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2024 | Buch

Quantenmechanik I

Von den Axiomen zu einfachen Modellen

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Über dieses Buch

In einer umfassenden Darstellung entwickeln und vertiefen die vier Bände dieses Lehrbuchs das Gebäude der nichtrelativistischen Quantenmechanik, weshalb sie auch bestens als Nachschlagewerk geeignet sind.

Der erste Band beginnt mit einer anekdotenreichen und spannenden historischen Überblicksdarstellung, die die Hauptprotagonisten der Quantentheorie und wichtige Meilensteine ihres Wirkens vorstellt. Im Folgenden wird dann die Formulierung im Hilbert-Raum axiomatisch entwickelt und wichtige Grundlagenthemen behandelt: die eindimensionalen Probleme, der harmonische Oszillator und die WKB-Näherung als Bindeglied zur klassischen Physik.

Besonderheiten:

Auch komplizierte Zusammenhänge werden illustrativ und klar erklärt. Zahlreiche mathematische Einschübe erläutern allgemeine mathematische Zusammenhänge. Besondere Highlights des Buches sind die frühe Entwicklung von Propagatormethoden, die ausführliche mathematische Behandlung von kohärenten und gequetschten Zuständen des harmonischen Oszillators, sowie die gründliche Untersuchung des klassischen Grenzfalls.

Inhalt

1. Historischer Abriss: Der Weg zur Quantenmechanik - 2. Der theoretische Formalismus der Quantenmechanik - 3. Eindimensionale Probleme - 4. Der harmonische Oszillator in der Quantenmechanik - 5. Die WKB-Näherung und der klassische Grenzfall

Zielgruppe:

Das Buch richtet sich sowohl an Bachelor- als auch an Masterstudierende sowie ihre Lehrenden. Aufgrund seines mehrbändigen Charakters, der breiten Themenvielfalt und Bezügen zu wissenschaftlichen Originalarbeiten allerdings ein Muss für jedes Bücherregal einer in der Physik tätigen Person.

Vorkenntnisse:

Vorausgesetzt werden Kenntnisse der Theoretischen Mechanik, der Elektrodynamik und der Speziellen Relativitätstheorie, sowie der Analysis, der linearen Algebra und der Funktionentheorie.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter
Kapitel 1. Historischer Abriss: Der Weg zur Quantenmechanik
Zusammenfassung
In der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts erschien die klassische Physik als vollkommen hinreichend, um alle physikalischen Phänomene zu erklären. Im damaligen Weltbild bestand das Universum aus Materie und elektromagnetischer Strahlung. Die Materie gehorchte den Newtonschen Bewegungsgleichungen und die Strahlung unterlag den Gesetzen der Maxwell-Gleichungen.
Oliver Tennert
Kapitel 2. Der theoretische Formalismus der Quantenmechanik
Zusammenfassung
Der Formalismus der Quantenmechanik basiert auf einer Anzahl von Postulaten. Diese Postulate wiederum waren das Ergebnis wiederholter experimenteller Beobachtungen, deren Befunde zu einer Reihe stetig angepasster Modellbildungen mit stetig steigendem Grad mathematischer Abstraktion geführt hatten, bis sie ihre endgültige Form annahmen. Die wichtigsten experimentellen Schlüsselexperimente selbst wurden im letzten Kapitel vorgestellt.
Oliver Tennert
Kapitel 3. Eindimensionale Probleme
Zusammenfassung
Nachdem wir im vorherigen Kapitel den allgemeinen Formalismus der Quantenmechanik entwickelt haben, können wir uns nun der einfachsten Klasse physikalischer Probleme zuwenden, den eindimensionalen Problemen, speziell mit statischem Potential V(x). Die Betrachtung dieser Probleme ist äußerst wichtig, da sich viele dreidimensionale Probleme aufgrund von Symmetrieeigenschaften auf eindimensionale Probleme reduzieren lassen. Die Anwendung der Schrödinger-Gleichung auf eindimensionale Probleme erlaubt uns außerdem, die Vorhersagen von klassischer Mechanik und Quantenmechanik an einfachen Systemen zu vergleichen.
Oliver Tennert
Kapitel 4. Der harmonische Oszillator in der Quantenmechanik
Zusammenfassung
Die Bedeutung des harmonischen Oszillators in der theoretischen Physik im Allgemeinen und in der Quantentheorie im Speziellen kann nicht überschätzt werden. Nichtlineare Dynamik kann häufig in erster Näherung durch einen harmonischen Oszillator approximiert werden. Der harmonische Oszillator besitzt einen sehr wichtigen Modellcharakter bei Schwingungsphänomenen in der klassischen Mechanik, der Elektrodynamik, der Statistischen Physik, der Festkörper-, Atom- und Kernphysik, sowie in der Quantenfeldtheorie und der Elementarteilchenphysik.
Oliver Tennert
Kapitel 5. Die WKB-Näherung und der klassische Grenzfall
Zusammenfassung
Die sogenannte WKB-Näherung wird auch semiklassische Näherung genannt und ist nützlich, um Systeme mit räumlich schwach veränderlichen, zeitunabhängigen Potentialen näherungsweise zu behandeln. Die WKB-Näherung besitzt aber daneben auch eine grundlegende theoretische Bedeutung, da sie gewissermaßen den strukturellen Übergang zwischen klassischer und Quantenmechanik im Falle großer Quantenzahlen beziehungsweise im Falle ħ → 0 beschreibt und eine nachträgliche Fundierung heuristischer Quantisierungsbedingungen der „alten Quantentheorie“ liefert.
Oliver Tennert
Backmatter
Metadaten
Titel
Quantenmechanik I
verfasst von
Oliver Tennert
Copyright-Jahr
2024
Verlag
Springer Berlin Heidelberg
Electronic ISBN
978-3-662-68585-3
Print ISBN
978-3-662-68584-6
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-662-68585-3

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