该定则定量描述了系统从一个定态跃迁到另一定态的概率，是理解自发辐射、吸收和受激辐射等光与物质相互作用现象的理论基石。 --- 第六部分：量子力学的基本诠释与展望 本部分探讨量子力学的哲学基础和前沿应用。 第十八章：算符、本征值与不确定性原理的普适性 从算符的对易性角度回顾不确定性原理 $Delta A Delta B ge frac{1}{2} |langle[hat{A}, hat{B}] angle|$ 的普遍性。讨论观测行为、波函数坍缩的概念及其引发的哥本哈根诠释的核心争议。 第十九章：量子力学的测量问题与对定域性的挑战 深入探讨量子力学的非定域性。详细分析爱因斯坦-波多尔斯基-罗森（EPR）佯谬，并引出贝尔不等式的物理意义和实验检验（如 Aspect 实验）。讨论量子纠缠态的特性及其对定域实在论的冲击。 第二十章：进阶主题简介 对当代物理学中量子力学的延伸和应用进行概述，包括：相对论性量子力学简介（狄拉克方程的必要性）、量子场论的初步概念、以及量子信息与计算领域对量子力学基本原理的创新应用。 --- 目标读者： 物理学、化学、材料科学及相关工程学科的高年级本科生、研究生，以及希望系统回顾和深入理解量子力学核心概念的研究人员。 特点： 本书强调物理图像的建立，而非单纯的数学技巧堆砌。通过大量精心挑选的例题和习题（不包含在本书介绍中），读者将能够熟练运用薛定谔方程解决实际的量子问题，并为后续深入学习量子场论或凝聚态物理打下坚实的理论基础。

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这本书的排版和内容组织给我留下了极其深刻的印象，它呈现出一种古典的、注重逻辑自洽的学术美感。不同于市面上许多追求视觉冲击和图表化表达的现代教材，它更偏向于文字和公式的纯粹交融。阅读体验上，需要读者具备较高的专注力，因为信息密度非常高。我尤其关注了电化学的部分，作者对能斯特方程的推导，以及对电池电动势与热力学量的关联，处理得极为到位，深度远超一般的本科教材。它没有回避那些复杂的积分和偏微分，而是坦然地将其作为理解物理本质的必要工具展示出来。对于那些希望深入理解电化学反应微观机制的进阶学习者，这本书提供了一个非常坚实的基础。此外，对动力学章节的安排也颇具匠心，它没有急于介绍复杂的反应机理模型，而是先将反应速率理论建立在一个坚实的能量面和活化理论的基础上，这种“先形而上，再形而下”的编排方式，使得对反应速率常数的理解不再是孤立的记忆，而是一个有机的推导结果。

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这本书的特点是“不教你怎么做题，只教你如何思考”。如果你的目标是应付考试中的标准计算题，这本书可能会让你觉得有点“慢热”和“绕弯子”。它很少提供那种快速解题的“捷径”或“公式速查表”。然而，一旦你沉下心来跟随作者的思路，你会发现它在培养一种对物理图像的直觉构建。比如在处理气体动力学理论时，对分子碰撞频率和平均自由程的推导，作者非常细致地描绘了分子在三维空间中的运动轨迹和概率分布，让你仿佛能“看到”分子间的相互作用。对于那些想要将物理化学知识应用于解决实际科研问题的读者来说，这种深入到基本原理的阐释是无可替代的。它更像是一部知识的“溯源”之作，要求读者逆流而上，找到每一个概念的最原始的物理意义，而不是仅仅停留在表面现象的描述上。这本书的价值，在于它让你从一个“使用者”转变为一个“构建者”。

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对于一本中级难度的教材而言，它最大的价值在于其内容的广度和深度达到了一个绝佳的平衡点。它既不像初级教材那样蜻蜓点水，缺乏必要的理论支撑，也不像研究生教材那样陷于前沿研究的细枝末节。这本书的精妙之处在于，它能将原本看似分散的各个分支——比如热力学、量子力学在化学中的应用、以及反应动力学——巧妙地编织在一起，展现出物理化学作为一个统一学科的内在联系。例如，在讨论分子光谱时，作者没有孤立地讲解能级，而是巧妙地引入了玻尔兹曼分布和统计力学的结果来解释谱线的强度分布，这种跨章节的知识整合能力，极大地提升了学习的层次感。这种组织结构迫使读者必须保持对整体框架的把握，不能满足于对单个章节的浅尝辄止。读完后，你会发现自己看待化学现象的角度变得更加“物理化”和定量化，少了许多模糊的描述，多了许多可以计算和验证的结论。

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翻开这本书，首先感受到的是一股扑面而来的严谨和一丝不苟。它的叙事风格非常学术化，几乎没有多余的寒暄或比喻，直奔主题。这种风格对于追求效率、希望快速建立知识框架的读者来说，是极大的福音。比如在量子化学的章节，对薛定谔方程的展开和应用，作者的处理方式非常古典和规范，每一步的数学操作都清晰可见，没有跳跃。这种详尽的推导过程，让我能够清楚地追踪到理论是如何从基本假设演化而来，而不是被动地接受一个既定的结论。我特别欣赏它在处理统计力学时的那种教科书式的完美。从基本假设到配分函数的建立，再到宏观性质的导出，结构极其清晰，像一座设计精良的建筑。唯一的“缺点”可能是，对于那些初次接触物理化学，期望通过大量生动的案例来辅助理解的读者，这本书可能显得有些“冷峻”。它更像是一位经验丰富的导师，要求你跟随他的步伐，一步一个脚印地攀登知识的高峰，而不是坐在原地等待被喂养。但正是这种不妥协的深度，让这本书在面对复杂问题时显得游刃有余。

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这本厚重的《中级物理化学》摆在桌上，沉甸甸的感觉就像是知识的重量压在心头。初翻开扉页，映入眼帘的是密密麻麻的公式和希腊字母，初学者可能会感到一阵眩晕。但我更倾向于将其视为一份详尽的“武功秘籍”，它没有那么多花哨的图示或轻松的口语化讲解，而是直截了当地深入到物理化学的核心概念。例如，在热力学部分，作者对吉布斯自由能的推导过程，那种层层递进的逻辑链条，让人不得不放慢速度，细细品味每一个数学步骤的意义。它不像某些入门教材那样，只是简单地告诉你“这是公式，请记住”，而是努力去解释“为什么”是这个公式。处理到相平衡那一章时，涉及到的相图和热力学关系，讲解得非常扎实，特别是对于多组分体系的处理，即便是稍微有些经验的学生，也能从中找到新的理解视角。对于那些渴望真正掌握这门学科内在机理的人来说，这本书无疑是极好的深潜工具，它要求读者投入时间，去啃那些看似坚硬的理论骨架。读完一章，你会感到大脑被充分地拉伸和锻炼过，收获的不仅仅是知识点，更是一种严谨的科学思维方式。

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说来赵老师写这本小册子的时候应该早已不做量化了orz……真该请教一下这个框架是如何组织起来的。

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居家旅行常备宝典

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我承认我给5星是有私心的。

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这都有哈哈哈哈。一个学期助教做下来的体会是，一本小册子就想学会QM、Eq/NEq StatM简直是痴心妄想，等待老板新作。

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我承认我给5星是有私心的。