本書闡述了量子力學(xué)的基本原理和概念，共包括9章：導(dǎo)論，量子物理學(xué)中物理量的量值，能級，光子，實物粒子，測不準(zhǔn)原理，薛定諤方程，定態(tài)理論，基本粒子及其相互作用。作者在書中用了許多實驗事實來說明量子物理學(xué)理論的根據(jù)，并特別著重于澄清對量子物理學(xué)的一些誤解。
本書是《伯克利物理學(xué)教程》的第4卷，論述量子物理學(xué)，是為已學(xué)過前面幾卷大部分內(nèi)容的讀者而寫的入門書。因而本書的理想讀者是理工科二年級學(xué)生。鑒于最近五十年來物理學(xué)的發(fā)展，目前把對量子現(xiàn)象的全面學(xué)習(xí)推遲到二年級以后，似乎是不合理的和不公正的。一本分量適當(dāng)?shù)娜腴T書無疑應(yīng)該反映這些發(fā)展的某些部分。
我不相信學(xué)習(xí)量子物理學(xué)比學(xué)習(xí)物理學(xué)其他部分在實質(zhì)上會更困難。在物理學(xué)的每一個領(lǐng)域中，我們既遇到我們認(rèn)為是簡單而明了的現(xiàn)象，也遇到很難用定量方式說明的現(xiàn)象。當(dāng)然，確曾有一個時期，所有量子現(xiàn)象被認(rèn)為是非常神秘和錯綜復(fù)雜的。在最初探索這個領(lǐng)域的時期，物理學(xué)工作者確曾遇到一些真正的心理上的困難，這些困難一部分來自可以理解的偏愛于經(jīng)典觀點的成見，另一部分則來自于實驗圖像的不完整性。但是，對于今天的初學(xué)者，沒有理由一定要重新制造這些同樣的困難�，F(xiàn)已確實知道，經(jīng)典描述只是近似正確的，而且現(xiàn)在已可得到大批實驗結(jié)果，來支持和闡明目前理論概念的各個方面。我堅信在已知的事實中，能夠找到用初等方法處理起來既明確又足夠簡單，但又能闡明重要思想和原理的討論題材。我不太相信，有指導(dǎo)地使學(xué)生去思考一系列選擇得當(dāng)?shù)暮唵味种匾奈锢硎聦崟r，他們還會感到量子現(xiàn)象比（例如）萬有引力現(xiàn)象更神秘。
我寫作本書的目的是提供有特征性的量子現(xiàn)象的例子，以使讀者了解微觀物理學(xué)中一些物理參量的典型數(shù)量級，并向他們介紹量子力學(xué)思想。我力圖在我討論的課題中包括對理解物理學(xué)來說特別重要的現(xiàn)象和問題。同時，我力圖使討論盡可能是初等的。我從微觀物理學(xué)的各個領(lǐng)域選擇了一些論題，但我并不想對這些領(lǐng)域中的任何一個提出詳細(xì)而系統(tǒng)的說明。按照我的意見，這樣的說明應(yīng)留給三、四年級水平的課程。
本書對數(shù)學(xué)預(yù)備知識的要求適度。我只假定讀者已學(xué)過微積分，包括常微分方程的初步介紹和一些矢量分析。為防止把注意力從物理問題轉(zhuǎn)向技術(shù)性的數(shù)學(xué)問題，我已努力避免在這一階段采用數(shù)學(xué)上有困難的論題。凡是要求了解一些特殊函數(shù)性質(zhì)或偏微分方程理論中分離變量法的課題，我都完全未予討論。關(guān)于代數(shù)，我已頗為遺憾地斷定，不應(yīng)假定讀者熟悉矩陣?yán)碚�，所以，我已避免了以矩陣�(yán)碚撟鳛閿?shù)學(xué)工具的一些論題。
我并不認(rèn)為，要實現(xiàn)教程這一部分的總目的，需要在課堂上講授本書的所有材料。相反，在選擇討論題材方面，我想給教師留下相當(dāng)多的自由。為了幫助教師安排課程，我在后面的“教學(xué)說明”中討論了各章的具體目的，而且試圖大致列出那些可以認(rèn)為是必不可少的內(nèi)容。除了在課堂上實際講授的內(nèi)容，本書還提供了一些閱讀材料，我覺得這沒有什么害處，因為總有一些學(xué)有余力的學(xué)生需要這些課堂之外的東西。
中譯本再版前言
“伯克利物理學(xué)教程” 序
“伯克利物理學(xué)教程” 原序（一）
“伯克利物理學(xué)教程” 原序（二）
出版說明
前言
致謝
教學(xué)說明
第一章 導(dǎo)論……………………………………………………………………………………… ２
一、量子物理學(xué)的范圍…………………………………………………………………………… ２
二、原子和基本粒子……………………………………………………………………………… ６
三、經(jīng)典理論的適用限度………………………………………………………………………… １３
四、普朗克常量的發(fā)現(xiàn)…………………………………………………………………………… １７
五、光電效應(yīng)……………………………………………………………………………………… ２５
六、原子的大小和穩(wěn)定性問題…………………………………………………………………… ２８
進一步學(xué)習(xí)的參考資料…………………………………………………………………………… ３３
習(xí)題………………………………………………………………………………………………… ３４
第二章 量子物理學(xué)中物理量的量值……………………………………………………… ３８
一、單位和物理常量……………………………………………………………………………… ３８
二、能量…………………………………………………………………………………………… ４２
三、原子物理學(xué)和分子物理學(xué)中的數(shù)量特征…………………………………………………… ４７
四、核物理學(xué)最基本的幾個事實………………………………………………………………… ５５
五、萬有引力和電磁力…………………………………………………………………………… ６２
六、關(guān)于數(shù)值計算………………………………………………………………………………… ６３
七、提高課題： 自然界的基本常量……………………………………………………………… ６５
進一步學(xué)習(xí)的參考資料…………………………………………………………………………… ７０
習(xí)題………………………………………………………………………………………………… ７１
第三章 能級……………………………………………………………………………………… ７７
一、譜項圖………………………………………………………………………………………… ７７
二、能級的有限寬度……………………………………………………………………………… ８７
三、能級和譜項圖的進一步討論………………………………………………………………… ９３
四、光譜線的多普勒增寬與碰撞增寬………………………………………………………… １０７
五、提高課題： 關(guān)于電磁躍遷的理論………………………………………………………… １０９
進一步學(xué)習(xí)的參考資料………………………………………………………………………… １１４
習(xí)題……………………………………………………………………………………………… １１５
第四章 光子…………………………………………………………………………………… １２０
一、光子的粒子性……………………………………………………………………………… １２０
二、康普頓效應(yīng)， 軔致輻射； 粒子對的產(chǎn)生和湮沒………………………………………… １２８
三、可以使光子“分裂” 嗎？ ………………………………………………………………… １３７
進一步學(xué)習(xí)的參考資料………………………………………………………………………… １４６
習(xí)題……………………………………………………………………………………………… １４６
第五章 實物粒子……………………………………………………………………………… １５１
一、德布羅意波………………………………………………………………………………… １５１
二、周期性結(jié)構(gòu)上的衍射理論………………………………………………………………… １５９
三、只有一個普朗克常量……………………………………………………………………… １……………………
進一步學(xué)習(xí)的參考資料………………………………………………………………………… ２９４
習(xí)題……………………………………………………………………………………………… ２９４
第九章 基本粒子和它們的相互作用……………………………………………………… ３００
一、碰撞過程和波動圖像……………………………………………………………………… ３００
二、粒子是什么意思？ ………………………………………………………………………… ３１２
三、量子場論的基本概念……………………………………………………………………… ３２３
四、π 介子和核力……………………………………………………………………………… ３３０
五、結(jié)束語……………………………………………………………………………………… ３３６
譯者注…………………………………………………………………………………………… ３３６
進一步學(xué)習(xí)的參考資料………………………………………………………………………… ３３８
習(xí)題……………………………………………………………………………………………… ３３８
附錄………………………………………………………………………………………………… ３４２
表Ａ 一般物理常量…………………………………………………………………………… ３４２
表Ｂ 最穩(wěn)定的基本粒子………………………………………………………………………… ３４３
表Ｃ 化學(xué)元素…………………………………………………………………………………… ３４５
表Ｄ 單位和轉(zhuǎn)換因子………………………………………………………………………… ３４６
表Ｅ 重要物理常量的非精確值………………………………………………………………… ３４６
索引………………………………………………………………………………………………… ３４７
譯者后記………………………………………………………………………………………… ３４９?１
教學(xué)說明
本書內(nèi)容分成九章。每一章分成許多連續(xù)編號的小節(jié)，每一小節(jié)大致對應(yīng)于一個概念或一連串思想中的一步。正文中的公式、圖和表，均以所在的或有關(guān)的節(jié)號編號。正文中個別論題的專門參考文獻(xiàn)列在腳注中。物理數(shù)據(jù)表列在附錄中。每章末列有一些問題供思考，認(rèn)真的學(xué)生應(yīng)做這些問題中的很大一部分。
我參考的原始論文、其他教科書以及一些基本的評論文章都可以在《科學(xué)美國人》中找到。我想對我的學(xué)生讀者提幾點忠告。如果只閱讀教科書，你得到的將是一個扭曲的物理圖像。教科書提供了一個有序、系統(tǒng)研究的框架，但它不可能反映物理學(xué)的豐富性和多樣性背后的故事。例如，本書對實驗步驟的描述就非常缺乏。為了鼓勵學(xué)生開始熟悉文獻(xiàn)，我列出了論文的出處，這些論文報導(dǎo)了原始的研究。我并不期望學(xué)生們能閱讀這些論文的一小部分，但遇到感興趣的課題時，我還是鼓勵你去圖書館查找原始資源。你也許會發(fā)現(xiàn)其他令你感興趣的論文，并且很快你就會成為一個具有良好閱讀習(xí)慣的讀者。不要嘗試去閱讀那些你顯然不具備必要知識儲備的論文。以你目前的知識儲備，圖書館有大量的論文可供你閱讀，尤其是實驗方面的，但你應(yīng)該有所選擇。至于應(yīng)該閱讀哪些內(nèi)容，教師會給你進一步的建議。只需要做少量的準(zhǔn)備工作，便可以閱讀《科學(xué)美國人》中基本的評論文章，在這一階段這一點非常有用，你能了解到目前的實驗以及目前有趣的課題。
單位問題在本書中并非爭議之點。教師可隨其所好使用厘米·克·秒制或米·千克·秒制（唯一有不同的地方是精細(xì)結(jié)構(gòu)常數(shù)的表示式）。常數(shù)都用這兩種單位制列出。實驗結(jié)果用實用單位制表示。在理論的討論中我常把式子寫成無量綱的形式，其中根本不出現(xiàn)單位。
下面我想評介一下每一章的內(nèi)容，說明我的意圖，并指出如何取舍。在正文中有些材料明確地用“提高課題”標(biāo)出。這些課題并不一定比所討論的其他課題更高級，也不一定更困難。但它們是離開了本書的敘述主線的論題，因而可以完全略去而不會使其余內(nèi)容難于理解。
第1章是一般性引論。其中討論了量子物理的范圍，評論了量子物理歷史的某些方面。最重要的啟示也許是這樣一點，即量子物理適用于物理學(xué)中的所有部門，而不僅僅只與“微觀”現(xiàn)象有關(guān)。在最簡大綱中完全可以把第1章的大部分內(nèi)容留作閱讀作業(yè)，教師可把課堂講授限于討論第27～52小節(jié)中的材料，這些材料是與把普朗克常量引進物理學(xué)領(lǐng)域有關(guān)的。章末的問題不需要特別的預(yù)備知識，在最簡大綱中所有問題都可以布置。
第2章是講述微觀物理中物理量的量值，其目的是讓學(xué)生熟悉這些量值，發(fā)現(xiàn)物理常數(shù)的“自然”組合，并向?qū)W生說明如何在簡單模型的基礎(chǔ)上作簡單的估計。我認(rèn)為這些目的非常重要，因而本章，包括末尾的問題，值得仔細(xì)注意。在最簡大綱中可以略去第47～57節(jié)。第3章是講述能級，但不是關(guān)于能級發(fā)生的理論解釋（這個解釋放在第8章中）。采用這種有些獨特的陳述次序，其理由是我想把所有需要一些微分方程知識的論題盡可能放到本書的后面。如果學(xué)生的預(yù)備知識足夠，這一次序也可以改變。在第3章中我想給出能級系統(tǒng)和譜項圖的現(xiàn)實例子，并說明如何根據(jù)自然界中存在能級系統(tǒng)這一經(jīng)驗事實推斷出簡單的結(jié)論。本章的一部分也可以留作閱讀作業(yè)。一個應(yīng)充分討論的重點是壽命和能級寬度之間的聯(lián)系（第14～26小節(jié)）。
第4章是論述光子的波動性和粒子性，提出了重要的實驗事實，并引導(dǎo)讀者按量子力學(xué)的思想去思考這些事實。我認(rèn)為這一章不應(yīng)刪節(jié)。
第5章討論所有實物粒子的波動性。這樣，讀過第4和第5章的學(xué)生就會認(rèn)識到所有自然界中發(fā)現(xiàn)的實物粒子都有波動性，而且他對于這一簡單實驗事實的直接含義將有一些概念。他還會認(rèn)識到粒子的波動性并不與我們關(guān)于宏觀物理學(xué)的經(jīng)驗相矛盾及為什么是這樣。
……
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