非常好,堪称神作
这是一本非常优秀的量子力学教科书,深度上正好属于高等量子力学范畴,习题非常丰富、精巧。
如书中“推荐”所说,这本书是在教大家“以量子力学的方式思考”。一开始从斯特恩-格拉赫实验和自旋物理量出发,非常富有现代气息。在这里,sakurai高屋建瓴,先通过S-G实验向我们宣告:经典力学的概念已经不够用了,经典力学中的直接叠加和测量,和微观系统的性质有着深刻矛盾,量子力学中的测量是选择性测量,叠加是概率幅叠加。这直接引出了量子力学相对经典力学最深刻的两项变革:概率幅的出现,和非对易代数的存在。这时,联想到光学中偏振态的概念,承载两者的希尔伯特空间也就应运而生。
当然,这只是个开始。有了希尔伯特空间,怎么把经典的物理量引进来?按照Dirac的方法,承认非对易代数存在,证明“量子泊松括号”和对易子成正比,为了保证h->0海森堡方程退化为经典方程,对易关系就自然而然确定了下来。但樱井采用了另一种方法,与Dirac关注经典到量子对应(或者说量子化)的方法不同,樱井直接从对称性出发,以空间平移算符的无穷小生成元定义动量,空间转动算符的无穷小生成元定义角动量。这样动量、角动量概念自然和变换联系在了一起,这确实是一种非常“现代”的观点。当我们遇到新的理论问题时,一个“现代”的理论物理学家往往更愿意考察对称性,而不是如何从经典对应,这既是因为对称概念的内在简单性(这从书中简洁明了的推理就能看出),也是由于在相对论和规范场论诞生后,对称性已经成为物理学家最重要的工具。
角动量一章可以说是整本书最为出彩的部分,整章并未提到representation,也没有用到深入的群论定理,但却出色地做到了把group的概念和应用group理解量子体系的思想体现得淋漓尽致。比如角动量对易关系不是直接引入,而是用无穷小空间转动对易关系来求,这种做法有相当的启发性。之后叙述rotation matrix的部分,作者先讲Eular rotation和rotation matrix(转动矩阵)的定义,再结合角动量耦合讲Clebsch-Gordan series和Wigner Eckart theorem,以平行的视角将角动量概念和rotation matrix概念(实际就是SO(3)的representation)、角动量耦合理论和rotation matrix的Clebsch-Gordon series对应起来,让读者对二者的关系豁然开朗。作者在不提表示论的前提下,将SO(3)群的representation theory以简明、有条理的物理语言阐明,不能不说体现了其扎实的数理功力和超人的理解能力。我甚至认为,初学群论的物理系学生很值得对照本书的这一部分理解群论的概念。(另一个值得看的是Weinberg I第二章对诱导表示的叙述)尽管这些内容已经令人赞叹不已,这章最吸引读者的也许还要算Bell inequality一节,Sakurai用简单的模型清晰有力地指出,Bell inequality证明了超距的关联测量是存在的,因此局域性和隐变量理论不可能同时正确,这澄清了许多初学者关于这一不等式的误解。值得一提的是这章的习题非常棒,一定要仔细做、仔细琢磨。
本书前三章是樱井本人所写,后四章是在他去世后由朋友编辑而成,相对来说流畅性和整体性有所下降,但由于是基于樱井手稿编写,风格不能说有大的变化。
对称性部分风格依旧,仅限于几种变换性质的推导和获得,从量子力学基本概念出发,物理味道很浓。比如时间反演算符,樱井不会简单用t->-t来表达这一变换,而是首先从理论上分析时间反演的本质,然再从特殊情况出发推导时间反演算符的性质和具体形式。脱离了经典力学和数学细节的脚手架,直接从概念本身入手,也是樱井的一大特色。
微扰一章也值得一提。尽管这一章主线不是特别清晰,但内容还是很丰富别致的。简并微扰论不用微分方程,而是改用积分方程的形式表述,大大减少了推导公式的计算量。其利用投影算符将方程分解的做法也有较大的启发性。很好的一点是本章并没有给出二阶简并微扰的公式,而把题目直接出给了读者,这是一个绝佳的练习。含时微扰中Interaction picture讲得不错,Dyson series的方法虽然实质上没什么意义,也是对后续课程的一瞥。最后一节讲含时微扰下初始能级上粒子数如何改变的问题,运用adiabatic perturbation的技巧保证积分收敛,有qft的影子,其技巧和结论都值得一学。
最后是散射一章。散射往往是一本量子力学书中最难讲好的部分。散射理论内容庞杂,理论主线不易理清。可惜的是这本MQM在这一点上做得也不好。定态散射内容太多,含时散射只有寥寥几页。我个人认为,不从含时散射的角度、结合in-state和out-state的概念,是不容易把散射理论与Lippman-Schwinger方程讲清的。所以读者如果对此有疑问,不妨参考Weinberg I的第三章scattering theory。言归正传,樱井一书尽管在这里有所缺陷,但整体来说还是不错的。前面讲球面波展开和分波法的处理非常清晰和别致,其从rotation transformation出发求解球面波函数的方法,不依赖于具体微分方程的求解,算是运用对称性解决物理问题的绝佳实例。其后讲含时散射理论的部分内容很少,也没有定义in-state和out-state,读起来就不是那么清楚了。
总体来说,樱井的这本MQM是绝佳的量子力学教材,值得每一个初学量子力学的人认真学习。
PS:这篇文章写得早,最近发现amazon上出了第二版,似乎重写了scattering theory一章,也加入了很多具体例子的计算。可惜还没有影印版,近期可能不容易看到了。。。
如书中“推荐”所说,这本书是在教大家“以量子力学的方式思考”。一开始从斯特恩-格拉赫实验和自旋物理量出发,非常富有现代气息。在这里,sakurai高屋建瓴,先通过S-G实验向我们宣告:经典力学的概念已经不够用了,经典力学中的直接叠加和测量,和微观系统的性质有着深刻矛盾,量子力学中的测量是选择性测量,叠加是概率幅叠加。这直接引出了量子力学相对经典力学最深刻的两项变革:概率幅的出现,和非对易代数的存在。这时,联想到光学中偏振态的概念,承载两者的希尔伯特空间也就应运而生。
当然,这只是个开始。有了希尔伯特空间,怎么把经典的物理量引进来?按照Dirac的方法,承认非对易代数存在,证明“量子泊松括号”和对易子成正比,为了保证h->0海森堡方程退化为经典方程,对易关系就自然而然确定了下来。但樱井采用了另一种方法,与Dirac关注经典到量子对应(或者说量子化)的方法不同,樱井直接从对称性出发,以空间平移算符的无穷小生成元定义动量,空间转动算符的无穷小生成元定义角动量。这样动量、角动量概念自然和变换联系在了一起,这确实是一种非常“现代”的观点。当我们遇到新的理论问题时,一个“现代”的理论物理学家往往更愿意考察对称性,而不是如何从经典对应,这既是因为对称概念的内在简单性(这从书中简洁明了的推理就能看出),也是由于在相对论和规范场论诞生后,对称性已经成为物理学家最重要的工具。
角动量一章可以说是整本书最为出彩的部分,整章并未提到representation,也没有用到深入的群论定理,但却出色地做到了把group的概念和应用group理解量子体系的思想体现得淋漓尽致。比如角动量对易关系不是直接引入,而是用无穷小空间转动对易关系来求,这种做法有相当的启发性。之后叙述rotation matrix的部分,作者先讲Eular rotation和rotation matrix(转动矩阵)的定义,再结合角动量耦合讲Clebsch-Gordan series和Wigner Eckart theorem,以平行的视角将角动量概念和rotation matrix概念(实际就是SO(3)的representation)、角动量耦合理论和rotation matrix的Clebsch-Gordon series对应起来,让读者对二者的关系豁然开朗。作者在不提表示论的前提下,将SO(3)群的representation theory以简明、有条理的物理语言阐明,不能不说体现了其扎实的数理功力和超人的理解能力。我甚至认为,初学群论的物理系学生很值得对照本书的这一部分理解群论的概念。(另一个值得看的是Weinberg I第二章对诱导表示的叙述)尽管这些内容已经令人赞叹不已,这章最吸引读者的也许还要算Bell inequality一节,Sakurai用简单的模型清晰有力地指出,Bell inequality证明了超距的关联测量是存在的,因此局域性和隐变量理论不可能同时正确,这澄清了许多初学者关于这一不等式的误解。值得一提的是这章的习题非常棒,一定要仔细做、仔细琢磨。
本书前三章是樱井本人所写,后四章是在他去世后由朋友编辑而成,相对来说流畅性和整体性有所下降,但由于是基于樱井手稿编写,风格不能说有大的变化。
对称性部分风格依旧,仅限于几种变换性质的推导和获得,从量子力学基本概念出发,物理味道很浓。比如时间反演算符,樱井不会简单用t->-t来表达这一变换,而是首先从理论上分析时间反演的本质,然再从特殊情况出发推导时间反演算符的性质和具体形式。脱离了经典力学和数学细节的脚手架,直接从概念本身入手,也是樱井的一大特色。
微扰一章也值得一提。尽管这一章主线不是特别清晰,但内容还是很丰富别致的。简并微扰论不用微分方程,而是改用积分方程的形式表述,大大减少了推导公式的计算量。其利用投影算符将方程分解的做法也有较大的启发性。很好的一点是本章并没有给出二阶简并微扰的公式,而把题目直接出给了读者,这是一个绝佳的练习。含时微扰中Interaction picture讲得不错,Dyson series的方法虽然实质上没什么意义,也是对后续课程的一瞥。最后一节讲含时微扰下初始能级上粒子数如何改变的问题,运用adiabatic perturbation的技巧保证积分收敛,有qft的影子,其技巧和结论都值得一学。
最后是散射一章。散射往往是一本量子力学书中最难讲好的部分。散射理论内容庞杂,理论主线不易理清。可惜的是这本MQM在这一点上做得也不好。定态散射内容太多,含时散射只有寥寥几页。我个人认为,不从含时散射的角度、结合in-state和out-state的概念,是不容易把散射理论与Lippman-Schwinger方程讲清的。所以读者如果对此有疑问,不妨参考Weinberg I的第三章scattering theory。言归正传,樱井一书尽管在这里有所缺陷,但整体来说还是不错的。前面讲球面波展开和分波法的处理非常清晰和别致,其从rotation transformation出发求解球面波函数的方法,不依赖于具体微分方程的求解,算是运用对称性解决物理问题的绝佳实例。其后讲含时散射理论的部分内容很少,也没有定义in-state和out-state,读起来就不是那么清楚了。
总体来说,樱井的这本MQM是绝佳的量子力学教材,值得每一个初学量子力学的人认真学习。
PS:这篇文章写得早,最近发现amazon上出了第二版,似乎重写了scattering theory一章,也加入了很多具体例子的计算。可惜还没有影印版,近期可能不容易看到了。。。
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