Физика колебаний. Квантово-механические системы: Пер. с англ. Д. А. Соболева/Под ред. А. Н. Матвеева. Предисл. А. Н. Матвеева. — М.: Высш. шк., 1989. —263 с.: ил.
Пер. изд.: Pippard A. The Physics of Vibration. The simple Vibrator in quantum Mechanics. Cambridge University Press, 1983.
ISBN 5-06-000059-1
Книга написана известным английским физиком, профессором Кембриджского университета, и представляет собой вторую часть курса «Физика колебаний» (перевод первой части вышел в 1985 г.). В ней рассматриваются в рамках квантовой механики простые колебательные системы и анализируются пределы применимости классического и квазиклассического подходов к квантовым явлениям. Основное внимание уделено физике вибратора в квантовой теории, предельно ясно описаны многочисленные физические явления, к которым могут быть применены результаты теоретического изучения.
ПРЕДИСЛОВИЕ РЕДАКТОРА
Предлагаемая вниманию читателей книга известного английского х-ченого А. Пиппарда является вторым томом его большого труда iio физике колебаний. Первый том (М., Высшая школа, 1985) был преимущественно посвящен классическим аспектам проблемы. В нем рассмотрены отдельные квантово-механические задачи, которые поддаются классическому анализу. Во втором томе излагаются квантово-механические вопросы физики колебаний в чисто квантовых явлениях и анализируются пределы применимости классического подхода к этим явлениям. В третьем томе автор предполагает рассмотреть колебания в сложных распределенных системах.
О месте книг А. Пиппарда в обширной литературе по физике колебаний достаточно подробно сказано в предисловии редактора к первому тому. Все отмеченное там сохраняет свое значение и для второго тома, включая высокую оценку научного содержания книги и оригинальности изложения. Подчеркнем еще раз, что, несмотря на наличие многочисленной литературы по физике колебаний, труд А. Пиппарда во многих отношениях уникален и представляет интерес не только для тех, кто изучает физику колебаний, но и для читателей, интересующихся различными областями физики. Это объясняется тем, что очень широкий круг вопросов по своему теоретическому и экспериментальному содержанию сводится к физике колебаний, а в книгах А. Пиппарда дано их оригинальное изложение на разнообразном материале явлений из самых различных областей классической и квантовой физики.
Теория колебаний как в классической, так и в квантовой областях физики основывается на рассмотрении простого вибратора, причем особая роль принадлежит гармоническому осциллятору. В квантовой теории физика гармонического осциллятора лежит в основе понимания теории поля, процедур вторичного квантования и других вопросов. Поэтому квантово-механический под-к изучению простого вибратора имеет даже большее значе-чем классический. Во втором томе основное внимание уделяется самой физике вибратора в квантовой теории, однако при лом не теряются из вида многочисленные физические проблемы, к которым могут быть применены результаты такого изучения.
Другим существенным обстоятельством, обусловливающим "ажность изучения свойств простого вибратора в квантовой тео-РНИ, является эффективность их использования для понимания
сути квантовых закономерностей и развития физической интуиции в квантовой области. Поведение квантового осциллятора в сравнении с другими квантовыми системами наиболее полно определяется соответствующими классическими правилами. Поэтому во многих случаях классический подход приводит к результатам, практически совпадающим с квантовыми. В других случаях квазиклассическое приближение позволяет глубоко проникнуть в суть явления, после чего квантовый анализ становится во многих отношениях тривиальным в рамках классической интуиции. Это -позволяет сформулировать достаточно четкие критерии пределов применимости квазиклассического подхода к анализу квантовых явлений.
Квазиклассический подход обладает большой эвристической ценностью и эффективностью при анализе действия на вибратор хорошо определенных в классическом смысле сил. Однако, когда речь идет об исследовании взаимодействия вибратора с квантовыми объектами, квазиклассический подход оказывается полностью несостоятельным. Анализу таких ситуаций в книге также уделено много внимания.
При переводе на русский язык по возможности сохранен авторский стиль изложения. Замеченные опечатки исправлены, а примечания к некоторым местам текста имеют терминологический характер.
Профессор А. Н. Матвеев
ПРЕДИСЛОВИЕ
Когда десять лет назад я начал писать книгу о физике колебаний, я думал, что это будет один-единственный том. Четыре года назад я смирился с необходимостью появления двух томов, а сейчас, должен сознаться, из-за сложности предмета сдаю в печать лишь второй из предполагаемых теперь трех томов, не дожидаясь, пока третья часть окажется в одном переплете со второй. Я все еще надеюсь воздать должное колебаниям протяженных систем, однако из-за больших трудностей нас не выручит даже та энергия, с которой в настоящее время разрабатываются некоторые из важнейших вопросов.
Было истинным удовольствием встречать понимание своей работы. Но особенно теплой благодарностью мне хотелось бы отметить помощь, оказанную мне докторами Эдмундом Кроучем и Джоном Хэннеем — много лет тому назад они в качестве студентов-исследователей получили для меня некоторые решения уравнения Шредингера, послужившие надежной отправной точкой моих размышлений; доктором Бобом Банером, который сопровождал меня в кратких экскурсах в области структурной химии и молекулярной спектроскопии; доктором Эндрю Филлипсом, который посвятил критическому чтению машинописного текста больше времени, чем я смел ожидать. Если машинописный текст в том виде, в котором он был предъявлен в издательство, не имел даже скромного соответствия стандарту, то вина за это ложится исключительно на последствия моих пространных рассуждений и ни в коей мере не относится к миссис Джанет Салборн, терпеливая и преданная работа которой по печатанию рукописи заслуживает большого уважения и, конечно, моей благодарности. Я счастлив сообщить, что оригинал рис. 19.5 любезно предоставлен мне доктором Брайэном Петли. Я по-прежнему очень доволен типографией Кембридж Юниверсити Пресс. Те недосмотры с моей стороны, которые были допущены в первом томе и затрудняли работу с ним, в настоящем томе устранены.
Кембридж, 1981 А. Б. Пиппард
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие редактора........................ 5
Предисловие.............................. 7
13. Квантовый гармонический вибратор и его классические черты .... 8
13.1. Решение уравнения Шредингера.................. 11
13.2. Распределение моментов..................... 15
13.3. Нестационарные состояния.................... 16
13.4. Когерентное состояние...................... 18
13.5. Потенциальная и кинетическая энергии.............. 20
13.6. Классическое поведение <|>.................... 22
13.7. Импульсный отклик квантовой системы.............. 24
13.8. Критические явления....................... 29
13.9. Эквивалентный классический ансамбль (а-представление)..... 31
13.10. Энергия, сообщаемая приложенной силой............. 35
13.11. Параметрическое возбуждение.................. 37
14. Ангармонические вибраторы..................... 40
14.1. Изохронные вибраторы...................... 40
14.2. Потенциальная яма произвольной формы. Полуклассический метод 45
14.3. Приближение ВКБ........................ 53
15. Колебания и циклотронные орбиты в двумерном случае ...... 59
15.1. Ферми-резонанс: нелинейное связывание.............. 63
15.2. Циклотронные орбиты....................... 70
15.3. Квантование в магнитном поле.................. 73
15.4. Квантование некруговых орбит в реальных металлах....... 76
15.5. Магнитное разрушение...................... 80
16. Диссипация, уширение уровней и излучение............. 87
16.1. Связанные гармонические вибраторы................ 88
16.2. Диссипация и уширение уровней................. 91
16.3. Излучение электромагнитных волн в свободное пространство .... 96
16.4. Спонтанное излучение в квантовой механике............ 99
16.5. Закон излучения Планка. Коэффициенты Эйнштейна........ 102
16.6. Расходимость в теории излучения диполя. Увеличение массы .... 107
17. Эквивалентный классический осциллятор.............. 112
17.1. Правила /-сумм.......................... 114
17.2. Статическая поляризуемость................... 117
18. Двухуровневая система....................... 120
18.1. Общая теория . . . ....................... 121,
18.2. Модель двух потенциальных ям.................. 124>
18.3. Функции отклика......................... 127j
18.4. Радиационное затухание в двухуровневой системе......... 134J
262 . . |
18.5. Уравнения движения в двойной потенциальной яме с затуханием 140
18.6. Стимулированные и спонтанные переходы............. 14*
18.7. Восприимчивость, зависящая от частоты.............. 146
18.8. Диэлектрические потери в полиэтилене — пример релаксации при туннелировании .......................... '49
18.9. Другие примеры двухуровневых систем. Аммиак.......... 153
19. Уширение линий.......................... 162
19.1. Диффузия фазы......................... 164
19.2. Уширение Штарка и резонансное уширение............ 168
19.3. Доплеровское уширение. Спектроскопия насыщения........ 176
19.4. Спиновое эхо и связанные с ним эффекты............. 180
20. Мазер на аммиаке......................... 188
20.1. Стимулированное излучение................... 190
20.2. Диэлектрический отклик молекулярного пучка........... 192
20.3. Флуктуации амплитуды и фазы.................. 197
20.4. Квантовая теория взаимодействия молекула — резонатор...... 203
20.5. Наглядное представление матрицы плотности........... 208
20.6. Гармонический осциллятор с затуханием............. 209
20.7. Диссипация и флуктуации в мазере................ 218
20.8. Измерение частоты мазера.................... 222
20.9. Мазер как стандарт частоты................... 223
21. Мазеры. От лазера до лампы бегущей волны............ 227
21.1. Механизмы инверсии заселенностей................ 229
21.2. Классический подход к процессам в мазере............ 235
21.3. Электронный циклотрон...................... 235
21.4. Модулирование пучка по плотности и работа мазера........ 240
21.5. Затухание и усиление акустических волн в твердых телах .... 245
21.6. Лампа бегущей волны...................... 248
21.7. Клистрон............................. 249
Заключение............................... 25&
Литература.............................. 257
Указатель............................... 260
Цена: 150руб.
