中譯本再版前言

“伯克利物理學教程” 序

“伯克利物理學教程” 原序（一）

“伯克利物理學教程” 原序（二）

出版說明

前言

致謝

教學說明

章導論……………………………………………………………………………………… ２

一、量子物理學的範圍…………………………………………………………………………… ２

二、原子和基本粒子……………………………………………………………………………… ６

三、經典理論的適用限度………………………………………………………………………… １３

四、普朗克常量的發現…………………………………………………………………………… １７

五、光電效應……………………………………………………………………………………… ２５

六、原子的大小和穩定性問題…………………………………………………………………… ２８

進一步學習的參考資料…………………………………………………………………………… ３３

習題………………………………………………………………………………………………… ３４

第二章量子物理學中物理量的量值……………………………………………………… ３８

一、單位和物理常量……………………………………………………………………………… ３８

二、能量…………………………………………………………………………………………… ４２

三、原子物理學和分子物理學中的數量特征…………………………………………………… ４７

四、核物理學基本的幾個事實………………………………………………………………… ５５

五、萬有引力和電磁力…………………………………………………………………………… ６２

六、關於數值計算………………………………………………………………………………… ６３

七、提高課題： 自然界的基本常量……………………………………………………………… ６５

進一步學習的參考資料…………………………………………………………………………… ７０

習題………………………………………………………………………………………………… ７１

第三章能級……………………………………………………………………………………… ７７

一、譜項圖………………………………………………………………………………………… ７７

二、能級的有限寬度……………………………………………………………………………… ８７

三、能級和譜項圖的進一步討論………………………………………………………………… ９３

四、光譜線的多普勒增寬與踫撞增寬………………………………………………………… １０７

__五、提高課題： 關於電磁躍遷的理論………………………………………………………… １０９

進一步學習的參考資料………………………………………………………………………… １１４

習題……………………………………………………………………………………………… １１５

第四章光子…………………………………………………………………………………… １２０

一、光子的粒子性……………………………………………………………………………… １２０

二、康普頓效應， 軔致輻射； 粒子對的產生和湮沒………………………………………… １２８

三、可以使光子“分裂” 嗎？ ………………………………………………………………… １３７

進一步學習的參考資料………………………………………………………………………… １４６

習題……………………………………………………………………………………………… １４６

第五章實物粒子……………………………………………………………………………… １５１

一、德布羅意波………………………………………………………………………………… １５１

二、周期性結構上的衍射理論………………………………………………………………… １５９

三、隻有一個普朗克常量……………………………………………………………………… １６５

四、可以使物質波分裂嗎？ …………………………………………………………………… １６８

五、波動方程和疊加原理……………………………………………………………………… １７１

六、提高課題： 物理狀態的矢量空間………………………………………………………… １７６

進一步學習的參考資料………………………………………………………………………… １７９

習題……………………………………………………………………………………………… １８１

第六章不確定原理和測量理論…………………………………………………………… １８６

一、海森伯不確定關繫………………………………………………………………………… １８６

二、測量和統計繫綜…………………………………………………………………………… １９６

三、振幅和強度………………………………………………………………………………… ２１０

四、每次測量的結果都是原則上可預言的嗎？ ……………………………………………… ２１４

五、偏振光和非偏振光………………………………………………………………………… ２１７

進一步學習的參考資料………………………………………………………………………… ２１９

習題……………………………………………………………………………………………… ２２０

第七章薛定諤波動力學……………………………………………………………………… ２２５

一、薛定諤的非相對論性波動方程…………………………………………………………… ２２５

二、幾個簡單的“勢壘問題” ………………………………………………………………… ２３４

三、α 放射性理論………………………………………………………………………………… ２４４

四、提高課題： 波函數的歸一化……………………………………………………………… ２５４

進一步學習的參考資料………………………………………………………………………… ２５７

習題……………………………………………………………………………………………… ２５８

第八章定態理論……………………………………………………………………………… ２６２

一、作為本征值問題的量子化………………………………………………………………… ２６２

二、諧振子分子的振動和轉動激發………………………………………………………… ２７６

三、類氫繫統…………………………………………………………………………………… ２８５

四、提高課題： 薛定諤理論中的位置變量和動量變量……………………………………… ２８９

進一步學習的參考資料………………………………………………………………………… ２９４

習題……………………………………………………………………………………………… ２９４

第九章基本粒子和它們的相互作用……………………………………………………… ３００

一、踫撞過程和波動圖像……………………………………………………………………… ３００

二、粒子是什麼意思？ ………………………………………………………………………… ３１２

三、量子場論的基本概念……………………………………………………………………… ３２３

四、π 介子和核力……………………………………………………………………………… ３３０

五、結束語……………………………………………………………………………………… ３３６

譯者注…………………………………………………………………………………………… ３３６

進一步學習的參考資料………………………………………………………………………… ３３８

習題……………………………………………………………………………………………… ３３８

附錄………………………………………………………………………………………………… ３４２

表Ａ一般物理常量…………………………………………………………………………… ３４２

表Ｂ穩定的基本粒子………………………………………………………………………… ３４３

表Ｃ素…………………………………………………………………………………… ３４５

表Ｄ單位和轉換因子………………………………………………………………………… ３４６

表Ｅ重要物理常量的非精確值………………………………………………………………… ３４６

索引………………………………………………………………………………………………… ３４７

譯者後記………………………………………………………………………………………… ３４９?１

前言

本書是《伯克利物理學教程》的第4卷，論述量子物理學，是為已學過前面幾卷大部分內容的讀者而寫的入門書。因而本書的理想讀者是理工科二年級學生。鋻於近五十年來物理學的發展，目前把對量子現像的全面學習推遲到二年級以後，似乎是不合理的和不公正的。一本分量適當的入門書無疑應該反映這些發展的某些部分。

我不相信學習量子物理學比學習物理學其他部分在實質上會更困難。在物理學的每一個領域中，我們既遇到我們認為是簡單而明了的現像，也遇到很難用定量方式說明的現像。當然，確曾有一個時期，所有量子現像被認為是非常神秘和錯綜復雜的。在初探索這個領域的時期，物理學工作者確曾遇到一些真正的心理上的困難，這些困難一部分來自可以理解的偏愛於經典觀點的成見，另一部分則來自於實驗圖像的不完整性。但是，對於今天的初學者，沒有理由一定要重新制造這些同樣的困難。現已確實知道，經典描述隻是近似正確的，而且現在已可得到大批實驗結果，來支持和闡明目前理論概念的各個方面。我堅信在已知的事實中，能夠找到用初等方法處理起來既明確又足夠簡單，但又能闡明重要思想和原理的討論題材。我不太相信，有指導地使學生去思考一繫列選擇得當的簡單而又重要的物理事實時，他們還會感到量子現像比（例如）萬有引力現像更神秘。

我寫作本書的目的是提供有特征性的量子現像的例子，以使讀者了解微觀物理學中一些物理參量的典型數量級，並向他們介紹量子力學思想。我力圖在我討論的課題中包括對理解物理學來說特別重要的現像和問題。同時，我力圖使討論盡可能是初等的。我從微觀物理學的各個領域選擇了一些論題，但我並不想對這些領域中的任何一個提出詳細而繫統的說明。按照我的意見，這樣的說明應留給三、四年級水平的課程。

本書對數學預備知識的要求適度。我隻假定讀者已學過微積分，包括常微分方程的初步介紹和一些矢量分析。為防止把注意力從物理問題轉向技術性的數學問題，我已努力避免在這一階段采用數學上有困難的論題。凡是要求了解一些特殊函數性質或偏微分方程理論中分離變量法的課題，我都完全未予討論。關於代數，我已頗為遺憾地斷定，不應假定讀者熟悉矩陣理論，所以，我已避免了以矩陣理論作為數學工具的一些論題。

我並不認為，要實現教程這一部分的總目的，需要在課堂上講授本書的所有材料。相反，在選擇討論題材方面，我想給教師留下相當多的自由。為了幫助教師安排課程，我在後面的“教學說明”中討論了各章的具體目的，而且試圖大致列出那些可以認為是必不可少的內容。除了在課堂上實際講授的內容，本書還提供了一些閱讀材料，我覺得這沒有什麼害處，因為總有一些學有餘力的學生需要這些課堂之外的東西。

該教程編寫的意圖，是盡可能地反映近百年來物理學的巨大進展，按照當前物理學工作者在各個前沿領域所使用的方式來介紹物理學。該教程引入狹義相對論、量子物理學和統計物理學的概念，從較新的統一的觀點來闡明物理學的基本原理，以適應現代科學技術發展對物理教學提出的要求。當年《伯克利物理學教程》的作者們以巨大的勇氣和扎實深厚的學識做出了傑出的工作，直到今天，回顧《伯克利物理學教程》，我們仍然可以從中得到許多非常有益的啟示。

——趙凱華 陸果

時至今日，無論是對基礎物理的教、學還是應用，以及對從事

相關的研究工作而言，“伯克利物理學教程” 依舊不失為一套極有閱讀和參考價值

的優秀教程。

——復旦大學 蔣平

我很高興為這套“伯克利物理學教程” 作序，這是一項旨在反映過去百年來物理學巨大變革的本科階段課程改革的大項目。這套教程得益於許多在前沿研究領域工作的物理學家的努力，
也有幸得到了國家科學基金會的資助。這套教程已經在加州大學伯克利分校的低年級物理課上成功試用了好幾

個學期， 它像征著教育方面的顯著進展， 我希望今後能被極廣泛地采用。（該繫列教材首次出版時的背景）

——克拉克·克爾（加州大學伯克利分校前校長）