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量子力学提纲

已有 10538 次阅读 2009-9-24 10:26 |个人分类:量子力学|系统分类:科研笔记

                                                 第一章    量子论的建立

1-1 经典物理学遇到的困难
  
黑体辐射
   
线状光谱
   
光电效应
   
原子稳定性
   
固体比热

1-2 Planck的黑体辐射理论——量子论的诞生
   
Rayleigh-Jeans公式
   
Planck公式  

1-3 Einstein的光量子 光电效应 光的波粒二象性

1-4 Bohr的原子理论
  
原子中能量量子化的直接验证——Franck-Hertz实验

1-5 Bohr-Sommerfeld量子化条件
  
角动量量子化
   
氢原子——简并情况  
   
Bohr-Sommerfeld量子化条件的修正
   
谐振子能级
   
匀强磁场中运动的带电粒子的可能轨道

附录:力学准备 Maupertuis作用量(缩短了的(abbrebiated)作用量)

1-6 de Broglie的物质波理论
  
氢原子
   
无限深势阱
   
de Broglie波与Bohr-Sommerfeld量子化条件
   
物质波的实验验证——电子衍射实验
   
探测原子核结构需要多高能量的电子——数量级估计  

1-7  量子力学的诞生——量子力学的三种等价描述
  
Heisenberg的矩阵力学
   
Schrödinger的波动力学
   
Feynman的路径积分表述  

1-8  测不准原理与互补原理
    粒子位置和动量的测量
   
任意正则共轭变量对的测不准关系
   
△互补原理
   
由测不准关系引发的哲学思考

                                                第二章    Schrödinger方程

2-1 波函数 
  
粒子不是由波组成的
   
波不是由粒子组成的
   
Born的几率波
   
波函数
   
几率幅和几率
   
波函数的归一化和相因子

2-2 态的线性迭加原理

2-3 波动方程
  
力学量和算符
   
非相对论波动方程
   
多粒子体系的波动方程
   
相对论波动方程
   
必须是复数的波函数

2-4 几率的定域守恒与几率流密度
  
几率守恒与连续性方程
   
定域守恒与流
   
粒子数守恒的量子力学

2-5 量子力学的经典极限
  
测不准原理的经典极限
   
正则量子化条件的经典极限
   
Schrödinger方程的经典极限

2-6 定态方程
  
分离变量
   
定态
   
非定态随时间的演化

                  第三章    一维问题

3-1 一维定态问题的一般讨论 
  
一维定态方程
   
简并
    
宇称
   
一维束缚态本征函数的节点

3-2 一维无限深方势阱 
        
宇称 边条件 连续的波函数与不连续的波函数一阶导数 能级 波函数 几率密度
3-3
一维对称有限深方势阱 
   
宇称 自然边条件 简化了的连续性条件 能级方程 图象法解能级方程 总有一个束缚态     
     
更一般的连续性条件 波函数
3-4 δ势阱
     
宇称 不连续的波函数一阶导数 跃变条件 唯一的束缚态 归一化 特征长度
3-5
一维线性谐振子
   
 
能级 波函数 宇称 节点 不对称的谐振子 几率密度 与经典谐振子的比较
    数学补充: Hermite多项式
       
Hermite方程的解--Hermite多项式
       
Hermite方程的解析表达式
       
Hermite多项式的加权正交关系
       
作为本征函数的Hermite多项式
3-6
外场中的谐振子——精确解与微扰处理 
  
 精确解
        
能级 波函数
   
定态微扰论简引
         
能级的一级修正和二级修正 波函数的一级修正
    
外场中的谐振子的微扰处理
         
能级 波函数

3-7 非束缚态问题  
              
束缚态与非束缚态 分立谱与连续谱 势垒与势阱
   势垒对粒子的散射 隧道效应
         
透射系数与反射系数 
   
粒子在方势阱上的散射
         E>V0
情况 E<V0情况 任意形状的势垒 Gamow穿透因子
   
折射率
        
光的情况 物质波的情况
   
周期势场 能带(简引)

              第四章    态 力学量 表象

4-1 态空间 
   态矢量 态空间  
   
Hilbert空间 Dirac符号 右矢
        
平方可积函数 Hilbert空间 复线性矢量

    空间 Dirac符号 右矢
    
对偶空间 左矢 内积      
        
对偶空间 左矢 共轭矢量 (不属于Hilbert空间的态矢) 内积 Schwarz不等式
   
无穷维的矢量空间
       * 
紧致性 完备性 
   
正交性      
        
两矢量正交 正交集 正交完备集 一个恒等式 投影算符 
   
作为矢量空间基矢的正交归一完备集
   
连续谱的情况
   
态矢的模——几率
        
紧致性 完备性 

4-2 力学量  算符 
    
力学量在态中的取值
         
经典情况 量子情况 平均值
   
用算符表示的力学量
         
对用来表示力学量的算符的要求 算符 算符作用在右矢上 线性算符 期待值
        
期待值为正的算符:Hermite算符 算符作用在左矢上 算符的Hermite Hermite共轭
         Hermite
共轭的各种性质 
   
算符的运算
        
相等 单位算符 加法 乘法 对易子(对易关系)
   
算符的函数
   
逆算符
   
力学量的函数——经典与量子对应中的不确定性
          Weyl
编序 曲线坐标中的量子化问题

4-3 力学量的本征态 
  
 
本征值 本征矢 本征方程
         
偏差 方均偏差 方均偏差为零的态 本征方程 本征态 本征值
   
分立谱 连续谱 
   
Hermite算符的本征值
   
Hermite算符本征函数的正交性
   
简并本征函数的正交化 Gram-Schmidt正交化手续
       
简并 简并度 正交化 Gram-Schmidt正交化手续    
   
Hermite算符(自伴算符)本征函数集的完备性
  
FeynmanHellmann定理

4-4 测不准关系 力学量可同时测准的条件 
    
测不准关系
   
最小测不准态 应用测不准关系做量级的估算
       
不同尺度系统的特征能量 无限深势阱 谐振子 
   
力学量可同时测准的条件

4-5 共同本征函数 力学量完全集 
     
力学量的共同本征函数
    
力学量完全集
   
自由度
   
共同的与不是共同的本征函数
    

4-6力学量随时间的演化 守恒律 
    
力学量随时间的变化 Heisenberg方程
        
力学量期待值随时间的变化 力学量算符随时间的变化-Heisenberg方程 
        
经典Poisson括号与量子Poisson括号(对易括号)  
    
守恒量 运动积分
   
包含Hamilton量的力学量完全集 好量子数
   
经典与量子中的守恒
   
Ehrenfest定理
   
viral(均功 位力 维里)定理
         viral
定理 相互作用势是Euler齐次函数的情况 谐振子 Coulomb δ势

4-7 表象 
   
 
表象
   
表象的选取 Q表象 态矢在表象中的表示
   
态的矩阵表示 内积 归一化
   
力学量算符在表象中的表示
   
Hermite算符的矩阵表示——Hermite矩阵
   
算符在自身表象中的表示
   
期待值(平均值)
   
Q表象下的本征方程
   
Schrödinger方程

4-8 表象变换(幺正变换) 
   
  保长度的变换
   
幺正变换下的内积
   
幺正变换下的算符
   
幺正变换下的Hermite算符
        
Hermite 保本征 保迹 保代数关系
   
表象变换
        
波函数的变换 力学量矩阵的变换
   
经典力学中的正则变换与量子力学中的幺正变换

4-9 力学量算符及其本征值举例
   4-9-
1 坐标算符 
   
      
一维情况
                
坐标算符的本征方程 本征矢 本征值 坐标算符在坐标表象中的本征函数 
           
力学量完全集
   
4-9-2 动量算符 
   
       
动量表象中的动量算符
                 
动量算符的本征方程 本征矢 本征值 动量算符在动量表象中的本征函数
           
坐标表象中的动量算符及本征函数
                
动量算符在坐标表象中的表示 本征方程 动量算符在坐标表象中的本征函数 
          
δ-函数归一化
          
箱归一化 周期性边条件
           
力学量完全集
    4-9-3 轨道角动量算符 
                 
直角坐标下的角动量算符
           
对易关系 
            
角动量的普遍定义
            
球坐标下的角动量算符
            
{L2,Lz}的共同本征函数 角量子数与磁量子数 简并度
                   
本征方程 分离变量 缔合Legendre方程 球谐函数 归一化 量子数 简并度
           
空间取向量子化 
           
力学量完全集

4-10 表象变换举例
     4-10-
1 坐标表象与动量表象间的表象变换 
                      
    
坐标表象下的波函数 动量表象下的波函数 表象变换 
              
(从坐标表象到动量表象的表象变换 Fourier变换 平面波展开)

     4-10-
2 坐标表象与能量表象间的表象变换 
                      
    
坐标表象下的波函数 能量表象下的波函数 表象变换 

4-11 时间演化算符 
      
时间演化算符
         
幺正性 时间演化算符满足的方程 形式解 
   
态矢随时间的演化
   
量子力学中的时间
    

                 第五章    有心力场

5-1 角动量守恒 力学量完全集 
  
经典与量子理论中的角动量守恒
   
力学量完全集

5-2 角向方程与径向方程
   
角向方程及其解 
   
径向方程
          R(r)
的方程与u(r)的方程 径向方程解的定性分析

5-3 径向方程解的渐近行为
   
长程力与短程力
   
V(r)=- α/rs 型势存在束缚态的条件       
    
r0时的渐近行为
   
r→∞时的渐近行为
         E<0
情况(束缚态)E>0情况(非束缚态)

5-4 两体问题
     
经典力学中对两体问题的处理
   
两粒子系统的Schrödinger方程
        
质心系  坐标变换 折合质量 分离变量    

5-5氢原子(类氢原子)
      Coulomb
径向方程的无量纲化 径向方程的渐进解 级数求解 氢原子能级

  △ 本征值
        
径向方程的渐近解 级数求解 氢原子能级        
    
本征函数
 
        
缔合Laguerre多项式 归一化 径向函数
 
   
几率分布

        
径向几率分布 角向几率分布
    
简并度
   
宇称
    
原子中的电流分布   
    
原子磁矩(轨道磁矩)

   
关于氢原子的进一步理论(简介)

5-6 无限深球方势阱
      
径向方程 径向函数 归一化 能级
   
数学补充:球Bessel方程的解法
   
补充:球方势阱中s波(l=0)的解7-3 简并情况下的定态微扰论
          零级近似波函数 能量的一级修正 简并的解除--完全解除和部分解除    

                    第六章    自旋

6-1 自旋的引入 电子自旋 
   Stern-Gerlach实验
        
磁矩与角动量 内禀角动量

6-2 自旋态 自旋态空间
      
自旋态 自旋态空间
   
波函数
6-3 自旋算符及其矩阵表示 自旋波函数
      
自旋算符
    
Pauli算符
   
本征态
   
力学量完全集
   
自旋算符的矩阵表示 Pauli矩阵
   
自旋在任意方向上的投影
   
自旋波函数
        
自旋在任意方向上的投影的本征函数
6-4 自旋12的粒子 
      
力学量完全集
    
波函数
   
与自旋有关的力学量 

6-5 角动量耦合 
      
问题的提出

        
磁矩间的作用 自旋轨道耦合 Coulomb场中存在自旋轨道耦合情况下的守恒量 
        
总角动量  
    
两个角动量耦合(算符关系)
   
力学量完全集
   
耦合表象和无耦合表象
   
表象变换 Clebsch-Gordon系数
   
自旋-轨道耦合
         
在无耦合表象中处理 在耦合表象中处理 能级分裂

                 第七章    定态微扰论

7-1 本征方程的微扰展开

7-2 非简并情况下的定态微扰论

   零级近似
   
一级修正
    
二级修正
   
微扰处理适用条件 

7-4 氢原子的一级Stark效应          

7-5 变分法 
   7-
5-1 变分原理
   7-
5-2 参数变分法
   7-
5-3 氦的基态(单参数试探波函数举例) 
     
     
数学补充:Legendre多项式的母函数(生成函数) 
                                            
第八章    跃迁与跃迁的微扰处理      

8-1 态的演化与跃迁几率 
  
态矢的演化
   
跃迁几率
   
匀强磁场中的电子

8-2 含时问题的微扰处理
      
态矢随时间的演化方程——Ho表象下的Schrödinger方程
   
演化方程的微扰展开
    
零级近似
   
一级近似       
    
跃迁几率

8-3 末态为(准)连续谱的跃迁 
      
连续谱的末态
   
跃迁几率 末态状态数 态密度       
    
自由粒子的末态相空间体积元与态密度  

8-4 定常微扰下的跃迁 Fermi黄金法则      

8-5 周期性微扰下的跃迁
   
两个态之间的跃迁几率        
    
共振发射与共振吸收
    
末态为连续谱的跃迁 能量和时间的测不准关系

8-6 光的发射和吸收的半经典理论
    8-6-
1 光与原子的相互作用
              
受激辐射 吸收 自发辐射(真空涨落)
     
8-6-2 Einstein的唯象理论
       
        Einstein系数 
     
8-6-3 Einstein系数  电偶极跃迁
     
      电偶极近似
           
单色波情况
           
非单色波情况
            
Einstein系数 
            
自发辐射与受激辐射
           
自发辐射强度
            
激发态寿命
            
激光(简介)

    8-6-4 电偶极跃迁选择定则

                   第九章    全同粒子

9-1 全同粒子
  
全同性(不可分辨)
   
经典力学中的情况 
    
量子理论中的情况 交换作用 

9-2 交换对称性 
   全同性原理
   
置换算符
    
交换两个全同粒子——对称与反对称的态矢
   
自旋与统计
   
不随时间变化的交换对称性 

9-3 对称化与反对称化
          构造对称化与反对称化态矢的原因 构造对称和反对称态矢: 两个粒子情况 N个粒子的情况

9-4 Pauli原理 
   Pauli原理
   
原子结构
    
原子核中中子的寿命    

9-5 两个电子的自旋函数 
   两电子体系的波函数
   
对称与反对称自旋波函数的构造
    
自旋在对称及反对称态中的取值

9-6 氦原子
   H-氏量
   
波函数
    
基态能量的一级修正
   
激发态能量的一级修正(简并情况)
   
正氦与仲氦  

                      第十章    散射

10-1 散射截面
   
散射截面 
   
散射振幅(定态散射理论) 
    
量子理论中的情况 交换作用 

10-2 分波法(有心力势场中的散射)
     10-2-
1 力学量完全集
                
力学量完全集 平面波用L2的本征函数集展开
         
10-2-2 相移
     10-
2-3 光学定理

10-3 分波法作为近似方法  

10-4 Lippman-Schwinger方程
    
Green函数方法
      
散射的积分方程——Lippman-Schwinger方程
10-5 Born近似
     10-5-
1 BornDyson展开
         
10-2-2 Born近似
           
一级近似 
               
散射截面 
               
适用范围 

10-6 Born近似举例



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