泡利物理学讲义：波动力学

• 作者沃尔夫冈·泡利是诺贝尔物理学奖得主，量子力学和原子物理学的创始人之一。
• 全套“泡利物理学讲义”包括《电动力学》《光学和电子论》《热力学和气体分子运动论》《统计力学》《波动力学》《场量子化选讲》《相对论》《量子力学的普遍原理》和《泡利物理哲学文集》9卷，涵盖了近代物理的方方面面，是一套内容严谨、精练、极具特色的理论物理学经典教材，也是物理爱好者提高物理水平的极佳读物。
• 泡利对科学基本问题具有极深刻的洞察力和准确的评判能力，这种能力对当时原子物理学和量子力学的发展产生了积极的影响，这种能力也体现在泡利的每一本著作中，内容简洁，直击物理的核心，而非迷失在繁琐的数学推导中。阅读这套书也可以让读者体会到物理学大师是怎样表达和讲授理论物理学概念的。

此书是世界图书出版公司出版的9卷本“泡利物理学讲义”中的第5卷，主题为波动力学。沃尔夫冈·泡利是20世纪卓越的理论物理学家，1945年诺贝尔物理学奖得主，他在原子物理学和量子力学领域做出了重要贡献，发现了“泡利不相容原理”，建立了“中微子”假说，提出了二分量波函数的概念和著名的泡利自旋矩阵，并在量子场论、固体物理等领域都做了很多杰出的工作。泡利去世后，他晚年的助手查尔斯·恩斯教授编辑修订了他生前在苏黎世联邦理工学院的授课讲义的英文版，分6卷，分别为《电动力学》《光学和电子论》《热力学和气体分子运动论》《统计力学》《波动力学》和《场量子化选讲》，英文版由The MIT Press出版。泡利年轻的时候还写过两篇重要的长达数百页的综述长文《相对论》和《量子力学的普遍原理》，直至今日仍是相对论与量子力学领域重要的经典文献。1921年，泡利为德国的《数学科学百科全书》撰写了关于相对论的长篇综述文章，爱因斯坦阅读后评价道：“任何该领域的专家都不会相信，该文出自一个年仅21岁的青年人之手，作者在文中显示出来的对这个领域的理解力、熟练的数学推导能力、对物理深刻的洞察力、使问题明晰的能力、系统的表述、对语言的把握、对该问题的完整处理及对其评价，使任何一个人都会感到羡慕。”1933年，泡利又为德国的《物理百科全书》撰写了关于量子力学的长篇综述文章，很快也成为经典。这两篇综述长文后来都以单行本的方式独立出版。在泡利生命的*后一年，他又对两书进行了全面修订，英文版分别由Pergamon Press和Springer-Verlag再次出版。我们将这两本书作为“泡利物理学讲义”的第7卷和第8卷一起出版。1994年，Springer-Verlag又出版了同样由泡利晚年助手查尔斯·恩斯教授编辑的《泡利物理哲学文集》，此书包含了泡利撰写的关于空间、时间与因果性、对称、泡利不相容原理和中微子等的21篇重在阐述科学思想与哲学的文章和演讲稿。我们将此书作为“泡利物理学讲义”的第9卷。这套“泡利物理学讲义”对高等院校的学生与研究人员深刻理解物理原理会有极大的帮助。

沃尔夫冈·泡利（Wolfgang E. Pauli），美籍奥地利科学家、物理学家，1945年诺贝尔物理学奖得主。1900年4月25日生于奥地利维也纳，毕业于慕尼黑大学，1958年12月15日，在瑞士苏黎世逝世，享年58岁。泡利在原子物理学和量子力学领域做出了重要贡献，发现了“泡利不相容原理”，建立了“中微子”假说，提出了二分量波函数的概念和著名的泡利自旋矩阵，并在量子场论、固体物理等领域都做了很多杰出的工作。

Foreword by Victor F. Weisskopf

Preface by the Editor

Preface by the Students

Introduction

Part 1. Wave Functions of Force-Free Particles

1. Association of Waves with Particles
2. The Wave Function and Wave Equation
3. The Uncertainty Principle
4. Wave Packets and the Mechanics of Point Particles. Probability Density
5. Measuring Arrangements. Discussion of Examples
6. Classical Statistics and Quantum Statistics

Part 2. Description of a Particle in a Box and in Free Space

7. One Particle in a Box. The Equation of Continuity
8. Normalization in the Continuum. The Dirac δ-Function
9. The Completeness Relation. Expansion Theorem
10. Initial-Value Problem and the Fundamental Solution

Part 3. Particle in a Field of Force

11. The Hamiltonian Operator
12. Hermitian Operators
13. Expectation Values and the Classical Equation of Motion. Commutation Relations (Commutators)

Part 4. More than One Particle

14. More than One Particle

Part 5. Eigenvalue Problems. Functions of Mathematical Physics

15. The Linear Harmonic Oscillator. Hermite Polynomials
16. Matrix Calculus Illustrated with the Linear Harmonic Oscillator
17. The Harmonic Oscillator in a Plane. Degeneracy
18. The Hydrogen Atom

Part 6. Collision Processes

19. Asymptotic Solution of the Scattering Problem
20. The Scattering Cross Section. The Rutherford Scattering Formula
21. Solution of the Force-Free Wave Equation
22. Expansion of a Plane Wave in Legendre Polynomials
23. Solution of the Schrödinger Equation with an Arbitrary Central Potential
24. The Born Approximation
25. Scattering of Low-Energy Particles

Part 7. Approximate Methods for Solving the Wave Equation

26. Eigenvalue Problem of a Particle in a Uniform Field
27. The WKB Method

Part 8. Matrices and Operators. Perturbation Theory

28. General Relationship Between Matrices and Operators. Transformation Theory
29. General Formalism of Perturbation Theory in the Matrix Representation
30. Time-Dependent Perturbation

Part 9. Angular Momentum and Spin

31. General Commutation Relations
32. Matrix Elements of the Angular Momentum
33. Spin
34. Spinors and Space Rotations

Part 10. Identical Particles with Spin

35. Symmetry Classes
36. The Exclusion Principle
37. The Helium Atom
38. Collision of Two Identical Particles: Mott’s Theory
39. The Statistics of Nuclear Spins

Part 11. Exercises

40. Fundamental Solution for Interval
41. Bound States and Tunnel Effect
42. Kronig-Penney Potential
43. Spherical Harmonics
44. Fundamental Solution for Harmonic Oscillator
45. Angular Momentum
46. Partial Waves
47. The Symmetrical Top

Bibliography

Appendix. Comments by the Editor

Index