中外著名《量子力学》教材之比较 联系客服

发布时间 : 星期五 文章中外著名《量子力学》教材之比较更新完毕开始阅读40866cc47f1922791688e8bf

子的话会更好。由于侧重理论、实验本身,对于掌握应用方面假设读者能自己掌握到,并没有给出详细的解决问题的一套方法,有些符号标记也未解释,就直接拿来运用,在最后一章中就原子中辐射能量波的产生讨论的并不够详细。在使用本书时最好是配合Griffiths的书一同使用,如果可能在参考数学难度较大的Shankar的书,这样的话结合三本书能很好的掌握和使用量子力学。

六、Robert Eisberg and Robert Resnick《Quantum Physics of Atoms, Molecules, Solids, Nuclei, and Particles》的评价与分析

6.1 引言

再版的《Quantum Physics of Atoms, Molecules, Solids, Nuclei, and Particles》增加许多内容以及接受了相关学者的意见,已被加州大学圣巴巴拉分校等美国名校使用多年,作为现代物理学量子导论教材收到师生的广泛欢迎。 6.2 作者简介

Robert Resnick是一个广受尊敬的物理学教育家和物理教材的作者。在约翰·霍普金斯大学物理系于1943年获得学士学位、1949年获得博士学位。在伦斯勒理工学院的几年里,他与人合著了七本关于相对论、量子物理学和普通物理的教科书,并已被译成超过47种语言,据估计超过七百万名学生使用了他的书。1960年他与Halliday编写的一年级教科书,再版为《Fundamentals of Physics》已被广泛应用,并被认为彻底改变了物理学的教育。2002年,美国物理协会授予其工作为20世纪最杰出的物理学导论教科书。1974年美国物理教师协会最高奖项Oersted奖章,并从1986年到1990年当仁该协会会长。作为Fulbright学者,他还是一名哈佛大学的名誉研究员和客座教授(1964 – 1965)。其他奖项包括中华人民共和国的荣誉客座教授 (1981年和1985年)、埃克森基金会杰出教学奖(1954),伦斯勒理工学院杰出教师奖(1971),年度优秀教育家(1972),美国物理学会和美国科学进步协会的会员。

Robert Eisberg美国理论物理学家,物理教育家,加州大学圣巴巴拉分校物理系教授。 6.3 教材总体架构与内容简介

本书共包含18章:热辐射和普朗克假设;光子——辐射的准粒子属性;德布罗意假设——粒子的波动性质;波尔的原子模型;薛定谔量子力学理论;时间无关的薛定谔方程的解;单电子原子;磁偶极子运动、自旋和跃迁几率;多电子原子——基态和x射线激发;多电子原子——光学激发;量子统计;分子;固体——导体和半导体;固体——超导和磁性;核模型;核衰变和核反应;基本粒子的介绍;基本粒子进一步内容。

章节内容比较多,涵盖现代量子物理学的诸多具体方面,附带了19个附录,涉及很多

13

更深、更数学化的量子力学内容。本书的初始目的是为具有基础经典力学、微积分知识的低年级的一年课程,为更加数学化的量子力学课程做铺垫。基于历史发展的角度展示量子理论在原子、分子、固体和核物理中的研究。从第一章到第四章介绍了许多早期的量子力学现象和旧量子力学的基本思想。从第五章到第九章开始讨论量子力学在单电子和多电子原子中的具体应用,而之后内容独立的章节可根据教学课时需求有所取舍。最后的两章试图用一百多页来快速浏览一遍粒子物理中的大量信息。 6.4 该书的主要特色

1、每个主题的结构组织良好,内容清晰明了。这本书完美的介绍量子物理学,特别是对于那些通过逐步了解其中本质的物理概念的意义的读者。大多数书基本上都是干燥的数学公式,这就需要大量计算推演公式才能得到公式背后的实际物理意义。这本书很好地告诉了读者为什么某些事情不能用经典物理解释或解释不通(而不是简单地说明),为什么存在某些假设和问题的缘由,因而涉及量子物理学存在的理由。前5章让读者能很好地了解量子物理学发展的历史和经典力学的不足。第六章很好的概述了如何解决在一些特定的情况下的薛定谔方程,同时读者能体会到量子力学是如何使用的。剩下来其余的章节则都集中在特定的情况、应用和现象中的量子力学。

2、论证可信有理。量子力学本身的数学基础很是复杂,过多的数学表述不易于初学者学习,过于笼统的数学表述又不能确保读者真正的理解思想,适当的公式表述是一件很难的事,这本书完美的混合形式数学和定性分析,所有的解释似乎都很明确,描绘出一幅非常连贯的量子力学。

3、富有教学特色。每个章节前都有详细的章节介绍,章节中带有大量的很好的图表和实例,按教学或读者能力有许多可选小节和可选附录,章节末附有大量习题和提问,这也正和本书偏多的分析内容相呼应,通过回答问题加深对作者定性分析内容的理解,而不单单是通过做题来达到。附录最后配有答案,有利于读者对自身学习成果的评判。

4、内容上说是量子力学不如说是量子物理,更适合现代物理学的知识内容。讨论原子物理是为了具体展示量子力学基本思想的应用,分子、固体、核物理的内容则更加充实展现了现代物理学的发展。

5、考虑读者对数学的兴趣,附录涵盖了很多更深的内容,像是狭义相对论、微扰理论、玻恩近似、规范理论。而主体则保持着对许多方面讨论的流畅连续性,引用了大量的实验和自然现象,包括激光器、超导体、半导体等等现代物理结晶。 6.5 侧重方向

14

20世纪中叶以来,为了避免纯粹哲学问题而倾向狄拉克的名言“遵循数学”——已经使书籍越来越简洁。计算推导与思辨分析也很难平衡回到同等地位,但至少这书做了足够的功夫在讨论问题的真实性、可计算性、动机、发现和错误。这本书给非专业的读者提供了一个深入量子力学的诠释。它描述了量子力学为什么和如何建立起来的,它主要关注概念和想法的理解,而不是关注数学技巧。由于这样编写的原因,相对现在传统的书,对有些读者可能显得有些冗长,特别是从固体物理到核物理的章节中,但之前的内容还是比较简明清晰的。

重视抽象概念的理解,这有利于读者能更好的掌握更高难度的前沿量子力学的概念和数学。 6.6 难易程度

主题内容通俗易懂,偏重定性分析,有利于读者掌握抽象概念,例题和事例都相对简答,丰富的图表也使得内容更加清晰明了,但部分习题和思考题对于自学的读者偏难。 6.7 该书值得商榷之处

作者引入了许多量子理论的思想,但并不总是提供一个严谨的数学背景。读者能得到一个理解量子理论的很好起点,但肯定是不全面的,若要细究每个方程的由来与推导过程,本书是无能为力的。还有最后两章对粒子物理的讨论似乎有点走马观花。有些例题过于简单而无法完全体现出某些复杂概念全部内容。

七、“不确定性原理”等知识点论述的比对分析

量子力学的基础是波粒二象性和概率波的量子统计,而作为这两个基本思想的推论不确定性原理长久以来一直是困扰初学者的一个问题,我们将就这一具体内容展开分析讨论。作为波粒二象性和量子统计解释的推论,解释它就必须从这两方面出发,概括起来就是回答为什么不确定和不确定度是多少这两个问题。要全面详细的解释,就要从概念、实验、数学、应用四方面出发来阐述。

曾谨言的《量子力学》第四版:作者在第二章和第四章分别从波粒二象性和量子统计解释两方面来阐述概念和数学形式。从经典粒子概念在微观尺度上多大程度适用出发,引用波包概念讨论粒子的波动性,从而得到不确定关系式,用作者的话说波长是与整个波动相关的,空间某点的波长的提法是没有意义的。从波粒二象性本质上分析了不确定性原理的概念。在第四章中运用算符对易子的基础和不等式关系式,得到不确定性原理的一般关系式,附带例题思考题侧重算符对易的概念。整体上来说,有优点也有不足,概念解释透彻,但证明繁琐,公式迭代多。

苏汝铿的《量子力学》第二版:作者在第三章矩阵力学中运用不等式关系式证明了不确

15

定性原理关系式,优缺点同上。接着作者从六个方面做出分析讨论:“测不准关系”的误解,算符对易的本质,理想实验,零点能和角动量算符中的应用,以及测量的主客观性。并没有详细的从本质波粒二象性的角度出发讨论不确定性原理的概念,这点略显不足。

张永德的《量子力学》第二版:作者在第一章中紧接着波粒二象性和概率波之后运用Fourier宽带定理证明了不确定性原理,从频谱分析的观点来解释不确定性原理,证明本身简洁干净,但过于依靠Fourier宽带定理,并不能从图像上更好的说明。之后还讨论了不确定性原理在粒子物理和原子核物理的应用。

David J.Griffiths的《Introduction to Quantum Mechanics》:作者在第一章和第三章分别从波粒二象性和量子统计解释两方面来阐述概念和数学形式。特别是在第一章中,有别于经典的方法从粒子的波动性来讨论,作者巧妙的运用了波动的绳子,从波的角度出发来形象的讨论波粒二象性的不确定性。对于连续波动的绳子,我们能很容易的读出波长,根据德布罗意关系式从而得到动量,但却很难读出位置,换句话说就是对于确定波长的波讨论位置是没有意义的;对于孤立波的情形,我们能很容易读出位置,但却很难读出波长,也就是说位置和动量是不能同时确定的。用波动的绳子形象的解释了不确定性原理。在第三章中,作者用复数的绝对值大于虚部的内积方法,简洁明了的证明了一般的量子统计不确定关系式,并从数学上分析了非对易算符这一本质问题。之后还就最小不确定波包和能量-时间不确定关系展开了扩展讨论,附带大量习题讨论。整体来说,分析和证明简洁明了,概念清晰,方法巧妙,是一部出色的教材。

A. P. French and Edwin F. Taylor的《An Introduction to Quantum Physics》:由于作者采用传统经典的描述方法,运用的都是初级数学如微分方程和实分析,并没有太多的涉及量子统计的内容,也就没有具体讨论不确定性原理的关系式,不过就其基础波粒二象性展开了详细的讨论,具体分析了Davisson-Germer实验,还分别就电子、中性原子、分子和核粒子的波动性逐节讨论。从粒子的波动性自然可以窥得不确定性原理的奥义。本书更注重实验,具体实例,用浅显的数学来研究,合适作为导论教材。

Robert Eisberg and Robert Resnick的《Quantum Physics of Atoms, Molecules, Solids, Nuclei, and Particles》:作者首先就经典力学、量子力学和相对论中的不确定性问题展开讨论,得出量子统计这一本质原因,讨论具有启发性,之后从测量的角度出发,用波尔的理想实验简单的给出了不确定关系式,最后用不确定性原理重新阐释杨氏双缝实验,并附有两道例题,注重基本概念的反复讨论,温故而知新。

中外教材对比:从实用的角度说,国内教材偏重数学无厚非,但部分教材并不能很好阐

16