Becker: Technische Strömungslehre Eine Einführung in die Grundlagen und technischen Anwendunge der Strömungsmechanik. 2.Auflage. 142 Seiten.

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Markus Heidrich
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1 Teubner Studienbücher Die Paperbackreihe mit einführenden und weiterführenden Lehrbüchern für das Studium, zur Vorlesung, zur Prüfungsvorbereitung, zur Weiterbildung Becker: Gasdynamik 248 Seiten. DM 16,80 Becker: Technische Strömungslehre Eine Einführung in die Grundlagen und technischen Anwendunge der Strömungsmechanik. 2.Auflage. 142 Seiten. DM 9,80 Becker/Piltz: Obungen zur Technischen Strömungslehre 120 Seiten. DM 9,80 Clegg: Variationsrechnung 138 Seiten. DM 10,80 Collatz: Differentialgleichungen Eine Einführung unter besonderer Berücksichtigung der Anwendungen. 4. Auflage. 226 Seiten. DM 16,80 Franc;:on: Physik für Biologen, Chemiker und Geologen Band 1 ca. 220 Seiten. ca. DM 16,- Band 2 ca. DM 17,- Fortsetzung 3. Umschlagseite

2 Grundlagen der Quantenphysik 1 Quantenmechanik Von Dr. rer. nat. habil. G. HEBER Prof. an der Techn. Universität Dresden und Dr. rer. nat. habil. G. WEBER Prof. an der Universität Jena Mit 24 Bildern ES B. G. Teubner Stuttgart

3 Prof. Dr. rer. nat. habil. Gerhard Heber 1927 geboren in Dresden bis 1950 Studium der Physik an der TH Dresden und Friedrich-Schiller Universität Jena Promotion, 1950 bis 1953 wissenschaftlicher Assistent, 1953 Habilitation, 1953 bis 1956 Dozent, 1956 bis 1960 Professor für Theoretische Physik an der Friedrich-Schiller Universität Jena bis 1966 Direktor des Instituts für Theoretische Physik der Karl-Marx Universität Leipzig bis 1964 Mitarbeiter am Vereinigten Institut für Kernforschung Dubna bei Moskau bis 1968 Direktor des Instituts für Theoretische Physik der TU Dresden, seit 1968 Direktor der Sektion Physik der TU Dresden. Prof. Dr. rer. nat. habil. Gerhard Weber 1921 geboren in LangenwetzendorflThür bis 1950 Studium der Physik an der Friedrich-Schiller Universität Jena Promotion, 1960 Habilitation bis 1960 wissenschaftlicher Assistent bzw. Oberassistent, 1960 Dozent, 1962 Professor für Theoretische Physik an der Universität Jena. Arbeitsgebiet: Angewandte Quantentheorie, Quantenchemie, Wechselwirkung von elektromagnetischer Strahlung mit atomaren Systemen. ISBN ISBN (ebook) DOI / Lizenzausgabe des BSB B. G. Teubner Verlagsgesellschaft. Leipzig Copyright 1960 by BSB B. G. Teubner Verlagsgesellschaft. Leipzig Herstellung: F. Ullmann KG. ZwickauISa. Umschlaggestaltung: W. Koch. Stuttgart

4 VORWORT Der Titel "Grundlagen der Quantenphysik" charakterisiert den Inhalt des vorliegenden sowie des nachfolgenden Teiles und die von uns verfolgte Absicht sicher nicht deutlich genug. Deshalb mag es gestattet sein, einige Erläuterungen zu geben. Die "Grundlagen", die wir meinen, sind zweierlei Art: Sowohl die wichtigsten experimentellen Grundlagen der Quantenphysik als auch die wesentlichsten grundlegenden Begriffsbildungen der zugehörigen Theorie sollen dargestellt werden, wobei das Schwergewicht meist auf der Theorie liegen wird. Dabei ließen wir uns von folgendem Gedankengang leiten: Wie kann man die teilweise recht abstrakten Begriffsbildungen der Quantentheorie an Hand empirischen Materials als notwendig oder wenigstens vernünftig erkennen? Dieses Vorhaben ist allerdings praktisch nicht durchführbar, wenn man die historische Entwicklung der Quantenphysik berücksichtigen will. Wir haben deshalb die Entwicklung der Quantentheorie in der Einleitung kurz skizziert, halten uns aber in den späteren Kapiteln nicht mehr an die historische Reihenfolge. Wir haben versucht, der Entwicklung dieser Disziplin bis in die Gegenwart hinein gerecht zu werden. Dies wird vor allem im TeillI, der die "Quantenfeldtheorie" beinhaltet, deutlich zu erkennen sein. Die Stoffauswahl wurde ganz vom obigen Gesichtspunkt aus getroffen. Die Beispiele wurden im allgemeinen nicht ihrer praktischen Bedeutung wegen aufgenommen, sondern weil man an ihnen besonders deutlich sieht, wie eine bestimmte Grundgleichung oder Begriffsbildung empirischen Tatsachen angepaßt ist. Von philosophischer Seite war angeregt worden, darauf hinzuweisen, daß im philosophischen Sinne natürlich auch Licht zur Materie gehört. Wir halten es aber für unzweckmäßig, in einem physikalischen Text vom physikalischen Sprachgebrauch abzuweichen. Und in der Physik ist es seit langem üblich, alle Teilchen mit von Null verschiedener Ruhmasse unter dem Sammelbegriff

5 IV Vorwort "Materie" zu verstehen, während Teilchen mit Ruhmasse Null (Photonen) als "Licht"(-Teilchen) bezeichnet werden. (Die Neutrinos nehmen hierbei eine etwas unklare Zwischenstellung ein.) Man möge sich also bei der Lektüre des physikalischen Schrifttums stets vor Augen halten, daß der philosophische Materie-Begriff von dem physikalischen verschieden ist, wobei der Physiker nicht daran denkt zu behaupten, daß Licht weniger objektiv real sei als z. B. Elektronen oder Protonen. Bei der Niederschrift haben wir am wenigsten an die Spezialisten auf dem Gebiet gedacht; vielmehr haben wir uns bemüht, für Studenten der Physik und Mathematik in höheren Semestern, aber auch für andere physikalisch Interessierte verständlich zu sein. Vorausgesetzt werden Kenntnisse aus der klassischen Physik und der Mathematik der Differentialgleichungen. Nach der Lektüre dieser beiden Teile wird man noch nicht selbständig Quantentheorie treiben können. Aber es ist unsere Hoffnung, daß dem aufmerksamen Leser dieses Buches das Verständnis anspruchsvollerer Lehrbücher (siehe Literaturverzeichnis) und zeitgemäßer quantenphysikalischer Arbeiten erleichtert und er in die Lage versetzt wird, die weitere Entwicklung dieser in rascher Bewegung befindlichen und für die Menschheit nicht mehr ganz unwichtigen Disziplin selbständig zu verfolgen. Dresden und Jena, im Januar 1971 G. Heber G. Weber

6 INHALTSVERZEICHNIS Einführung A. Dualismus des Lichtes Wellencharakter des Lichtes a) Eindimensionales Gitter (Strichgitter) b) Zweidimensionales Gitter (Kreuzgitter) c) Dreidimensionales Gitter (Raumgitter) d) Absolute Wellenlängenmessung bei Röntgenstrahlen e),,-strahlen-interferenzen f) Strahlungsformel von Rayleigh-Jeans Teilchencharakter des Lichtes a) Lichtelektrischer Effekt b) Versuch von Joff6 und Dobronrawov c) Versuch von Bothe..., d) Compton-Effekt e) Strahlungsformel von Wien Schwankungen der Energie im Strahlungsfeld B. Dualismus der Materie... " Teilchencharakter der Materie a) Atome, Moleküle und Ionen; Teilchencharakter b) Elektronen; Teilchencharakter Wellencharakter der Materie a) Elektronen b) Atome und Moleküle... "...,. '" Einige allgemeinere Bemerkungen Klassische Theorie der Materiewellen a) Kräftefreier Fall b) Fall eines Kraftfeldes mit Potential c) Physikalische Bedeutung der Wellenfunktion d) Einige Folgerungen C. Vereinigung von Teilchen- und Wellenbild der Materie für feste Partikelzahl Grundbeziehungen der Wellenmechanik für Partikelzahl Ein Beispiel: Tunneleffekt Eigenwerte, Eigenfunktionen, Mittelwerte und Operatoren in der Wellenmechanik... 76

7 VI Inhaltsverzeichnis 11. Ein Beispiel: Allgemeines kugelsymmetrisches Potential Das Coulomb-Potential Eine vorläufige Strahlungstbeorie. Auswahiregeln... " Einiges über Matrizenmechanik Die Vertauschungsregeln Allgemeine Formulierung der Quantenmechanik Zwei Anwendungen: Atome mit 2 Valenzelektronen; das Wasserstoffmolekül... " Di~ T~eorie des Periodensystems der Elemente und das Pauli- PrInzIp D. Der Spin des Elektrons Schrödinger-Gleichung mit Einschluß magnetischer Kräfte Diskussion des Stern-Gerlach-Effektes Die Paulische Theorie des Elektronenspins..., Einige Folgerungen aus der Paulischen Theorie des Elektronenspins..., Die Dirac-Gleichung Löchertheorie, Paar-Erzeugung und Paar-Vernichtung Anhang Literaturverzeichnis..., 153 Namenverzeichnis Sachverzeichnis Bildquellen... 1I18

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