• A
  • A
  • A
  • АБB
  • АБB
  • АБB
  • А
  • А
  • А
  • А
  • А
Обычная версия сайта
2024/2025

Математические основы квантовой механики

Статус: Дисциплина общефакультетского пула
Когда читается: 1, 2 модуль
Охват аудитории: для всех кампусов НИУ ВШЭ
Язык: русский
Кредиты: 6
Контактные часы: 60

Программа дисциплины

Аннотация

Данный курс представляет собой введение в квантовую механику для студентов-математиков, не требующее серьезной базы физических знаний. Квантовая механика является важнейшим инструментом для исследования и описания явлений микромира и в настоящее время входит в обязательный образовательный минимум физиков-теоретиков и специалистов по математической физике. Модели квантовой механики послужили и продолжают служить источником вдохновения в открытии множества общезначимых и красивых конструкций и методов современной математики: в теории представлений групп и алгебр Ли, в функциональном анализе, в деформационном и геометрическом квантовании, теории квантовых групп и др.
Цель освоения дисциплины

Цель освоения дисциплины

  • Усвоение физических принципов квантовой механики и освоение математического аппарата на примере фундаментальных моделей (одномерное движение, гармонический осциллятор, атом водорода, системы тождественных частиц)
Планируемые результаты обучения

Планируемые результаты обучения

  • Владеет математическим аппаратом квантовой механики, включая базовые понятия и технику теории обобщенных функций, гильбертовых пространств, спектральной теории операторов, дифференциальных уравнений в частных производных. Умеет строить собственные функции гамильтониана атома водорода в сферических координатах.
  • Владеет навыками самостоятельного квантования простых моделей нерелятивистской классической механики.
  • Понимает статистический смысл основных операций и объектов пространства состояний: скалярных произведений, спектра наблюдаемых и т.п. Умеет находить распределения вероятностей измерений различных наблюдаемых в простых моделях и рассчитывать эволюцию состояния.
  • Умеет находить вероятности перехода из заданного начального состояния системы в конечное в процессе измерения полного набора наблюдаемых.
  • Умеет строить конечномерные унитарные представления алгебры Ли su(2), находить спектр оператора квадрата углового момента и компонент углового момента.
  • Умеет строить обобщенные собственные векторы, отвечающие непрерывному спектру операторов координаты и импульса, вычислять плотность амплитуды вероятности распределения координаты и значений импульса в чистых состояниях квантовой системы. Умеет находить спектр связанных состояний в одномерной потенциальной яме.
  • Умеет строить представления симметрической группы, отвечающие различным диаграммам Юнга, находит состояния системы тождественных частиц с заданными свойствами.
  • Умеет строить пространство состояний гармонического осциллятора, находить его спектр и собственные вектора.
Содержание учебной дисциплины

Содержание учебной дисциплины

  • Недостаточность классического описания явлений микромира
  • Основные постулаты канонического (операторного) квантования.
  • Квантование гармонического осциллятора
  • Оснащенное гильбертово пространство, свободная частица, общие свойства одномерного движения.
  • Полный набор наблюдаемых и проблема измерения
  • Трехмерное движение в центральном поле
  • Общая теория углового момента
  • Симметрии квантовых систем и законы сохранения
  • Квантовая теория тождественных частиц.
  • Интегрируемые модели квантовой механики.
Элементы контроля

Элементы контроля

  • неблокирующий Листок 1. Скобки Пуассона, конечномерные квантовомеханические системы
    Вводный листок. Задачи на понимание формализма гамиьлтоновой механики и основных принципов динамики и измерения наблюдаемых в квантовой механике
  • неблокирующий Листок 2. Гармонический осциллятор. Одномерные квантовые системы
  • неблокирующий Листок 3. Многомерные квантовые системы: угловой момент и спин, тождественные частицы
Промежуточная аттестация

Промежуточная аттестация

  • 2024/2025 2nd module
    По темам курса выдается 3 листка с задачами для самостоятельного решения. Задания листков оцениваются по 10-балльной шкале. Для получения оценки 10 достаточно решить примерно 80% задач листка. Накопленная оценка 𝑂накоп — среднее арифметическое оценок за все листки. Если 𝑂накоп ≥ 7, итоговая оценка 𝑂итог получается округлением 𝑂накоп до целого по обычному правилу. В случае, если 𝑂накоп < 7, студент должен сдать экзамен, при этом итоговая оценка определяется по формуле 𝑂итог = 0.5(𝑂накоп + 𝑂экз).
Список литературы

Список литературы

Рекомендуемая основная литература

  • Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. - Теоретическая физика Т.3. Квантовая механика (нерелятивистская теория) - Издательство "Физматлит" - 2001 - ISBN: 5-9221-0057-2 - Текст электронный // ЭБС ЛАНЬ - URL: https://e.lanbook.com/book/2380
  • Теоретическая физика. Т.3: Квантовая механика (нерелятивистская теория), , 2002

Рекомендуемая дополнительная литература

  • Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. - Теоретическая физика. Т.2. Теория поля - Издательство "Физматлит" - 2006 - ISBN: 5-9221-0056-4 - Текст электронный // ЭБС ЛАНЬ - URL: https://e.lanbook.com/book/2236
  • Принципы квантовой механики, Дирак, П. А. М., 1979

Авторы

  • Сапонов Павел Алексеевич
  • Пятов Павел Николаевич