在115年前的明天(1906年12月14日),美国知名化学学家马克斯·卡尔·恩斯特·路德维希·普朗克(MaxKarlErnst)首创“量子论”。
19世纪末,人们用精典数学学解释宋体幅射实验的时侯,出现了知名的所谓“紫外灾难”。
▲“紫外灾难”图源网路
1896年,英国帝国化学技术研究所(由亥姆霍兹领导)的研究人员维恩(Wien)从热力学角度推导入半经验的宋体幅射公式,称为“维恩近似”,即。但在1897年,这一公式就被两位化学学家卢梅尔(Otto)和普林舍姆(Ernst)用精确的实验否认:该公式仅适用于短波段,而长波段与实验结果并不一致。不久后,美国另一位化学学家金斯(J.H.Jeans)改进了这个公式,即“瑞利-金斯公式”,即。而且美国实验化学学家鲁本斯(H.)等人通过实验确认,该公式只在长波段比较适用,在短波段与实验数据相距甚远。所以,无论是“维恩近似”还是“瑞利-金斯公式”,只要当两个公式换到不适用的频度时,才会形成与实验数据完全不符的现象。尤其是维恩公式在低频段的紫外线幅射实验中,数据差别离谱。这些奇怪的现象后被德国化学学家埃伦菲斯特(Paul)称为“紫外灾难”。
▲马克斯·卡尔·恩斯特·路德维希·普朗克
(MaxKarlErnst)
日本知名化学学家
量子热学的重要创始人之一
1918年诺贝尔化学学奖获得者
从1896年开始,普朗克(MaxKarlErnst)对热幅射进行了系统的研究。他经过几年坚苦努力,总算导入了一个和实验相符的公式。
他于1900年10月上旬在《德国化学学会通报》上发表一篇题目是《论维恩波谱多项式的建立》的论文,第一次提出了宋体幅射公式。1906年12月14日,在美国数学学会的会议上,普朗克作了《论正常波谱中的能量分布》的报告。在这份报告中,他兴奋地阐明了自己最惊人的发觉。他说,为了从理论上得出正确的幅射公式,必须假设物质幅射(或吸收)的能量不是连续地、而是一份一份地进行的,只能取某个最小数值的整数倍。他觉得,宋体幅射是一个最小的能量整数倍跳跃式的变化,这个最小单位的能量被命名为“能量子”。量子()在拉丁文里是“分立的部份”或“数量”的意思。假如用E代表“能量子”,就可列举公式:E=hν。其中ν是频度,普朗克当时把h称作基本作用量子,后来被命名为普朗克常数(其值为6.625×10-34焦耳·秒),它标志着化学学从“经典幼虫”变成“现代蝴蝶”,后来这三天也被人们也称量子化学学诞生的日子。
▲普朗克与爱因斯坦图源网路
知名的普朗克公式,对化学学形成了深远的影响,成为量子论诞生和新数学学革命宣告开始的重大时刻。也正因这一发觉,普朗克获得了1918年诺贝尔化学学奖。同时,遭到量子理论的影响的爱因斯坦也在5年后提出了狭义相对论。在这之中,重要的光量子假说,便来自量子理论。
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《现代量子热学第2版》一书的主体部份是华裔法籍理论粒子化学学家J.J.的新作,1994年在段三复院士的推进下将其修订出版。本书一经出版就在诸多量子热学的教材中脱颖而出,被国外外的许多院校相当普遍地采用。
由于本书是为学过初等或高等量子力学的一年级研究生撰写的,所以没有提供量子热学总论内容,但要求读者具备一定的求解时间相关和时间无关波动多项式的能力。作为求解一维透射反射问题的必备能力,使用本书的中学生应熟悉高斯波包在无力场区域随时间演进的知识,还应当晓得一些能量本征函数和能量本征值的通常性质。
《海森堡量子化学原理》是量子理论的一本精典专著,书中阐释了量子理论的数学意义,非常注重于粒子图象和波动图象的等价性量子物理基础公式,讨论了测不准原理对统一这两种图象的意义和必要性,有不少内容是海森堡独特的看法,非常是对奥斯陆学派的观点和思想作了完整阐述。本书是这一学派的一本代表作,它对我们了解量子理论的发展历史很有参考价值。虽然如今量子化学已有了更深入的发展,但海森堡作为量子热学创始人在本书中所探讨的一些观点和内容,对我们加深对量子理论的理解仍有极高的价值。
《量子热学》阐释量子热学的诞生、波函数与薛定谔多项式、一维定态问题、力学量用算符表示、力学量随时间的演进与对称性、中心力场、粒子在电磁场中的运动、表象变换与量子热学的矩阵方式、自旋、力学量本征值的代数解法、束缚定态微扰论、量子跃迁、散射理论、其他近似方式等内容。
《量子热学》一书作者B.C.里德是乌克兰德克萨斯州艾尔马大学的数学系院长,多年来仍然给学院专科低年级到高年级中学生讲授波谱化学学和量子热学等多门课程,发表论文90余篇,教学经验十分丰富。
现今,量子热学是一个饱含生机的学科,量子热学及其应用构成了实验化学学和理论化学学核心。《量子热学》是一部可供学院大专生用的教科书,书中的理论阐述独特巧妙,全面论述了量子热学的各个方面,并深入介绍了纹波振荡器、势垒穿透、氢原子等内容。书中大量的应用实例和习题可以帮助中学生巩固所学知识。
《量子热学基础》一书的作者是德国维思学院()化学系院长R.布卢梅尔。
量子计算机是21世纪量子信息技术的革命性产物。本书是一部为大专生或研究生提供的现代量子化学学和量子热学基础教程。本书从光量子到量子计算机推动读者首先步入量子热学的诱人世界,因而深入研究了量子信息和量子估算,最后用一整章介绍了量子技术的未来。本书堪称一本着重介绍“量子”的现代应用教科书。
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《高等量子力学第4版》探讨了非相对论多粒子系统、相对论波多项式和相对论量子场论,为更深层次学习固态化学学、核化学和基本粒子化学学奠定了基础。本书扩充和填补了作者的《量子热学入门》一书,降低了不少新的材料并在内容上做了许多更新,在图表的展示上也达到了格式统一,使读者在阅读学习时更容易理解。
本书主要分为三个部份。第一部份主要内容:非相对论多粒子系统:二次量子化;1/2旋转费米子;波骰子;相关函数、散射和响应。第二部份主要内容:相对论波多项式:相对论波多项式及其衍生;变换和dirac多项式协残差;轨道角动量和旋转;势能;foldy-变换和相对论修正;dirac多项式解的物理解释;dirac多项式的对称和更多性质。第三部份主要内容:相对场:相对场的量子化;自由场;放射场的量子化;互相场、量子电动热学。
虽然量子化学思想在现代物理的许多领域发挥着重要的作用,并且针对物理家的量子热学书却几乎没有。《数学家用的量子理论》一书用物理家熟悉的语言介绍了量子热学的主要思想。因为本书用会话的语气来述说例如用空间法研究量子理论、一维空间的薛定谔多项式、有界无界自伴算子的谱定律、Ston-von定律、--迫近、李群和李代数目子力学中的作用等知识,所以即使是接触化学学较少的读者也会有较好的阅读体验。
《量子场论概论》是化学学的一本研究生教材,也是一本超级流行的精典专著,内容涵括相对论量子热学、量子电动热学和费曼图。作者通过悉心设计的事例,说明了这种课目的技术方面,并直观地解释了物理背后发生的事情,因而使这门课便于理解。
本书在介绍量子电动热学的基础上,还讨论了重正化理论及其与统计热学的关系,并引入了重正化群。这一讨论为理解基本粒子及其互相作用的化学原理,也为规范场理论的描述奠定了基础。读者对象:数学学专业的研究生及班主任。
《相对论量子热学》是一部典型的教科书,构架清晰有序。每节前有简略概述,每章有习题及其解答。全书分为3大章,前两章阐述了Klein-和Dirac理论等,第3章讨论了相对论散射过程,费曼法则等内容。
本书目次:0度载流子粒子相对论描述:Klein-等式;对称变换;Klein-理论的单粒子解释;Klein-理论的非相对论近似;简单单粒子体系;1/2度载流子粒子相对论描述:Dirac多项式;对称转换;Dirac理论单粒子解释;Dirac理论的非相对论近似;简单单粒子系统。相对论散射理论:非相对论散射理论综述;1/2载流子粒子散射;1/2旋散射过程;高阶校准等。
《量子场论第1卷》《量子场论第2卷》《量子场论第3卷》作为诺贝尔化学学奖得主温伯格院士的专著,是量子场论领域最具权威性的一本书,也是这一领域优秀的一部研究生教材。本书给出了有关量子场论系统且全面的阐述,其中的一些内容在其他同类书中未曾看见过。书中的范围扩充到了电子量子电动热学基本粒子化学和核化学。据悉,本书每章末尾都有习题和参考文献。
在现代数学学中,量子场论是功能异常强悍、用途非常广泛的理论工具。它的特征是通过大量的语文估算定量地描画化学现象。
《量子场论》一书详尽介绍量子场论方式,读者只须要把握基本的量子热学和狭义相对论的相关知识才能看懂。作者从简单例子引出现象背后的深刻化学概念,利于读者理解;从不同历史时期的精典成果提到现代议程,以便读者把握。全书层次分明,循序渐进。本书在内容编排上做了模块化处理,每章自成系统,对必要的预备知识都做了详尽的说明,读者可以按照自己的兴趣通读相关的章节。
对于理论化学和粒子化学专业的研究生来说,本书是十分理想的教材,对其它相关领域的研究人员也是十分好的参考读物。
《量子场论第2版》是一本特别好的量子场论的入门书。本书自1985年第1版出版后,广受好评,第2版在初版的基础上作了补充,降低了“超对称”一章,书中给出了量子场论的概念和技巧的最新介绍。本书适用于理论化学学专业的学院生、研究生和对量子场论的研究感兴趣的所有读者。
目次:粒子化学学概要;单粒子相对论波多项式;拉格朗日叙述,对称和规范场;正则量子化和粒子解释;路径积分和量子热学;路径积分量子化和费恩曼规则:标量场和旋量场;路径积分量子化:规范场;自发对称破缺和-Salam模型;重正化;场论中的拓扑课题;超对称。
《量子场化学学》根据作者在日本蒙牛诺斯学院的讲课课件编绘而成,是一部出众的教科书。书中简明介绍了量子场论和多体化学,注重介绍量子场论方式在汇聚态化学中应用。作者依据自己的讲课经验,将大多数中学生倍感困难的概念在本书中讲解得透彻易懂,他指出数学内涵,重视不同概念之间的联系。
本书讲解简单明了,推论详尽,图示清楚,便于理解。本书第一部份讲解量子场论的基础知识和相关论题,比如Klein-多项式、狄拉克多项式、费米二氧化碳、费米液体和Bose汇聚等。第二部份介绍费曼路径积分,这既是费曼规则和Ward方程的基础,又是理解重整化技巧和临界现象之间内在联系的必要手段。本书适用于理论化学、凝聚态化学和场论等专业的高年级大专生、研究生和相关专业的科研人员。
目次:离散系统;相对论标量场;微扰论;费曼规则;圈图、幺正性和解析性;方式理论;费米子;量子电动热学;固体中的电子;非相对论玻骰子;有限气温;路径积分;泛函方式;费米子的路径积分;格点场论;重整化群;场和重整化;大N扩张;附表:A:相对论态的归一化;B:通常对易子;C:维数正规化;D:旋量和六分仪原理;E:不定测度;F:声子和动量;G:量子热学中的导数;索引。
《费恩曼图》是一本通过费曼规则与估算的方式来学习量子场论的简史量子物理基础公式,旨在于帮助读者理解现今场论的数学基础是哪些,并揭示费曼规则的数学内涵,以及它们的适用领域。本书首先简略回顾了爱因斯坦相对论中对场论非常重要的一些内容,之后深入讲解自由粒子、相互作用场和带载流子粒子的相对论量子热学。其他章节包含关于重整化、有质量和无质量矢量场和幺正性的内容,最后一章则讨论了量子电动热学的论据。本书可供正在学习粒子化学学或量子场论课程的研究生使用,也可供需用到费曼图和费曼规则的科研人员作参考书。
《从狭义相对论到费恩曼图》一书弥补了精典量子热学和相对量子热学及场论之间的空白。重点述说了现代理论化学学中的对称性作用。因而该书十分适宜于对基本粒子化学和相对论的现代发展较深层次的知识有兴趣的中学生的阅读,虽然她们不是这个研究领域的。本书不仅适宜实验和应用化学学家阅读外,针对未来汇聚态场论方式、加速器化学以及这些须要先进的、复杂的理论化学背景的现代技术领域的科研活动而言,还适宜这些须要了解高能化学的先进理论的工程师。
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