量子熱學(xué)教材推薦
序言
我想對于考數(shù)學(xué)的朋友來說量子是必須的。我仍然在想可能是國外流行的一些教材的失誤導(dǎo)致了大多數(shù)人對著門學(xué)科的未能把握,即使你能解題,也基本上是概念沮喪,其實,有時連題目都不曉得哪些意思,更不知怎么下手,有時,算著算著忽然不曉得意思了,……其實這種都不是俺們的錯。
想起當(dāng)初本人上課時,量子老師(老牛人)說,“現(xiàn)在教量子的這些人那兒懂量子呀!”哥們當(dāng)時只是笑。如今才明白果然不錯。
雖然,目前而言,在下對量子也是剛?cè)朦c門而已,不過,對于國外的考研量子熱學(xué)題我如今是掌握全部搞定的,要是當(dāng)年就如此猛就好了.我把一些看法寫出來算是拋磚引玉了!
正文
(一)選書的建議
對于量子熱學(xué)最重要的是概念的清晰掌握,只有明白了量子熱學(xué)的方式體系和核心概念才能感覺的量子好神秘啊!就會在解題時不至于找不到北。真正的把握它的概念須要學(xué)習(xí)空間的知識和Dirac符號體系,又以前者最為重要。愚蒙覺得:
第一有關(guān)量子物理的書,優(yōu)秀的量子熱學(xué)書的最重要的標(biāo)準(zhǔn)是:深入淺出的講解空間和大量篇幅,透徹的講授Dirac符號.
第二,應(yīng)當(dāng)明晰強(qiáng)調(diào)量子熱學(xué)的5到6條基本原理或假定。
第三,關(guān)鍵性的步驟或概念一定要強(qiáng)調(diào)。
下邊就以上原則剖析一下國外的流行教科書
1曾謹(jǐn)言《量子熱學(xué)簡史》
2周世洵《量子熱學(xué)》
3尹鴻鈞《量子熱學(xué)》
4蘇汝鏗《量子熱學(xué)》
首先,我想說得是國外沒有一本面向初等量子力學(xué)的教科書把概念說明白的有關(guān)量子物理的書,尤其,以清華的曾謹(jǐn)言先生《量子熱學(xué)簡史》為首,此書發(fā)行量巨大,我上專科時就是用它的。坦白說。它的錯誤極少,但這決不是好書的標(biāo)準(zhǔn),對于Dirac符號就寫了兩頁,但是語焉不詳,關(guān)鍵地方幾乎沒有說。我想,即使PAM.Dirac蒞臨也恐怕看不太明白。:),至于曾老師的《量子熱學(xué)》第一。二卷,的確詳盡,不過缺點依然一樣,作為研究生教材,沒有完整的理論體系,當(dāng)字典用到行,可以作參考書,不適宜當(dāng)教材。
同濟(jì)的周世洵先生寫的《量子熱學(xué)》相比而言比曾謹(jǐn)言的強(qiáng)了不少,即使年代久了點,但講解較為透徹,步驟也詳盡點,。其實對付考研也不用與時俱進(jìn),老一點沒哪些問題。
交大的尹鴻鈞先生編的《量子熱學(xué)》是面向大專和研究生的教材,對于本科來說難了點,關(guān)于空間和Dirac符號都寫的比較多,但沒產(chǎn)生主線,比較可惜。另外編排有點亂,彩印太差,不知第二版(?)有無改進(jìn)?我想假如更改一下使之完全面向初等量子力學(xué)倒也不錯。
同濟(jì)學(xué)院,蘇汝鏗先生的《量子熱學(xué)》在以上幾本書中算是最好了,講解很是透徹,覆蓋面也很廣。近來,我在書城見到了高教版的蘇先生的《量子熱學(xué)》,這本書包括研究生課的內(nèi)容,對于Dirac符號倒也多說了一些,不過,仍不令人滿意,想借此書看懂量子熱學(xué)基本上也是做夢。
到目前為止我所看過的最好的初等或高等量子力學(xué)入門書是英國Cohen等人著的《》英文版,第一卷第一分冊有中譯本,張家莫,等譯。全書長度驚人,英語版的上下兩冊有半尺厚,不過看上去很爽,全書行文流暢,且有助于英語寫作的提升,呵呵。且正文與補(bǔ)充文章分列,初學(xué)者可以選擇閱讀,整個內(nèi)容以初等量子開始,在第二章就詳細(xì)地,深入淺出的述說了量子力學(xué)的主要物理工具空間的知識和Dirac符號,注意:學(xué)懂量子熱學(xué)原理的最重要的工具。我想是:空間的形象化與Dirac符號的熟練運用。把原理與物理統(tǒng)一上去就基本明白了量子熱學(xué)。把這本書看懂《高量》就幾乎不用學(xué)了。
注:Cohen是個很厲害的化學(xué)學(xué)家,NOBELPRIZE獲得者,1997年與朱隸文等一起得獎,并且,他幾六年前錯過了一次得獎機(jī)會,不然就兩次了。
最后,我想補(bǔ)充的是想學(xué)明白量子熱學(xué),看“初量”是沒有前途的,也是不可能的,由于初量基本不涉及空間的知識和Dirac符號體系。假如把看初量的精力花在一部優(yōu)秀的高量書上會使你迅速把握其真諦。說實在的看書還是看精典原著最好。
我感覺空間的知識和Dirac符號并不是很具象也并不難懂,鑒于它們對于量子熱學(xué)的理解這么重要,希望教育部老師們重新更改??粕孔訜釋W(xué)的教學(xué)大綱,將其列入初量中,詳盡述說。
下邊聊聊高量方面的書籍,
高量方面名著好多,大多是美國的。留傳的量子四大名著是:的,的,Pauli的,Dirac的。又以Dirac的《Theof》最有名,堪稱王者之聲。也是我唯一看過的一遍的。其中第四版有中譯本,陳咸亨譯,只有三百多頁,建議你們找一找,打印一下。書中的精華是(注:俺的想法,沒哪些權(quán)威性。)構(gòu)建了量子化學(xué)的方式體系,統(tǒng)一了不同繪景,假象的方式敘述,指出了化學(xué)思想的產(chǎn)生過程。雖然看過了這本書我才感受到學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)是為了更改它,更好的抒發(fā)這個宇宙的運動規(guī)律,趕超人類意識經(jīng)驗的禁錮。哈哈,越扯越遠(yuǎn)了。
另外知名的教材有:
朗道和著的《,Non-.》,
的《》有中譯本,
朗道的書,超級名著,打印了還沒看,很難的說,
席夫的量子熱學(xué)也是名著,講的很廣,中規(guī)中矩的,看之欲睡。
國外的高量教材其實比初量的強(qiáng)多了。例如,
北工大喀興林先生,著的《高等量子力學(xué)》,
同濟(jì)倪光炯先生,陳蘇卿先生專著的《高等量子力學(xué)》,
清華張啟仁先生的《量子熱學(xué)》,
清華曾謹(jǐn)言先生的《量子熱學(xué)》兩卷
楊澤森先生的《高等量子力學(xué)》
張永德先生的《量子熱學(xué)》,
徐在新先生的《高等量子力學(xué)》。等
下邊大約評價一下其中幾本,
喀興林先生著的《高等量子力學(xué)》,本人推許為中國第一高量教材,全書物理討論十分嚴(yán)謹(jǐn),邏輯清晰無比,第一章和第二章分別討論空間與量子熱學(xué)的理論結(jié)構(gòu),更是將Dirac符號放在空間的物理基礎(chǔ)之上,進(jìn)行嚴(yán)格剖析,幾乎將我對量子熱學(xué)概念的所有疑問都一掃而空,那個覺得真是奇爽無比!!喀先生是全省院校量子熱學(xué)研究會理事長,可見其在國外地位,真是名副雖然。假如要說缺點的話,我認(rèn)為這本書更適宜作為化學(xué)研究生學(xué)習(xí)高量的第二次教材,而第一次學(xué)習(xí)時應(yīng)選一本物理討論不這么嚴(yán)格的,可讀性較強(qiáng)的高量教材。之后,研讀喀先生的《高等量子力學(xué)》以全面梳理概念和體系。喀先生對于算符代數(shù)有很大發(fā)展,使全書看上去非常優(yōu)美,為了追求方式和邏輯之間的統(tǒng)一,喀先生甚至沒有將費曼的路徑積分寫進(jìn)書中,有點遺憾。不過,費曼以前寫過一本闡述路徑積分的著作并且淺顯易懂,你們可以直接看此書。
同濟(jì)倪光炯先生,陳蘇卿先生專著的《高等量子力學(xué)》,闡述較為前沿,用墨好省啊,限制了她的可讀性,說不準(zhǔn)也是哥們道行不夠。該書的包含了大量現(xiàn)代量子熱學(xué)前沿課題,并對好多問題有自己獨到看法,是其很大優(yōu)點??傮w來說,不宜作為教科書自學(xué)。
徐在新先生的《高等量子力學(xué)》講解深入淺出,淺顯易懂,行文流暢,只是散射和相對論量子熱學(xué)方面有些不夠,總體而言,挺好的入門書籍,尤其是第一章(量子熱學(xué)的通常描述)講的極好,可迅速把握Dirac符號真諦。
楊澤森先生的《高等量子力學(xué)》,早就據(jù)說寫的無比復(fù)雜,尤其是散射一章,沒人看的懂。哥們原本不信,找來一看,果然名不虛傳。
曾謹(jǐn)言先生的《量子熱學(xué)》一二卷哥們前文說過了,不錯的工具書。
其他的書,我只是見過,沒看過,你們可以參考其他文章。例如,F(xiàn)ang的
(二)量子熱學(xué)的方式體系與基本概念簡述
(個人意見,如有錯誤,……)
重要概念:
一.空間
1.量子熱學(xué)中指出的態(tài)矢量是所謂的空間中的矢量,哪些是空間哪?相信線形空間你們都明白,空間就是在線形空間上加上內(nèi)積運算,而且滿足完全性條件的內(nèi)積空間。量子熱學(xué)所用的空間是復(fù)數(shù)域上的空間。
2.空間可以是有限維,無限維,連續(xù)或分立維,甚至是無理數(shù)維。
3.簡單說描述態(tài)矢的座標(biāo)系就是所謂的假象,而描述態(tài)矢隨時間的演進(jìn)就是繪景,例如說:薛定諤繪景,海森堡繪景,狄拉克繪景(互相作用)。不同的繪景在不同的假象中來抒發(fā)就產(chǎn)生了不同的等式,例如說,薛定諤繪景在座標(biāo)假象中的敘述就是知名的等式。
同一態(tài)矢在不同假象中有不同的抒發(fā),而且她們都是空間中的同一矢量,如同是歐幾里得空間中同一矢量在不同座標(biāo)系中有不同的表示,不同的假象(座標(biāo)系)之間存在假象(座標(biāo))變換。即所謂的么正變換。而熱學(xué)量在不同假象中是相像變換的關(guān)系。
4.所謂波函數(shù),我發(fā)覺初量書都不分辨波函數(shù)和態(tài)矢的概念。而是混用之。以曾謹(jǐn)言的書為例,波函數(shù)Ψ(x)首先拿來表示機(jī)率幅,它的模方正比于出現(xiàn)的概率。所謂,機(jī)率幅是個重要概念,表示態(tài)矢在一個假象的一個基矢上的投影的值。(講到這兒,我才發(fā)覺還沒解釋基矢,~,無奈啊!?。C(jī)率幅的模方正比于熱學(xué)量取該態(tài)矢本征值的概率。而另一方面Ψ(x,t)又拿來表示態(tài)矢量,即等價與一個右矢,所以,座標(biāo)假象中的一個本征矢用
Ψ(x,t)|x>來表示才更準(zhǔn)確。原先學(xué)初量時我對此是有點迷糊的。
基矢就是一個或一組熱學(xué)量的共同本征矢,并使之正交歸一化。一個或一組熱學(xué)量所有的基矢即在希爾伯特空間中張成一個假象,淺顯點說就是一個座標(biāo)系。熱學(xué)量是希爾伯特空間中的張量,通常是二階的,即為矩陣。
二.狄拉克符號
把希爾伯特空間一分為二,互為排比的空間,就是狄拉克符號的優(yōu)點。
用右矢|α>表示態(tài)矢,左矢減去的平方根。
|β>+=是右矢,表示一個右矢,中取各值ai機(jī)率,與態(tài)矢量|Ψ>按A的歸一化本征矢量{|ai>}的展開式中|ai>的系數(shù)的復(fù)平方成反比,即與下式中ci的復(fù)平方成反比:
|Ψ>=∑|ai>cici=
波包的坍縮:處于|Ψ>態(tài)的系統(tǒng),假如檢測化學(xué)量A得值ai則該系統(tǒng)檢測后步入A的本征態(tài)|ai>。
原理三.微觀系統(tǒng)的粒子在直角座標(biāo)下位置算符X,正則動量P滿足對易關(guān)系:
[XiPj]=ih/2πδij
原理四.微觀狀態(tài)隨時間的變化規(guī)律是薛定諤多項式。
原理五.描寫全同粒子系統(tǒng)的態(tài)矢量,對于任意一對粒子的變換是對稱和反對稱的,即為:波骰子和費米子。反映了全同粒子的不可區(qū)分性。
所謂態(tài)疊加原理喀先生說得挺好,既要指出疊加態(tài)與與每位分立態(tài)的聯(lián)系,更要指出她們的區(qū)別。Dirac說:處于疊加態(tài)|Ψ>的系統(tǒng),部份得處于|Ψ1>,部份的處于|Ψ2>……,
也可以說,處于疊加態(tài)|Ψ>的系統(tǒng),既不是|Ψ1>態(tài),也不是|Ψ2>態(tài),……,是一個新態(tài)。
就是如此多內(nèi)容了,以上都是理解量子熱學(xué)概念的物理工具和基本原理。