Obsah PŘEDMLUVA...9 ÚVOD TEORETICKÁ MECHANIKA...15

Podobné dokumenty
Požadavky ke státní závěrečné zkoušce pro obor učitelství fyziky pro SŠ

Požadavky ke státní závěrečné zkoušce pro obor Učitelství fyziky pro SŠ

Obsah PŘEDMLUVA 11 ÚVOD 13 1 Základní pojmy a zákony teorie elektromagnetického pole 23

Elementární částice. 1. Leptony 2. Baryony 3. Bosony. 4. Kvarkový model 5. Slabé interakce 6. Partonový model

VYBRANÉ KAPITOLY Z TEORETICKÉ FYZIKY

Vybrané podivnosti kvantové mechaniky

Zkušební otázky pro bakalářské SZZ Fyzika, Fyzika pro vzdělávání, Biofyzika

Netradiční výklad tradičních témat

B) výchovné a vzdělávací strategie jsou totožné se strategiemi vyučovacího předmětu Fyzika.

POŽADAVKY KE STÁTNÍ ZÁVĚREČNÉ ZKOUŠCE MAGISTERSKÉ STUDIUM POČÍTAČOVÉ MODELOVÁNÍ VE VĚDĚ A TECHNICE (NAVAZUJÍCÍ STUDIUM I DOBÍHAJÍCÍ 5-LETÉ STUDIUM)

Od kvantové mechaniky k chemii

Laserová technika prosince Katedra fyzikální elektroniky.

Zkušební otázky pro bakalářské SZZ Fyzika, Fyzika pro vzdělávání, Biofyzika

Kvantová mechanika I. doc. RNDr, Jan Klíma, CSc. prof. RNDr. Bedřich Velický, CSc.

VYPOUŠTĚNÍ KVANTOVÉHO DŽINA

Lehký úvod do kvantové teorie II

f x = f y j i y j x i y = f(x), y = f(y),

Přednášky z lékařské biofyziky Biofyzikální ústav Lékařské fakulty Masarykovy univerzity, Brno

Termika a molekulová fyzika Teplota a její měření: nultý termodynamický zákon, teploměry, empirická, absolutní a termodynamická

Okruhy k maturitní zkoušce z fyziky

Matematické metody kvantové mechaniky

Požadavky k písemné přijímací zkoušce z matematiky do navazujícího magisterského studia pro neučitelské obory

POŽADAVKY K SOUBORNÉ ZKOUŠCE Z MATEMATIKY

Lehký úvod do kvantové teorie

FYZIKÁLNÍ CHEMIE I: 2. ČÁST

Úvod do moderní fyziky. lekce 2 částicové vlastnosti vln a vlnové vlastnosti částic, základy kvantové mechaniky

Vlny. částice? nebo. Pavel Cejnar ÚČJF MFF UK FJDP 2018/19. Objevování kvantového světa

Lekce 4 Statistická termodynamika

Operátory obecně (viz QMCA s. 88) je matematický předpis který, pokud je aplikován na funkci, převádí ji na

pro studijní obor optika

Proč studovat hvězdy? 9. 1 Úvod Energetické úvahy Zjednodušení použitá při konstrukci sférických modelů Model našeho Slunce 15

POŽADAVKY K RIGOROZNÍ ZKOUŠCE UČITELSTVÍ FYZIKY PRO 2.STUPEŇ ZŠ. 1. Fyzika

Elektronový obal atomu

Státní závěrečná zkouška. Magisterský program Fyzika, obor Učitelství fyziky pro střední školy

c) vysvětlení jednotlivých veličin ve vztahu pro okamžitou výchylku, jejich jednotky

CZ 1.07/1.1.32/

Úvod do moderní fyziky. lekce 3 stavba a struktura atomu

Fyzika, maturitní okruhy (profilová část), školní rok 2014/2015 Gymnázium INTEGRA BRNO

Parciální diferenciální rovnice

Blok: F 01B Základní kurz fyziky

ELEKTROMAGNETICKÁ INTERAKCE

1. Obecná fyzika, mechanika a molekulová fyzika

Fyzika opakovací seminář tematické celky:

Okruhy a otázky ke zkoušce

Kvantová a statistická fyzika 2 (Termodynamika a statistická fyzika)

Inovace studia molekulární a buněčné biologie reg. č. CZ.1.07/2.2.00/

6 PŘEDNÁŠKA 6: Stav kvantového systému, úplná množina pozorovatelných. Operátor momentu hybnosti a kvadrátu momentu hybnosti.

Singulární charakter klasické limity

Kvantová mechanika ve 40 minutách

Inovace studia molekulární a buněčné biologie

Elektronový obal atomu

Tabulace učebního plánu. Vzdělávací obsah pro vyučovací předmět : Fyzika. Ročník: I.ročník - kvinta

VAROVÁNÍ Přemýšlení o kvantové mechanice způsobuje nespavost

3.5.2 Kvantový rotátor

ELEKTROMAGNETISMUS ELEKTRO MAGNETISMUS

4 Term ika. D ůsledky zavedení tep lo ty a tep la Stavová r o v n i c e Stavová rovnice termická a kalorická

ÈÁST VII - K V A N T O V Á F Y Z I K A

MAKROSVĚT ~ FYZIKA MAKROSVĚTA (KLASICKÁ) FYZIKA

Zkušební požadavky k bakalářské zkoušce z fyziky pro obor Optika a optoelektronika. verze 4:

Fyzika II mechanika zkouška 2014

v mikrosvětě Pavel Cejnar Nahoru, dolů, dokola toť dráhy prvků. Ústav částicové a jaderné fyziky MFF UK, Praha Marcus Aurelius, A.D.

KVANTOVÁ MECHANIKA A ELEKTRODYNAMIKA

Okruhy, pojmy a průvodce přípravou na semestrální zkoušku v otázkách. Mechanika

Fyzika IV Dynamika jader v molekulách

Elektřina a magnetismus UF/ Základy elektřiny a magnetismu UF/PA112

Okruhy otázek z anglického jazyka, matematiky a fyziky pro přijímací řízení do doktorských studijních programů na Fakultě strojního inženýrství

Slapový vývoj oběžné dráhy. Michaela Káňová, Marie Běhounková Geodynamický seminář

Státní závěrečná zkouška z oboru Matematika a její použití v přírodních vědách

Rovnice matematické fyziky cvičení pro akademický školní rok

Numerická matematika Písemky

Maturitní otázky z fyziky Vyučující: Třída: Školní rok:

Základní otázky pro teoretickou část zkoušky.

PLANCK EINSTEIN BOHR de BROGLIE

Teorie grup a její aplikace ve fyzice

Fyzika 6. ročník. přesahy, vazby, mezipředmětové vztahy průřezová témata. témata / učivo. očekávané výstupy RVP. očekávané výstupy ŠVP

Maturitní otázky z předmětu MATEMATIKA

O bsah. P řed m lu v a 11

Maturitní témata fyzika

ZS: 2018/2019 NMAF063 F/3 Josef MÁLEK. Matematika pro fyziky III

Do nekonečné potenciálové díry umístíme dva elektrony. Napiš jejich vlnové funkce, pokud se soustava nachází ve stavu s minimální energií.

Kvantová informatika pro komunikace v budoucnosti

2. Elektrotechnické materiály

Dnešní látka: Literatura: Kapitoly 3 a 4 ze skript Karel Rektorys: Matematika 43, ČVUT, Praha, Text přednášky na webové stránce přednášejícího.

VÝUKA FYZIKY NA FAKULTĚ ELEKTROTECHNIKY A KOMUNIKAČNÍCH TECHNOLOGIÍ VUT V BRNĚ. Pavel Koktavý

Všechno, co jste kdy chtěli vědět o maticích, ale báli jste se zeptat

Úvod do laserové techniky

Učební plán 4. letého studia předmětu matematiky. Učební plán 6. letého studia předmětu matematiky

Teorie grup a její aplikace ve fyzice

Kvantová mechanika bez prostoročasu

Vlnění, optika a atomová fyzika (2. ročník)

laboratorní řád, bezpečnost práce metody fyzikálního měření, chyby měření hustota tělesa

Zkušební požadavky k bakalářské zkoušce z fyziky pro studijní obor Obecná fyzika a matematická fyzika

Krystalografie a strukturní analýza

33 DYNAMIKA MIKROČÁSTIC. Mikročástice v potenciálové jámě Tunelový jev Harmonický oscilátor Problém mnoha částic v kvantové mechanice

Mgr. Ladislav Zemánek Maturitní okruhy Matematika Obor reálných čísel

Státní zkouška. Učitelství fyziky pro střední školy

Fluktuace termodynamických veličin

Vlastnosti pevných látek

Gymnázium Česká a Olympijských nadějí, České Budějovice, Česká 64, 37021

6.2.8 Vlnová funkce. ψ nemá (zatím?) žádný fyzikální smysl, fyzikální smysl má funkce. Předpoklady:

Transkript:

Obsah PŘEDMLUVA...9 ÚVOD...11 1. TEORETICKÁ MECHANIKA...15 1.1 INTEGRÁLNÍ PRINCIPY MECHANIKY... 16 1.1.1 Základní pojmy z mechaniky... 16 1.1.2 Integrální principy... 18 1.1.3 Hamiltonův princip nejmenší akce... 20 1.1.4 Lagrangeovy rovnice... 20 1.1.5 Jednoduché příklady... 23 1.1.6 Další příklady... 25 1.2 ZÁKONY ZACHOVÁNÍ V PŘÍRODĚ... 27 1.2.1 Teorém Emmy Noetherové... 27 1.2.2 Zákon zachování hybnosti... 28 1.2.3 Zákon zachování energie... 29 1.3 HAMILTONOVY KANONICKÉ ROVNICE... 33 1.3.1 Hamiltonovy rovnice... 33 1.3.2 Harmonický oscilátor... 36 1.3.3 Poissonova formulace Hamiltonových rovnic... 39 1.3.4 Numerické řešení Hamiltonových rovnic... 40 1.4 VYBRANÉ ÚLOHY Z TEORETICKÉ MECHANIKY... 42 1.4.1 Pohyb nabité částice v elektromagnetickém poli... 42 1.4.2 Pohyb v rotující soustavě... 46 1.4.3 Problém dvou těles, Keplerova úloha... 50 1.4.4 Lagrangeovy body... 56 1.4.5 Disipace energie... 61 1.4.6 Inverzní úloha... 63 1.4.7 Adiabatické invarianty... 67 1.4.8 Kanonické transformace... 70 1.5 NELINEÁRNÍ DYNAMICKÉ SYSTÉMY... 74 1.5.1 Matice stability a fázový portrét systému... 76 1.5.2 Metoda potenciálu... 81 1.5.3 Bifurkace... 83 1.5.4 Ljapunova stabilita, limitní cyklus, atraktor... 86 1.5.5 Evoluční rovnice... 93

1.6 LAGRANGEOVY ROVNICE PRO POLNÍ PROBLÉMY... 98 1.6.1 Lagrangeovy rovnice, skalární pole... 98 1.6.2 Kanonicky sdružené pole... 102 1.6.3 Maxwellovy rovnice, elektromagnetické pole... 103 2. KVANTOVÁ TEORIE...109 2.1 ÚVOD... 110 2.1.1 Mikrosvět a makrosvět... 110 2.1.2 Experimenty, které vedly ke kvantové teorii... 111 2.2 ZÁKLADNÍ PRINCIPY KVANTOVÉ TEORIE... 117 2.2.1 Základní axiomy a definice... 117 2.2.2 Kompatibilita měření a Heisenbergovy relace... 122 2.2.3 Vlastní stavy energie, Schrödingerova rovnice... 129 2.2.4 Různé interpretace kvantové teorie... 132 2.3 HARMONICKÝ OSCILÁTOR... 138 2.3.1 Řešení pomocí vlnové mechaniky (Schrödinger)... 138 2.3.2 Řešení bez volby reprezentace (Dirac)... 144 2.3.3 Řešení pomocí maticové mechaniky (Heisenberg)... 147 2.4 JEDNODUCHÉ JEDNOROZMĚRNÉ SYSTÉMY... 150 2.4.1 Nekonečná jáma... 150 2.4.2 Konečná jáma... 152 2.4.3 Bariéra, tunelový jev a rozptyl... 155 2.4.4 Periodický potenciál a pásové spektrum... 160 2.4.5 Neutron v tíhovém poli... 164 2.5 SFÉRICKY SYMETRICKÝ POTENCIÁL... 167 2.5.1 Moment hybnosti... 169 2.5.2 Řešení v x reprezentaci, kulové funkce... 174 2.5.3 Jednoduché systémy: oscilátor, vodík, jáma... 176 2.6 ČASOVÝ VÝVOJ... 179 2.6.1 Evoluční operátor... 179 2.6.2 Časová Schrödingerova rovnice... 181 2.6.3 Oscilace neutrin... 184 2.6.4 Dvouštěrbinový experiment, AB experiment, MZ interferometr... 186 2.6.5 Ehrenfestovy teorémy, viriálový teorém... 191 2.7 RELATIVISTICKÁ KVANTOVÁ TEORIE, SPIN... 194 2.7.1 Prostorová rotace a Lorentzova transformace... 194 2.7.2 Spin... 196 2.7.3 Kleinova-Gordonova rovnice... 200 2.7.4 Diracova rovnice... 205 2.7.5 Pozitron, C symetrie... 216 2.7.6 Elektron a jeho pole, U(1) symetrie... 218

2.8 SOUSTAVA STEJNÝCH ČÁSTIC... 223 2.8.1 Operátor výměny dvou částic... 223 2.8.2 Bosony a fermiony, Pauliho princip... 224 2.8.3 Druhé kvantování... 225 2.8.4 Ukázka druhého kvantování pro Kleinovo-Gordonovo pole... 228 2.9 KVANTOVÁ TEORIE A SKRYTÉ PARAMETRY... 231 2.9.1 Akt měření a dekoherence... 231 2.9.2 Skryté parametry... 233 2.9.3 EPR paradox... 234 2.9.4 Bellovy nerovnosti... 236 2.9.5 A co dál?... 239 3. STATISTICKÁ FYZIKA...241 3.1 VYBRANÉ PARTIE Z TERMODYNAMIKY... 242 3.1.1 První a druhá věta termodynamická... 243 3.1.2 Termodynamické potenciály... 244 3.2 ZÁKLADNÍ POJMY STATISTICKÉ FYZIKY... 248 3.2.1 Slovníček pojmů... 248 3.2.2 Ergodický problém... 252 3.2.3 Liouvillův teorém... 253 3.3 GIBBSŮV KANONICKÝ SOUBOR... 256 3.3.1 Odvození rozdělení... 256 3.3.2 Konstanty rozdělení... 257 3.3.3 Partiční suma a její význam... 260 3.4 JEDNODUCHÉ PŘÍKLADY... 263 3.4.1 Ideální plyn... 263 3.4.2 Částice ve vnějším poli... 265 3.4.3 Klasický oscilátor... 270 3.5 DALŠÍ PŘÍKLADY... 272 3.5.1 Kvantový oscilátor (vibrátor)... 272 3.5.2 Kvantový rotátor... 277 3.5.3 Dvouatomární plyn... 280 3.5.4 Anharmonický oscilátor... 282 3.5.5 Dvouhladinový systém... 284 3.6 GRANDKANONICKÝ SOUBOR... 286 3.6.1 Odvození rozdělení... 286 3.6.2 Konstanty rozdělení... 287 3.6.3 Partiční suma... 288 3.7 FERMIONY A BOSONY... 291 3.7.1 Fermiho-Diracovo a Boseho-Einsteinovo rozdělení... 292 3.7.2 Soubory fermionů (trpaslík a neutronová hvězda)... 295 3.7.3 Soubor fotonů (Planckův vyzařovací zákon)... 298

3.8 FLUKTUACE A ENTROPIE... 307 3.8.1 Fluktuace... 307 3.8.2 Entropie... 310 3.9 MAGNETICKY AKTIVNÍ SYSTÉMY... 313 3.9.1 Základní pojmy... 313 3.9.2 Magneticky aktivní materiály... 317 3.9.3 Mřížové modely... 323 DODATKY...329 DODATEK A EINSTEINOVA SUMAČNÍ KONVENCE A JEJÍ POUŽITÍ... 330 A1 Einsteinova sumační konvence... 330 A2 Délkový element... 334 DODATEK B LIEOVA ALGEBRA... 336 B1 Lineární vektorový prostor... 336 B2 Lieova algebra... 337 B3 Strukturní koeficienty Lieovy algebry... 338 DODATEK C TENZORY... 340 C1 Kovariantní a kontravariantní indexy... 340 C2 Skalární součin, zvyšování a snižování indexů... 341 C3 Čtyřvektory, Minkowského metrika... 342 DODATEK D KUŽELOSEČKY... 345 D1 Elipsa... 345 D2 Hyperbola... 346 D3 Parabola... 347 DODATEK E DIRACOVA SYMBOLIKA A OPERÁTORY V KVANTOVÉ TEORII... 348 E1 Unitární prostory (prostory se skalárním součinem)... 348 E2 Operátory... 352 E3 Projekční operátory... 359 E4 Rozvoj prvku do báze... 361 E5 Spektrální teorie... 364 DODATEK F PFAFFOVY DIFERENCIÁLNÍ FORMY... 371 F1 Věta o pěti ekvivalencích... 371 F2 Věta o existenci integračního faktoru... 374 DODATEK G NĚKTERÉ INTEGRÁLY A ŘADY... 376 G1 Výpočet Gaussova integrálu... 377 G2 Výpočet integrálu ve Stefanově-Boltzmannově zákoně... 377 SEZNAM SYMBOLŮ...379 REJSTŘÍK OSOBNOSTÍ...383 Teoretická mechanika... 384 Kvantová teorie... 388 Statistická fyzika... 399

REJSTŘÍK POJMŮ...402 LITERATURA...407 PŘÍLOHA ANEB O ČEM BYSTE MĚLI VĚDĚT...411