第1章 原子和量子 1
1.1原子学说 1
1.1.1思辨的原子论 1
1.1.2化学原子论 1
1.1.3物理原子论 2
1.2电子和汤姆孙模型 4
1.2.1电子的发现 4
1.2.2汤姆孙模型 6
1.3原子的核式结构 8
1.3.1放射性的发现 8
1.3.2 α射线 8
1.3.3 α粒子散射实验 9
1.3.4卢瑟福核式模型 11
1.3.5卢瑟福散射公式 11
1.3.6原子核的大小 16
1.3.7高能散射实验 16
1.4黑体辐射与能量子 17
1.4.1黑体辐射实验 17
1.4.2基本结果 18
1.4.3经典理论的解释 20
1.4.4普朗克公式 21
1.4.5能量子 22
1.5光电效应与光量子 24
1.5.1光电效应 24
1.5.2爱因斯坦关于光电效应的图像 26
1.5.3光电效应方程的实验验证 27
1.5.4爱因斯坦关系 28
1.5.5康普顿效应 29
1.5.6光的波粒二象性 33
1.6原子光谱与玻尔模型 35
1.6.1原子光谱 35
1.6.2玻尔氢原子理论 38
1.6.3弗兰克-赫兹实验 47
1.6.4玻尔理论的局限 51
1.7物质的波粒二象性 52
1.7.1德布罗意假设 52
1.7.2实验验证 54
1.7.3物质的波粒二象性 58
第2章 状态和薛定谔方程 59
2.1状态和波函数 59
2.1.1微观系统运动状态 59
2.1.2归一化 60
2.1.3 态叠加原理 62
2.1.4动量空间波函数 64
2.2薛定谔方程 65
2.2.1薛定谔方程 65
2.2.2定态 68
2.2.3概率守恒定律 69
2.3一维无限深方势阱 70
2.3.1方势阱 70
2.3.2分区解 71
2.3.3连接条件 72
2.3.4能级和波函数 73
2.3.5物理意义 73
2.4隧道效应 75
2.4.1一维散射 75
2.4.2散射边界条件 76
2.4.3反射系数与穿透系数 77
2.4.4隧道效应 78
2.5氢原子 79
2.5.1有心力场 79
2.5.2球谐函数 80
2.5.3径向波函数 84
2.5.4库仑势 87
2.5.5氢原子 91
2.5.6电子云 94
2.6谐振子 96
2.6.1简谐振子 96
2.6.2能级和波函数 98
2.6.3半谐振子 99
第3章 力学量和算符 100
3.1力学量的平均值 100
3.1.1坐标平均值 101
3.1.2动量平均值 102
3.1.3算符 103
3.2算符 104
3.2.1算符运算 104
3.2.2对易关系和反对易关系 105
3.2.3线性算符 107
3.2.4本征值和本征波函数 107
3.2.5本征谱与简并度 107
3.2.6厄米算符 108
3.2.7厄米算符的重要性质 110
3.2.8力学量用线性厄米算符代表 112
3.3均方差和本征态 113
3.3.1均方差 113
3.3.2本征态 114
3.3.3代表力学量的算符的线性 115
3.4常用算符 116
3.4.1坐标算符 116
3.4.2动量算符 117
3.4.3海森伯代数 119
3.4.4动量算符的物理意义 120
3.4.5角动量算符 120
3.4.6一般力学量 124
3.4.7能量算符 125
3.4.8宇称算符 126
3.5力学量本征态的完备性 127
3.5.1叠加态的分布 127
3.5.2本征态的完备性 129
3.5.3连续谱情形 130
3.5.4一般谱 131
3.5.5完备性关系 132
3.5.6量子力学第三假定 132
3.6态空间和表象 133
3.6.1态空间 133
3.6.2力学量的表示 134
3.6.3矩阵表示 135
3.6.4狄拉克记号 137
3.6.5酉变换 139
3.6.6物理性质的表示无关性 142
3.7状态的完全确定 142
3.7.1自由度问题 142
3.7.2共有完备本征态条件 144
3.7.3完全力学量组 147
3.7.4定态系统的形式解 147
3.7.5守恒量 148
3.8不确定关系 150
3.8.1实验分析 150
3.8.2两种分布 152
3.8.3理论证明 154
3.8.4应用 155
3.9粒子数表象中的谐振子 156
3.9.1吸收算符和发射算符 156
3.9.2粒子数算符的本征态 157
3.9.3各算符的矩阵形式 159
3.9.4谐振子谱 161
3.9.5状态波函数 161
第4章 带电粒子在电磁场中的运动 164
4.1玻姆-阿哈拉诺夫效应 164
4.1.1哈密顿量 164
4.1.2运动方程 165
4.1.3概率守恒 165
4.1.4玻姆-阿哈拉诺夫效应 166
4.2朗道能级 169
4.2.1不对称规范 169
4.2.2对称规范 171
4.3原子磁矩和塞曼效应 172
4.3.1原子磁矩 172
4.3.2塞曼效应 174
4.3.3理论解释 175
4.4电子自旋 176
4.4.1施特恩-格拉赫实验 176
4.4.2钠原子光谱线的精细结构 179
4.4.3电子自旋假设 180
4.4.4自旋波函数 181
4.4.5自旋算符 182
4.4.6自旋在任意方向投影的波函数 185
4.4.7泡利方程 186
4.4.8自旋磁矩在磁场中的转动 187
4.5角动量理论 188
4.5.1角动量算符的本征值和矩阵表示 189
4.5.2自旋角动量算符 193
4.6角动量的耦合 194
4.6.1两个角动量的耦合 194
4.6.2矢量耦合系数 199
4.6.3自旋态的耦合 201
4.7自旋轨道耦合和能级精细结构 202
4.7.1托马斯耦合 202
4.7.2 CSCO 202
4.7.3角向本征波函数——球旋量 203
4.7.4一般解 204
4.7.5能级修正 205
4.7.6相对论动能修正 206
4.7.7波函数零点值修正 208
4.7.8光谱项符号 209
4.8自旋电子的塞曼效应 210
4.8.1原子总磁矩 210
4.8.2总磁矩在总角动量方向投影 211
4.8.3自旋电子的塞曼效应 211
4.8.4反常塞曼效应 214
4.8.5帕邢-巴克效应 215
4.9元素周期表 216
4.9.1泡利原理 217
4.9.2原子的壳层结构 219
4.9.3自旋轨道耦合 220
第5章 原子核、粒子和宇宙演化 225
5.1原子核的基本性质 225
5.1.1原子核的组成 226
5.1.2原子核的大小 228
5.1.3核物质密度 230
5.1.4原子核的自旋和核磁矩 230
5.1.5电四极矩 232
5.1.6原子核的宇称 232
5.2核力 233
5.2.1原子核的结合能 233
5.2.2核力 235
5.3原子核结构的模型 238
5.3.1原子核的稳定性 238
5.3.2原子核的结构 239
5.3.3液滴模型 240
5.3.4壳模型 241
5.3.5集体模型 245
5.4核衰变 246
5.4.1核衰变及放射性 246
5.4.2原子核衰变的一般规律 246
5.4.3放射系 248
5.4.4 α衰变 249
5.4.5 β衰变 252
5.4.6 γ衰变 257
5.4.7放射性的应用 258
5.4.8穆斯堡尔效应及其应用 260
5.5核反应 263
5.5.1核反应 263
5.5.2原子核的裂变 268
5.5.3原子核的聚变 271
5.6粒子的基本性质和分类 273
5.6.1粒子的基本性质 274
5.6.2粒子的分类 277
5.6.3反粒子 284
5.7强子的夸克模型 286
5.7.1夸克的基本性质 288
5.7.2重子和介子的夸克组成 292
5.8基本相互作用与守恒律 295
5.8.1电磁相互作用 295
5.8.2弱相互作用 296
5.8.3电弱统一 298
5.8.4强相互作用 301
5.8.5守恒定律与对称性 303
5.9粒子物理标准模型 311
5.9.1粒子物理的标准模型简述 311
5.9.2其他物理理论模型 313
5.10宇宙演化 315
5.10.1宇宙学标准模型 315
5.10.2三大验证 317
5.10.3恒星的演化 320
5.10.4太阳的一生 323
5.10.5问题和挑战 323