Оригинално заглавие:
PERSPECTIVES OF MODERN PHYSICS
by Arthur Beiser, Formerly Associate Professor of Physics New York University
McGraw — Hill Book Company New York-St. Louis-San Francisco Toronlo-London-Sydney
*
Аннотация
Современная физика является областью знаний, к которой привлечено пристальное внимание не только физиков, но и работников самых разнообразных смежных специальностей. Автор начинает изложение с основ специальной теории относительности и релятивистской механики. Затем переходит к описанию корпускулярных свойств волн и волновых свойств частиц. После изложения основ квантовой механики рассматриваются атом водорода, многоэлектронные атомы, а также химическая связь, строение и спектры молекул. Приводятся основы классической и квантовой статистики. Четыре главы знакомят с физикой твердого тела: рассмотрены вопросы о кристаллической решетке, теплоемкости по Дебаю, зонной структуре, дислокациях и проводимости. Заключительная часть книги посвящена атомному ядру, ядерным силам и моделям, ядерным реакциям и элементарным частицам. Отличительная черта книги — удачное сочетание популярности изложения с высоким научным уровнем.
*
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие 5
Глава 1. Специальная теория относительности 7
§ 1.1. Опыт Майкельсона—Морли 7
§ 1.2. Специальная теория относительности 12
§ 1.3. Преобразования Галилея 15
§ 1.4. Преобразования Лоренца 17
§ 1.5. Сокращение длины по Лоренцу — Фицджеральду .... 19
§ 1.6. Замедление времени 21
§ 1.7. Распад мезонов 25
§ 1.8. Одновременность 26
§ 1.9. Пространство — время 27
Задачи 30
Глава 2. Релятивистская механика 32
§ 2.1. Сложение скоростей 32
§ 2.2. Относительность массы 34
§ 2.3. Эффект Вавилова — Черенкова 37
§ 2.4. Масса и энергия 38
§ 2.5. Некоторые релятивистские формулы 40
§ 2.6. Масса и энергия: другой возможный вывод 41
§ 2.7. Общая теория относительности 44
§ 2.8. Парадокс близнецов 46
Задачи 47
Глава 3. Корпускулярные свойства волн 49
§ 3.1. Фотоэлектрический эффект 49
§ 3.2. Квантовая теория света 52
§ 3.3. Рентгеновское излучение 55
§ 3.4. Дифракция рентгеновского излучения 60
§ 3.5. Комптон-эффект 63
§ 3.6. Гравитационное красное смещение 67
Задачи .69
Глава 4. Волновые свойства частиц 71
§ 4.1. Волны де Бронля 71
§ 4.2. Волновая функция 72
§ 4.3. Скорость волны де Бройля 73
§ 4.4. Волновая и групповая скорости 75
§ 4.5. Дифракция частиц 78
§ 4.6. Принцип неопределенности 81
§ 4.7. Применение соотношения неопределенностей 86
§ 4.8. Корпускулярно-волновой дуализм 87
Задачи 89
Глава 5. Строение атома 91
§ 5.1. Модели атомов 91
§ 5.2. Томсоновская модель атома 94
§ 5.3. Рассеяние а-частиц 97
§ 5.4. Формула рассеяния Резерфорда 100
§ 5.5. Размеры ядер '02
§ 5.6. Электронные орбиты ЮЗ
§ 5.7. Несостоятельность классической физики 104
Задачи 107
Глава 6. Модель атома Бора 108
§ 6.1. Атомные спектры 108
§ 6.2. Атом Бора 111
§ 6.3. Уровни энергии и спектры 114
§ 6.4. Возбуждение атомов 117
§ 6.5. Опыт Франка — Герца 118
§ 6.6. Принцип соответствия 119
§ 6.7. Движение ядра и приведенная масса 121
§ 6.8. Водородоподобные атомы 123
Задачи 124
Глава 7. Уравнение Шредингера 126
§ 7.1. Квантовая механика 126
§ 7.2. Волновая функция 127
§ 7.3. Волновое уравнение 128
§ 7.4. Уравнение Шредингера, зависящее от времени 132
§ 7.5. Ток вероятности 134
§ 7.6. Средние значения '37
§ 7.7 Операторы 138
§ 7.8. Уравнение Шредингера для стационарных состояний . 141
§ 7.9. Собственные функции и собственные задачи 142
Задачи 144
Глава 8. Приложения квантовой механики 146
§ 8.1. Частица в ящике: квантование энергии 146
§ 8.2. Частица в ящике: волновые функции 149
§ 8.3. Частица в ящике: квантование импульса 151
§ 8.4. Частица в ящике с нежесткими стенками 152
§ 8.5. Гармонический осциллятор 154
§ 8.6. Гармонический осциллятор: уровни энергии 158
§ 8.7. Гармонический осциллятор: волновые функции 160
§ 8.8. Частица в трехмерном ящике 162
Задачи 165
Глава 9. Квантовая теория атома водорода 167
§ 9.1. Уравнение Шредингера для атома водорода 167
§ 9.2. Разделение переменных 169
§ 9.3. Квантовые числа 170
§ 9.4. Главное квантовое число 173
§ 9.5. Орбитальное квантовое число 173
§ 9.6. Магнитное квантовое число 175
§ 9.7. Нормальный эффект Зеемана 179
§ 9.8. Момент количества движения 179
§ 9.9. Плотность вероятности для электрона 183
Задачи ...... . 187
Глава 10. Многоэлектронные атомы 191
§ 10.1. Спин электрона . 191
§ 10.2. Спин-орбитальное взаимодействие 195
§ 10.3. Принцип Паули 196
§ 10.4. Строение электронных оболочек 199
§ 10.5. Периодическая таблица 201
§ 10.6. Правило Хунда 209
§ 10.7. Полный момент количества движения 209
§ 10.8. 15-связь 212
§ 10.9. //-Связь 215
Задачи 216
Глава 11. Атомные спектры . . 218
§ 11.1. Происхождение спектральных линий 218
§ 11.2. Правила отбора 221
§ 11.3. Одноэлектронные спектры 224
§ 11.4. Двухэлектронные спектры 226
§ 11.5. Спектры рентгеновского излучения 229
Задачи 231
Глава 12. Химическая связь . . . . 232
§ 12.1. Образование молекул 232
§ 12.2. Обобществление электронов 233
§ 12.3. Молекулярный ион Н^" 236
§ 12.4. Метод ЛКАО 241
§ 12.5. Молекула Н2 247
§ 12.6. Ионная связь 249
Задачи 254
Глава 13. Структура молекул 256
§ 13.1. Теория связей 256
§ 13.2. Подход, основанный на представлении о валентной связи . 257
§ 13.3. Молекулярные орбитали 259
§ 13.4. Электроотрицательность 267
§ 13.5. Многоатомные молекулы 271
§ 13.6. Гибридные орбитали 273
§ 13.7. Углеродо-углеродные связи 276
§ 13.8. Бензольное кольцо 278
Задачи . 283
Глава 14. Молекулярные спектры 284
§ 14.1. Вращательные уровни энергии: двухатомные молекулы . . 284
§ 14.2. Вращательные уровни энергии: многоатомные молекулы . . 288
§ 14.3. Вращательные спектры 290
§ 14.4. Изотопическое замещение 293
§ 14.5. Колебательные уровни энергии: двухатомные молекулы 294
§ 14.6. Колебательные уровни энергии: многоатомные молекулы 299
§ 14.7. Колебательно-вращательные спектры 301
§ 14.8. Электронные спектры 305
Задачи . 310
Глава 15. Статистическая механика 313
§ 15.1. Фазовое пространство 313
§ 15.2. Вероятное^ распределения 315
§ 15.3. Наиболее вероятное распределение 318
§ 15.4. Статистика Максвелла — Больцмана 320
§ 15.5. Скорости молекул 323
§ 15.6. Вращательные спектры 325
Задачи 327
Глава 16. Квантовая статистика . . 329
§ 16.1. Статистика Бозе — Эйнштейна 329
§ 16.2. Излучение черного тела - 331
§ 16.3. Формула Рэлея — Джинса 334
§ 16.4. Формула Планка для излучения 337
§ 16.5. Статистика Ферми — Дирака 339
§ 16.6. Сравнение результатов . 340
§ 16.7. Переходы между состояниями 342
§ 16.8. Мазеры и лазеры 345
Задачи 347
Глава 17. Связь в твердых телах 348
§ 17.1. Аморфные твердые тела 348
§ 17.2. Ионные кристаллы 350
§ 17.3. Ковалентные кристаллы 354
§ 17.4. Силы Ван-дер-Ваальса 356
§ 17.5. Водородная связь 358
§ 17.6. Металлическая связь 360
§ 17.7. Одно- и двухмерные кристаллы 363
Задачи 369
Глава 18. Строение кристаллов 371
§ 18.1. Решетки Браве 371
§ 18.2. Некоторые кристаллические структуры 374
§ 18.3. Радиусы атомов 379
§ 18.4. Точечные дефекты 383
§ 18.5. Дислокации . 385
Задачи 391
Глава 19. Теплоемкости твердых тел 393
§ 19.1. Тепловые колебания: частоты 393
§ 19.2. Тепловые колебания: амплитуды 395
§ 19.3. Теплоемкости твердых тел 397
§ 19.4. Теория Эйнштейна 398
§ 19.5. Теория Дебая 400
§ 19.6. Энергия Ферми 403
§ 19.7. Распределение электронов по энергиям 406
§ 19.8. Электронная теплоемкость 408
Задачи 409
Глава 20. Теория твердых тел, основанная на представлении об энергетических полосах 410
§ 20.1. Энергетические полосы 410
§ 20.2. Полупроводники с примесями 413
§ 20.3. Закон Ома г 416
§ 20.4. Зоны Бриллюэна 419
§ 20.5. Причины появления запрещенных полос 421
§ 20.6. Причины возникновения сопротивления 428
§ 20.7. Эффективная масса 429
Задачи 433
Глава 21. Атомное ядро 435
§ 21.1. Массы атомов 435
§ 21.2. Ядерные электроны 438
§ 21.3. Нейтрон 439
§ 21.4. Стабильные ядра 441
§ 21.5. Размеры ядер 444
§ 21.6. Энергия связи 446
Задачи 448
Глава 22. Ядерные силы и модели ядра 449
§ 22.1 Дейтрон 449
§ 22.2. Основное состояние дейтрона 452
§ 22.3. Триплетные и синглетные состояния 454
§ 22.4. Мезонная теория ядерных сил 454
§ 22.5. Капельная модель ядра . 458
§ 22.6. Оболочечная модель . 460
Задачи 464
Глава 23. Радиоактивность 466
§ 23.1. Статистика радиоактивного распада 466
§ 23.2. Радиоактивные семейства 469
§ 23.3. а-Распад 470
§ 23.4. Проникновение сквозь барьер 474
§ 23.5. Теория а-распада 479
§ 23.6. Р-Распад 481
§ 23.7. Нейтрино 483
§ 23.8. Излучение позитронов и электронный захват 483
§ 23.9. Обратный Р-распад 485
§ 23.10. у-Излучение 486
Задачи 487
Глава 24. Ядерные реакции 488
§ 24.1. Система центра масс 488
§ 24.2. Сечение взаимодействия 491
§ 24.3. Средняя длина свободного пробега 494
§ 24.4. Составные ядра 495
§ 24.5. Возбужденные состояния 497
§ 24.6. Кулоновскин барьер 498
§ 24.7. Деление ядра 498
§ 24.8. Цепная реакция . . ' 501
§ 24.9. Трансурановые элементы 503
§ 24.10. Термоядерная энергия 504
Задачи 507
Глава 25. Элементарные частицы . . 509
§ 25.1. Теория электрона 509
§ 25.2. Античастицы 512
§ 25.3. я-Мезоны 513
§ 25.4. р-Мезоны 515
§ 25.5. К-Мезоны 515
§ 25.6. Гипероны 516
§ 25.7. Систематика элементарных частиц 517
§ 25.8. Квантовое число странность 522
§ 25.9. Изотопический спин 524
§ 25.10. Симметрии и законы сохранения 525
§ 25.11. Теория элементарных частиц 529
Задачи 531
Ответы к задачам с нечетными номерами 533
Указатель . 537
