Feynman Vorlesungen über Physik

Transkript

1 Feynman Vorlesungen über Physik Band llhouantenmechanik. Definitive Edition von Richard R Feynman, Robert B. Leighton und Matthew Sands 5., verbesserte Auflage Mit 192 Bildern und 22Tabellen Oldenbourg Verlag München Wien

2 Inhaltsverzeichnis 1 Quantenverhalten Atommechanik Ein Experiment mit Kugeln Ein Experiment mit Wellen Ein Experiment mit Elektronen Die Interferenz von Elektronenwellen Beobachtung der Elektronen Grundprinzipien der Quantenmechanik Das Unbestimmtheitsprinzip 14 2 Die Beziehung zwischen dem Wellen- und Teilchenstandpunkt Wahrscheinlichkeitsamplituden Messung von Ort und Impuls Beugung an Kristallen Die Größe eines Atoms Energieniveaus Philosophische Konsequenzen 28 3 Wahrscheinlichkeitsamplituden Die Gesetze zur Kombination von Amplituden Das Interferenzbild bei zwei Spalten Streuung an einem Kristall Identische Teilchen 45 4 Identische Teilchen Bose-Teilchen und Fermi-Teilchen Zustände mit zwei Bose-Teilchen Zustände mit n Bose-Teilchen Emission und Absorption von Photonen Das Spektrum des schwarzen Körpers Flüssiges Helium Das Ausschließungsprinzip 69 5 Spin eins Das Filtern von Atomen mit einer Stern-Gerlach-Apparatur Experimente mit gefilterten Atomen Stern-Gerlach-Filter in Serie Basiszustände Interferierende Amplituden Die Maschinerie der Quantenmechanik Transformation auf eine andere Basis Andere Situationen 96

3 XXII Inhaltsverzeichnis 6.1 S.2 6J Spin 1/2 99 t Transformation von Amplituden 99 Transformation auf ein gedrehtes Koordinatensystem 101 Drehungen um die z-achse 106 Drehungen von 180 und 90 um y 110 Drehungen um x 115 Beliebige Drehungen 116 Die Zeitabhängigkeit der Amplituden 121 Atome in Ruhe; stationäre Zustände 121 Gleichförmige Bewegung 124 Potentielle Energie; Energieerhaltung 128 Kräfte; der klassische Grenzfall 133 Die Präzession" eines Spin- \-Teilchens 136 Die Hamiltonsche Matrix 141 Amplituden und Vektoren 141 Zerlegung von Zustandsvektoren 144 Was sind die Basiszustände der Welt? 147 Wie sich die Zustände mit der Zeit verändern 150 Die Hamiltonsche Matrix 154 Das Ammoniakmolekül 155 Der Ammoniak-Maser 161 Die Zustände eines Ammoniakmoleküls 161 Das Molekül in einem elektrostatischen Feld 167 Übergänge in einem zeitabhängigen Feld 173 Übergänge bei Resonanz 176 Übergänge ohne Resonanz 179 Die Lichtabsorption 180 Andere Zweizustandssysteme 183 Das Ion des Wasserstoffmoleküls 183 Kernkräfte 190 Das Wasserstoffmolekül 193 Das Benzolmolekül 196 Farbstoffe 199 Die Hamiltonsche Matrix für ein Spin-j-Teilchen in einem magnetischen Feld. 200 Das Elektron mit Spin in einem magnetischen Feld 204 Weitere Zweizustandssysteme 209 Die Paulischen Spin-Matrizen 209 Die Spin-Matrizen als Operatoren 215 Die Lösung der Zweizustandsgieichungen 220 Die Polarisationszustände des Photons 221 Das neutrale KJVIeson 226 Verallgemeinerung auf A^-Zustandssysteme 238

4 Inhaltsverzeichnis XXIII 12 Die Hyperfeinaufspaltung im Wasserstoff Basiszustände für ein System mit zwei Spin- \ -Teilchen Der Hamiltonoperator für den Grundzustand des Wasserstoffs Die Energieniveaus Die Zeeman-Aufspaltung Die Zustände in einem magnetischen Feld Die Projektionsmatrix für Spin eins Ausbreitung in einem Kristallgitter Zustände eines Elektrons in einem eindimensionalen Gitter Zustände mit bestimmter Energie Zeitabhängige Zustände Ein Elektron in einem dreidimensionalen Gitter Weitere Zustände in einem Gitter Streuung an Fehlerstellen in einem Gitter Einfang durch eine Gitterfehlerstelle Streuamplituden und gebundene Zustände Halbleiter Elektronen und Löcher in Halbleitern Unreine Halbleiter Der Hall-Effekt Halbleiter-Übergänge Gleichrichtung an einem Halbleiter-Übergang Der Transistor Die Näherung unabhängiger Teilchen Spin-Wellen Zwei-Spin-Wellen Unabhängige Teilchen Das Benzolmolekül Weitere organische Chemie Andere Anwendungen der Näherung Die Ortsabhängigkeit der Amplituden Amplituden auf einer Linie Die Wellenfunktion Zustände mit bestimmtem Impuls Normierung der x-zustände Die Schrödinger-Gleichung Quantisierte Energieniveaus Symmetrie und Erhaltungssätze Symmetrie Symmetrie und Erhaltung Die Erhaltungssätze Polarisiertes Licht Der Zerfall des A Zusammenstellung der Drehmatrizen 377

5 XXIV Inhaltsverzeichnis 18 Drehimpuls Elektrische Dipolstrahlung Streuung des Lichts Die Vernichtung von Positronium Drehmatrix für beliebigen Spin Messung eines Kern-Spins Zusammensetzen von Drehimpulsen Das Wasserstoffatom und das Periodensystem Die Schrödinger-Gleichung für das Wasserstoffatom Kugelsymmetrische Lösungen Zustände mit Winkelabhängigkeit Die allgemeine Lösung für Wasserstoff Die Wasserstoff-Wellenfunktionen Das Periodensystem Operatoren Operationen und Operatoren Mittlere Energien Die mittlere Energie eines Atoms Der Ortsoperator Der Impulsoperator Drehimpuls Die zeitliche Änderung der Mittelwerte Die Schrödinger-Gleichung in einem klassischen Zusammenhang Die Schrödinger-Gleichung in einem Magnetfeld Die Kontinuitätsgleichung für Wahrscheinlichkeiten Zwei Arten von Impuls Die Bedeutung der Wellenfunktion Supraleitfähigkeit Der Meissner-Effekt Flussquantisierung Die Dynamik der Supraleitfähigkeit Der Josephson-Übergang 488 Feynmans Epilog 497 Index 499