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A. P. French,美国理论物理学家,物理教育家。毕业于剑桥大学,1942年获得学士学位、1948年获得博士学位。现在是麻省理工学院一名退休的物理学教授。1942年在英国卡文迪许实验室,他开始着手努力建造原子弹,到1944年该计划并入美国曼哈顿计划。他被送到了美国的洛斯阿拉莫斯。当战争结束后,他回到英国在新成立的原子能研究部门度过了几年时间。后来他成为剑桥的一名教师,在卡文迪什进行研究,并成为彭布鲁克大学和剑桥大学的自然科学研究的研究员兼董事,1955年在达南卡罗来纳大学成为了物理系主席,1962接受了麻省理工学院的物理系的教职并一直带到现在。他主要关心的是物理学本科教育。他是纯粹与应用物理国际联盟(1975 - 1981)的物理教育委员会主席和美国物理教师协会(1985 - 1986)的会长。他也是美国物理学会的研究员。
Edwin F. Taylor是一位以物理教学而出名的美国物理学家。在哈佛大学获得物理学博士学位,而其大部分学术生涯时间是在麻省理工的物理系度过的。他是美国物理学杂志的编辑,并且出版了一系列物理学导论书籍。1998年因其出色的教学工作而被授予Oersted奖章。 5.3 教材总体架构与内容简介
全书共包含14章:原子的简单模型、粒子的波动性、波粒二象性与束缚态、一维薛定谔方程解、薛定谔方程的近一步应用、光子与量子态、几率幅与态矢量、量子态的时间演化、粒子散射与势垒穿透、角动量、原子系统的角动量、三位系统的量子态、全同粒子与原子结构、原子辐射。内容基本可分为前七章和后七章两部分,前半部侧重描述量子力学基本思想与概念,后半部则讨论在更加复杂的系统下的量子力学。 5.4 该书的主要特色
1、内容基于物理本身,实验与理论具有同等的地位。通过详细介绍众所周知的近代物理实验来引导至量子世界,无论你是否对物理有一定的学习背景或刚刚开始学习,这本古老的书都是一本经典之作。作者尽可能的适当运用数学,而不是展现花哨数学来刺激读者。运用算符的概念处理物理问题,尽管对于一些人这本书算是“老式”特色,但对于初学者其历史主题的描述方式还是很有意思的,每个章节前都有一小节介绍文字描述问题的由来、实验结果和相关概念,在这一点还是做到令人耳目一新的。
2、描述方法传统,语言风格通俗易懂。这是一个典型的导论水平的大学教材。本书的讲述方式是传统的,在解释概念上相对缓慢的举例说明。在某种意义上数学语言的使用并不算现代,并没有使用高度符号化的操作算符语言,而是采用更为传统经典的描述方法,像是微分方程和实分析,对于学生来说,这种表述的确更容易被理解。
3、解释概念方法新颖有效。本书写得很棒,有着丰富的关系图和示例。描述光子和极
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化的一章是一个在理解态向量方面的优秀教学方法。在更高级的课程中试图理解量子力学假设的背后动机也将派上用场。具体到第六章和第七章中介绍量子态时,用光的偏振作为例子,精彩的讨论了狄拉克的括号表示。对于通常的读者应该自己能知道结果会是什么样的,例如当线性极化光通过定位在偏离偏振轴的一定角度的结果。作者发展了一套相对于学生来说比较熟悉的线性和圆极化投影振幅来重现结果,这使得态矢量的理解变得相对容易,并且对于读者来说更容易学习和接受通过解决更加复杂问题中得到的本来不是那么直观结论。
在第九章作者只用了几页纸就alpha衰变发展了一套简单的量子化的理论,这套理论很容易掌握,而且相对于alpha粒子能量的半衰期不带可调参数。然后作者将他们的结果与试验进行了对比,并显示与半衰期的结果的一致性达到24个数量级。这个例子完美的展示了量子力学本身的强力实用,体现出简单、清晰的推理能实现广泛适用的结果。
4、课后及课外资源丰富。这本书配有大量的实例和章节末的习题,习题有难有易,足以保证学生的练习量。注重资源利用,在第一章开始前附有一章量子力学学习辅助,对于极化材料、几率与不确定性、极化光的干涉效应和其他许多实验等,给出了网络视频资料,有效的、多途径的让读者更好的学习理解量子力学。 5.5 侧重方向
本书强调基本原理的理解和实验结果的解释,从读者角度非常注重解说和理论基础的陈述方式。本书将引导读者通过专注于物理而不仅仅是数学来了解真实的物理图像。写好一本量子力学并不容易,但这本书写得很好并且拥有许多很好的对第一次学习理解量子力学的图例,结合章节后富有洞察力的问题,对于一、二年级的本科生是一本在使用Griffiths的书前的首选导论参考教材或教学用书。 5.6 难易程度
本书教学方法科学,讲述从简入难,有很好的逻辑框架,先让读者先建立好良好的基本概念理解,在将问题复杂化来呈现复杂的量子体系。对读者的要求也比较简单,只要求有扎实的处理偏微分方程和边界值问题的能力,以及动力学和电动力学相关知识。作者编写的量子理论逻辑自洽并且非常易读。整套教材列举了很多实例,此外有丰富的插图来帮助把握分析波函数和概率密度。虽然不是作为一个研究生级别的量子力学书本,其内容还是包含了更深的一些内容,如WKB方法和微扰理论。本书可作为一本优秀的基本量子力学和研究生量子力学之间的桥梁。 5.7 该书值得商榷之处
这本书在概念上很具深度,但在数学上的表述却弱了些,如果能给出更多有趣的应用例
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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
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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
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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
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