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(jí)，光子，實(shí)物粒子，測(cè)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(shí)驗(yàn)事實(shí)來(lái)說(shuō)明量子物理學(xué)理論的根據(jù)，并特別著重于澄清對(duì)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(guò)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(jí)學(xué)生。鑒于最近五十年來(lái)物理學(xué)的發(fā)展，目前把對(duì)量子現(xiàn)象的全面學(xué)習(xí)推遲到二年級(jí)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(wú)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(shí)質(zhì)上會(huì)更困難。在物理學(xué)的每一個(gè)領(lǐng)域中，我們既遇到我們認(rèn)為是簡(jiǎn)單而明了的現(xiàn)象，也遇到很難用定量方式說(shuō)明的現(xiàn)象。當(dāng)然，確曾有一個(gè)時(shí)期，所有量子現(xiàn)象被認(rèn)為是非常神秘和錯(cuò)綜復(fù)雜的。在最初探索這個(gè)領(lǐng)域的時(shí)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(lái)自可以理解的偏愛于經(jīng)典觀點(diǎn)的成見，另一部分則來(lái)自于實(shí)驗(yàn)圖像的不完整性。但是，對(duì)于今天的初學(xué)者，沒(méi)有理由一定要重新制造這些同樣的困難�，F(xiàn)已確實(shí)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(shí)驗(yàn)結(jié)果，來(lái)支持和闡明目前理論概念的各個(gè)方面。我堅(jiān)信在已知的事實(shí)中，能夠找到用初等方法處理起來(lái)既明確又足夠簡(jiǎn)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?jiǎn)單而又重要的物理事實(shí)時(shí)，他們還會(huì)感到量子現(xiàn)象比（例如）萬(wàn)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(jí)，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(duì)理解物理學(xué)來(lái)說(shuō)特別重要的現(xiàn)象和問(wèn)題。同時(shí)，我力圖使討論盡可能是初等的。我從微觀物理學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域選擇了一些論題，但我并不想對(duì)這些領(lǐng)域中的任何一個(gè)提出詳細(xì)而系統(tǒng)的說(shuō)明。按照我的意見，這樣的說(shuō)明應(yīng)留給三、四年級(jí)水平的課程。
本書對(duì)數(shù)學(xué)預(yù)備知識(shí)的要求適度。我只假定讀者已學(xué)過(guò)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(wèn)題轉(zhuǎn)向技術(shù)性的數(shù)學(xué)問(wèn)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?cái)喽�，不�?yīng)假定讀者熟悉矩陣?yán)碚摚裕乙驯苊饬艘跃仃嚴(yán)碚撟鳛閿?shù)學(xué)工具的一些論題。
我并不認(rèn)為，要實(shí)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(shuō)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(shí)際講授的內(nèi)容，本書還提供了一些閱讀材料，我覺(jué)得這沒(méi)有什么害處，因?yàn)榭傆幸恍⿲W(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(shuō)明
前言
致謝
教學(xué)說(shuō)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(wèn)題…………………………………………………………………… ２８
進(jìn)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(gè)事實(shí)………………………………………………………………… ５５
五、萬(wàn)有引力和電磁力…………………………………………………………………………… ６２
六、關(guān)于數(shù)值計(jì)算………………………………………………………………………………… ６３
七、提高課題： 自然界的基本常量……………………………………………………………… ６５
進(jìn)一步學(xué)習(xí)的參考資料…………………………………………………………………………… ７０
習(xí)題………………………………………………………………………………………………… ７１
第三章 能級(jí)……………………………………………………………………………………… ７７
一、譜項(xiàng)圖………………………………………………………………………………………… ７７
二、能級(jí)的有限寬度……………………………………………………………………………… ８７
三、能級(jí)和譜項(xiàng)圖的進(jìn)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(jìn)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(duì)的產(chǎn)生和湮沒(méi)………………………………………… １２８
三、可以使光子“分裂” 嗎？ ………………………………………………………………… １３７
進(jìn)一步學(xué)習(xí)的參考資料………………………………………………………………………… １４６
習(xí)題……………………………………………………………………………………………… １４６
第五章 實(shí)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(gè)普朗克常量……………………………………………………………………… １……………………
進(jìn)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(guò)程和波動(dòng)圖像……………………………………………………………………… ３００
二、粒子是什么意思？ ………………………………………………………………………… ３１２
三、量子場(chǎng)論的基本概念……………………………………………………………………… ３２３
四、π 介子和核力……………………………………………………………………………… ３３０
五、結(jié)束語(yǔ)……………………………………………………………………………………… ３３６
譯者注…………………………………………………………………………………………… ３３６
進(jìn)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(shuō)明
本書內(nèi)容分成九章。每一章分成許多連續(xù)編號(hào)的小節(jié)，每一小節(jié)大致對(duì)應(yīng)于一個(gè)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(hào)編號(hào)。正文中個(gè)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(wèn)題供思考，認(rèn)真的學(xué)生應(yīng)做這些問(wèn)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(píng)論文章都可以在《科學(xué)美國(guó)人》中找到。我想對(duì)我的學(xué)生讀者提幾點(diǎn)忠告。如果只閱讀教科書，你得到的將是一個(gè)扭曲的物理圖像。教科書提供了一個(gè)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(duì)實(shí)驗(yàn)步驟的描述就非常缺乏。為了鼓勵(lì)學(xué)生開始熟悉文獻(xiàn)，我列出了論文的出處，這些論文報(bào)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(shí)，我還是鼓勵(lì)你去圖書館查找原始資源。你也許會(huì)發(fā)現(xiàn)其他令你感興趣的論文，并且很快你就會(huì)成為一個(gè)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(shí)儲(chǔ)備的論文。以你目前的知識(shí)儲(chǔ)備，圖書館有大量的論文可供你閱讀，尤其是實(shí)驗(yàn)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(huì)給你進(jìn)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(guó)人》中基本的評(píng)論文章，在這一階段這一點(diǎn)非常有用，你能了解到目前的實(shí)驗(yàn)以及目前有趣的課題。
單位問(wèn)題在本書中并非爭(zhēng)議之點(diǎn)。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(shí)驗(yàn)結(jié)果用實(shí)用單位制表示。在理論的討論中我常把式子寫成無(wú)量綱的形式，其中根本不出現(xiàn)單位。
下面我想評(píng)介一下每一章的內(nèi)容，說(shuō)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(jí)，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(huì)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(píng)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(diǎn)，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(jiǎn)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(jìn)物理學(xué)領(lǐng)域有關(guān)的。章末的問(wèn)題不需要特別的預(yù)備知識(shí)，在最簡(jiǎn)大綱中所有問(wèn)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(shuō)明如何在簡(jiǎn)單模型的基礎(chǔ)上作簡(jiǎn)單的估計(jì)。我認(rèn)為這些目的非常重要，因而本章，包括末尾的問(wèn)題，值得仔細(xì)注意。在最簡(jiǎn)大綱中可以略去第47～57節(jié)。第3章是講述能級(jí)，但不是關(guān)于能級(jí)發(fā)生的理論解釋（這個(gè)解釋放在第8章中）。采用這種有些獨(dú)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(shí)的論題盡可能放到本書的后面。如果學(xué)生的預(yù)備知識(shí)足夠，這一次序也可以改變。在第3章中我想給出能級(jí)系統(tǒng)和譜項(xiàng)圖的現(xiàn)實(shí)例子，并說(shuō)明如何根據(jù)自然界中存在能級(jí)系統(tǒng)這一經(jīng)驗(yàn)事實(shí)推斷出簡(jiǎn)單的結(jié)論。本章的一部分也可以留作閱讀作業(yè)。一個(gè)應(yīng)充分討論的重點(diǎn)是壽命和能級(jí)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(dòng)性和粒子性，提出了重要的實(shí)驗(yàn)事實(shí)，并引導(dǎo)讀者按量子力學(xué)的思想去思考這些事實(shí)。我認(rèn)為這一章不應(yīng)刪節(jié)。
第5章討論所有實(shí)物粒子的波動(dòng)性。這樣，讀過(guò)第4和第5章的學(xué)生就會(huì)認(rèn)識(shí)到所有自然界中發(fā)現(xiàn)的實(shí)物粒子都有波動(dòng)性，而且他對(duì)于這一簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)事實(shí)的直接含義將有一些概念。他還會(huì)認(rèn)識(shí)到粒子的波動(dòng)性并不與我們關(guān)于宏觀物理學(xué)的經(jīng)驗(yàn)相矛盾及為什么是這樣。
……
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