PřF:F5082 Základy kvantové mechaniky - Informace o předmětu
F5082 Základy kvantové mechaniky
Přírodovědecká fakultapodzim 2019
- Rozsah
- 2/2/0. 5 kr. Ukončení: zk.
- Vyučující
- doc. RNDr. Aleš Lacina, CSc. (přednášející)
doc. Mgr. Tomáš Hoder, Ph.D. (cvičící)
doc. RNDr. Aleš Lacina, CSc. (cvičící) - Garance
- doc. RNDr. Aleš Lacina, CSc.
Ústav teoretické fyziky a astrofyziky – Fyzikální sekce – Přírodovědecká fakulta
Kontaktní osoba: doc. RNDr. Aleš Lacina, CSc.
Dodavatelské pracoviště: Ústav teoretické fyziky a astrofyziky – Fyzikální sekce – Přírodovědecká fakulta - Rozvrh
- Út 16:00–17:50 F3,03015
- Rozvrh seminárních/paralelních skupin:
- Omezení zápisu do předmětu
- Předmět je otevřen studentům libovolného oboru.
- Cíle předmětu
- Předmět je úvodním vysokoškolským kurzem nerelativistické kvantové mechaniky. Opírá se o znalost experimentálních předpokladů a fyzikálně-historických souvislostí vzniku této discipliny nabytých v kurzu Obecné fyziky (předmět Úvod do fyziky mikrosvěta). Důraz klade na důkladné objasnění základních pojmů, představ a idejí kvantové mechaniky. Podrobně jsou komentovány nejenom jejich vzájemné, ale i širší souvislosti se záměrem přesvědčivě ukázat, že (a jak) byl lidský rozum schopen zvládnout oblast přírody nedostupnou přímému smyslovému vnímání až do míry umožňující vědecké a technické aplikace. S ohledem na studenty fyziky zaměřené na vzdělávání jsou stručně diskutovány i možností elementarizace výkladu této problematiky na středoškolskou úroveň.
- Výstupy z učení
- Na konci kurzu by student měl být schopen porozumět, vysvětlit a prakticky používat: postuláty a matematický aparát kvantové mechaniky včetně jejich/jeho fyzikální interpretace; Schrödingerovu rovnici a její jednoduché aplikace; základní představy kvantového popisu souborů stejných mikroobjektů; vzájemný vztah mezi vysokoškolskou a středoškolskou verzí kvantové mechaniky.
- Osnova
- 1. Matematický aparát kvantové mechaniky a jeho fyzikální interpretace (vlnová funkce a vektor stavu, princip superpozice, hermiteovské operátory, rozvoj vlnové funkce do jejich vlastních funkcí, reprezentace, fyzikální veličiny v kvantové mechanice, měření v mikrosvětě, střední hodnoty fyzikálních veličin, princip neurčitosti).
- 2. Schrödingerova rovnice (časový vývoj stavu mikroobjektu, obecná Schrödingerova rovnice, fyzikální důsledky Schrödingerovy rovnice, příčinnost v kvantové mechanice, stacionární Schrödingerova rovnice, význam a vlastnosti stacionárních stavů).
- 3. Nejjednodušší aplikace kvantové mechaniky (skokové modely potenciálu - termoemise, autoemise, kontaktní potenciál, radioaktivita, přeměna jader, pásový model pevných látek; harmonický oscilátor, souvislost mezi degenerací energiových hladin a symetrií problému).
- 4. Moment hybnosti v kvantové mechanice (komutační relace a vlastní hodnoty, kvantování a degenerace, geometrická interpretace).
- 5. Mikroobjekt v centrálně symetrickém poli (rozptylové a vázané stavy, kvantování energie a momentu hybnosti, radiální a úhlová hustota pravděpodobnosti).
- 6. Atom vodíku (energiové spektrum, grafické znázornění nábojové hustoty v atomu vodíku).
- 7. Spin (spinová hypotéza, Sternův-Gerlachův experiment, Pauliho rovnice, spinové efekty v atomu vodíku).
- 8. Kvantověmechanický popis mnohačásticových systémů (princip nerozlišitelnosti, výměnná interakce, systémy bosonů a fermionů, Pauliho vylučovací princip, jednočásticová aproximace, metoda selfkonzistentního pole, víceelektronové atomy, Mendělejevova periodická tabulka).
- [9. Kvantová mechanika na vysoké a střední škole (přehled nejfrekventovanějších elementarizovaných postupů a jejich kritická analýza).]
- Literatura
- SKÁLA, Lubomír. Úvod do kvantové mechaniky. Vyd. 1. Praha: Academia, 2005, 281 s. ISBN 8020013164. info
- PIŠÚT, Ján, Ladislav GOMOLČÁK a Vladimír ČERNÝ. Úvod do kvantovej mechaniky. 2. vyd. Bratislava: Alfa, 1983, 551 s. info
- CELÝ, Jan. Základy kvantové mechaniky pro chemiky. Vyd. 1. Brno: Rektorát UJEP, 1981, 176 s. info
- CELÝ, Jan. Základy kvantové mechaniky pro chemiky. Vyd. 1. Brno: Rektorát UJEP, 1983, 161 s. info
- DAVYDOV, Aleksandr Sergejevič. Kvantová mechanika. Vyd. 1. Praha: Státní pedagogické nakladatelství, 1978, 685 s. URL info
- BLOCHINCEV, Dimitrij Ivanovič. Základy kvantové mechaniky. Translated by Jan Cejpek. 1. vyd. Praha: Nakladatelství Československé akademie věd, 1956, 545 s. URL info
- WICHMANN, Eyvind H. Kvantovaja fizika. Edited by Alexandr Ovsejevič Vajsenberg, Translated by Aleksandr Iosifovič Ša. Moskva: Nauka, 1974, 414 s. info
- LACINA, Aleš. Cvičení z kvantové mechaniky pro posluchače učitelství fyziky. Brno: Univerzita Jana Evangelisty Purkyně v Brně, 1989, 104 s. info
- DANIN, Daniil Semenovič. Pravdepodobnostný svet. Bratislava: Alfa, 1986. info
- POLKINGHORNE, J. C. Kvantový svět. Vyd. 1. Praha: Aurora, 2000, 159 s. ISBN 80-7299-017-9. info
- POLKINGHORNE J. C. Kvantová teorie. Praha: Dokořán, 2007. info
- Výukové metody
- přednáška a výpočtové cvičení
- Metody hodnocení
- dvě písemné kontrolní práce v průběho semestru;
zkouška - písemná a ústní - Informace učitele
- Přístup ke zkoušce je pro posluchače prezenčníhoho studia podmíněn splněním požadavků stanovených ve cvičení:
1. Aktivní účast (max. 3 neúčasti).
2. Alespoň 60% úspěšnost na dvou písemkách v průběhu semestru (možnost dvou opravných termínů).
Podmínky pro podání přihlášky ke zkoušce pro studenty kombinovaného studia:
1. Absolvování tří konzultací během semestru, v rámci nichž bude probrána logická struktura discipliny, okomentováno její zpracování v doporučené studijní literatuře a zadány požadavky pro samostatnou práci nahrazující cvičení (pokud je student neabsolvuje prezenčně spolu s posluchači denního studia).
2. Úspěšné absolvování dvou prezenčních kontrolních písemných prací shrnujících přibližně první třetinu, resp. první dvě třetiny sylabu předmětu. - Další komentáře
- Studijní materiály
Předmět je vyučován každoročně.
- Statistika zápisu (podzim 2019, nejnovější)
- Permalink: https://is.muni.cz/predmet/sci/podzim2019/F5082