Quantum Mechanics of One- and Two-Electron Atoms pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Bethe, Hans A./ Salpeter, Edwin E.

出品人:

页数:384

译者:

出版时间:2008-7

价格:$ 25.93

装帧:

isbn号码:9780486466675

丛书系列:

图书标签:

• physics
• 量子力学
• 原子物理
• 氢原子
• 氦原子
• 电子结构
• 薛定谔方程
• 微扰理论
• 变分法
• 角动量
• 自旋

《量子力学：从基本概念到前沿应用》 一、本书概述 《量子力学：从基本概念到前沿应用》是一本旨在为读者构建扎实量子力学基础，并展望其在现代科学技术中广泛应用的综合性教材。本书内容严谨，逻辑清晰，由浅入深，力求使初学者能够理解量子世界的奇妙法则，同时也为有一定基础的读者提供深入探讨的视角。本书强调理论与实践的结合，通过丰富的例子和习题，帮助读者掌握量子力学分析问题的方法，并激发对未来研究方向的兴趣。 二、核心内容深度解析 本书共分为五个主要部分，层层递进，覆盖了量子力学的主要分支和重要应用： 第一部分：量子力学基础——打破经典束缚 第一章：波粒二象性与量子现象的起源 本章将从历史的角度出发，回顾黑体辐射、光电效应和康普顿散射等关键实验，阐述能量量子化和光子的概念，初步引入波粒二象性。我们将探讨德布罗意的物质波假说，并从实验证据（如电子衍射）上印证这一革命性的思想。本章将引导读者认识到经典物理学的局限性，为理解后续的量子理论奠定基础。 第二章：薛定谔方程与波函数 本章将详细介绍量子力学中最核心的数学工具——薛定谔方程，包括时间无关薛定谔方程和时间依赖薛定谔方程。我们将深入剖析波函数的物理意义，理解其概率解释，以及归一化条件和叠加原理。通过对自由粒子、无限深势阱和有限深势阱等简单势场问题的求解，读者将直观感受波函数在描述粒子行为中的关键作用。 第三章：算符、本征值与量子力学态 本章将系统介绍量子力学中的算符概念，包括位置、动量、能量等算符的定义和性质。我们将深入探讨本征值方程及其物理意义，理解可观测量及其测量结果的量子化特性。本章还将介绍狄拉克符号表示法，一种简洁高效的量子态描述方式，并讨论量子态的完备性和正交性。 第二部分：量子力学在原子与分子体系中的应用 第四章：角动量量子化与原子光谱 本章将聚焦于量子力学在描述原子结构中的应用。我们将详细推导角动量算符及其对易关系，理解角动量量子化及其投影量子数。通过求解氢原子薛定谔方程，我们将展现电子的轨道角动量、自旋角动量如何决定原子的能级结构和光谱特性。我们将探讨泡利不相容原理及其在多电子原子结构中的重要性，并简要介绍原子光谱的精细结构和超精细结构。 第五章：分子键合与分子光谱 本章将进一步拓展量子力学在分子体系中的应用。我们将介绍最简单的化学键——共价键的量子力学解释，如价键理论和分子轨道理论。通过对H2+等简单分子的求解，我们将展示分子轨道是如何形成的，以及电子在分子中的分布。本章还将探讨分子振动和转动能级，并简述分子光谱（如红外光谱、拉曼光谱和紫外-可见光谱）如何反映分子的结构和性质。 第三部分：量子力学的进阶理论与方法 第六章：微扰理论与近似方法 本章将介绍处理复杂量子体系的常用近似方法——微扰理论。我们将区分非简并微扰理论和简并微扰理论，并应用它们解决实际问题，例如多电子原子的屏蔽效应和斯塔克效应。此外，我们还将介绍变分法，一种通过寻找能量下界来近似求解薛定谔方程的方法。 第七章：散射理论基础 本章将引入量子力学中的散射理论，研究粒子在势场作用下发生偏转的现象。我们将介绍散射截面、相位移等概念，并探讨瑞利散射、布拉格散射等散射过程的量子力学解释。本章将为理解粒子物理学中的相互作用提供必要的理论基础。 第四部分：现代量子力学前沿与应用 第八章：自旋及其相对论性处理 本章将深入探讨自旋这一内在的量子特性，介绍自旋算符、泡利矩阵及其代数性质。我们将讨论自旋-轨道耦合对原子和分子能级的影响。在此基础上，本章还将简要介绍狄拉克方程，它成功地将量子力学与狭义相对论相结合，预言了反物质的存在。 第九章：量子信息与量子计算导论 本章将带领读者走进量子信息科学的迷人世界。我们将介绍量子比特（qubit）的概念，以及量子叠加和量子纠缠等关键资源。本章将阐述量子门操作和量子线路，并介绍一些基本的量子算法，如Deutsch-Jozsa算法和Grover搜索算法。我们将展望量子计算在密码学、材料科学和药物研发等领域的颠覆性潜力。 第十章：凝聚态物理中的量子效应 本章将展示量子力学在凝聚态物理中的广泛应用。我们将探讨晶格振动（声子）的量子化，以及其在热学和电学性质中的作用。本章还将介绍能带理论，解释半导体的导电机制，并触及超导现象和量子霍尔效应等奇妙的宏观量子效应。 第五部分：实验观测与未来展望 第十一章：量子力学实验技术 本章将介绍实现量子力学观测的关键实验技术，包括光谱仪、电子显微镜、核磁共振（NMR）和激光冷却等。通过对这些技术的介绍，读者将更直观地理解量子理论是如何被验证和应用的。 第十二章：量子力学的前沿研究方向 本章将对量子力学的最新研究进展和未来发展趋势进行展望。我们将探讨量子精密测量、量子模拟、量子引力等热点领域，并分析量子技术如何重塑我们的世界，从基础科学研究到人工智能、生物技术等各个领域。 三、学习本书的价值 通过系统学习《量子力学：从基本概念到前沿应用》，读者将能够： 深刻理解量子世界的运作规律：掌握波粒二象性、量子化、叠加态、纠缠态等核心概念，理解微观粒子行为的独特性。 熟练运用量子力学数学工具：掌握薛定谔方程的求解，理解算符、本征值等概念，并能将其应用于解决实际问题。 洞悉量子力学在科学技术中的关键作用：理解原子、分子结构，认识分子键合，并了解其在凝聚态物理、量子信息等领域的重要应用。 激发科研兴趣与创新思维：了解量子力学的前沿发展，为未来深入学习和研究量子领域奠定坚实基础。 本书适合物理学、化学、材料科学、工程学等相关专业本科生、研究生，以及对量子力学感兴趣的广大科技工作者和爱好者阅读。它是一扇通往理解宇宙基本法则的大门，也是开启未来科技创新之旅的起点。

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这本书最吸引我的一点是它对“近似方法”处理的成熟度。在处理多电子系统时，完全解析解几乎是不可能的任务，因此，如何选择并精确应用合适的近似方法，就成了区分理论物理学家能力的重要标志。这部著作在这方面展现了大师级的视野。无论是处理斯莱特行列式构建的基态，还是对不同阶微扰的收敛性分析，作者都保持了一种审慎的态度，明确指出了每种方法的适用范围、优点和局限性，而不是盲目推崇某一种“最优”解法。特别是关于电子关联效应的引入，它没有直接跳到高度复杂的理论模型，而是先用简单的体系和直观的图像解释了为何Hartree-Fock方法会系统性地低估结合能，这为后续理解更高级的组态相互作用（CI）或微扰方法打下了坚实的直觉基础。对于准备进行博士课题研究的人来说，能够清晰地区分这些近似方法的物理含义，比单纯记住公式要重要得多，而这本书恰恰在这方面做得极其到位，教会了我们如何批判性地看待计算结果。

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坦率地说，这本书的“厚重感”是名副其实的，它不是那种轻快的科普读物，而是一部需要投入时间和精力的学术巨著。我尤其欣赏作者在引入新概念时所展现出的那种对历史背景和物理直觉的尊重。它没有急于抛出复杂的数学框架，而是先从实验现象出发，比如碱金属光谱的精细结构，引导读者思考经典理论的局限性，然后再自然而然地引入需要用到的新物理概念，比如内部角动量和总角动量的耦合。这种从现象到本质的逆向工程式的教学方法，极大地增强了学习的内在驱动力。书中的插图和图表虽然不多，但每张都极其精准，往往一个简单的示意图就能瞬间点亮一个原本晦涩难懂的能量图景。阅读体验上，它要求读者必须保持高度的专注，因为一个疏忽可能就会跟不上作者严密的论证链条，但这正是它能够培养扎实思维能力的关键所在——它拒绝任何形式的“速成”，鼓励的是深度思考和反复咀嚼。

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这本书简直是量子力学领域的明珠，尤其对于那些在深入理解单电子和双电子原子系统方面寻求扎实基础的读者来说，它提供了一条清晰而深刻的路径。我记得当初拿起这本书时，我对薛定谔方程在这些基本原子结构上的应用还停留在理论层面，但作者的阐述方式，通过极其严谨的数学推导和清晰的物理图像构建，让我对角动量量子化、精细结构修正以及泡利不相容原理的实际效应有了前所未有的洞察。书中对自旋-轨道耦合的讨论尤其精彩，它不仅仅是简单地罗列公式，而是细致地剖析了这种相对论效应如何微妙地影响了原子能级，这对于任何想要从事原子光谱学或精密测量研究的人来说，都是不可或缺的知识点。作者的叙述节奏把握得恰到好处，既有足够的深度来满足高阶学习者的需求，又不至于让初学者感到望而却步，书中大量的例题和习题更是巩固了理论知识，确保读者能够真正掌握这些复杂的概念，而不是仅仅停留在表面理解。这本书的价值在于它成功地架起了一座从基础量子力学到复杂原子物理的坚实桥梁，是案头必备的经典之作。

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当我翻阅这本书时，最大的感受是它的“实用性”和“完备性”。市面上很多教材在处理像Hartree-Fock方法这样的多体近似时，往往只是一笔带过或者过于抽象，但这部作品对如何系统地处理电子间的相互作用展现了教科书级别的规范。它没有回避量子力学中那些最棘手的问题——比如如何用变分原理来寻找更精确的波函数，以及如何通过微扰论来处理相对论修正项——而是将这些工具细致地展示出来，每一步的逻辑推导都如同精密的机械结构般严丝合缝。对于希望将理论知识应用于实际计算的读者而言，书中提供的具体算法框架和对计算复杂度的讨论，无疑是极具参考价值的。例如，书中关于闭壳层和开壳层体系Hartree-Fock计算差异的对比，就体现了作者深厚的工程和物理直觉。它不仅仅是告诉我们“是什么”，更重要的是教会我们“如何做”，这种手把手的引导，对于加速研究生阶段的科研起步非常有帮助，让人感觉手中握着的不只是一本理论书，更像是一本高级的“计算物理实践指南”。

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我发现这本书的语言风格非常独特，它不像某些教材那样追求极简主义，而是倾向于一种详尽而富有温度的解释。作者似乎总是在与读者进行一场严肃而耐心的对话，即便是最枯燥的数学推导，文字中也透露出对该物理过程的深刻理解和热爱。例如，在讨论到$hat{L}^2$和$hat{S}^2$算符的对易关系时，作者不仅给出了代数证明，还结合角动量算符的几何意义进行了深入的物理阐释，这使得抽象的代数操作不再是空中楼阁。这种详尽性有时候会显得篇幅较长，但这恰恰保证了读者在遇到困难时，可以回到前文找到支撑这一结论的完整逻辑链条，极大地降低了自我摸索的时间成本。这本书更像是一位经验丰富、一丝不苟的导师，他知道你会在哪里卡住，并且提前准备好了清晰的引导标记。对于自学者而言，它提供的不仅仅是知识点，更是一种严谨的学术思维范式。

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