Das Lehrbuch zur Quantenmechanik des erfahrenen Hochschullehrers und Autors Friedhelm Kuypers gibt eine verständliche Einführung in eines der faszinierendsten Gebiete der Physik, gespickt mit rund 300 Aufgaben mit ausführlichen Lösungen.
Friedhelm Kuypers unterrichtet seit 1986 Physik und Technische Mechanik für Ingenieure und Naturwissenschaftler an der OTH Regensburg. In seinen Vorlesungen legt er großen Wert auf Veranschaulichungen und hebt die Anwendungen physikalischer Gesetze in Technik und Alltag hervor. Er ist ebenfalls Autor des zweibändigen Lehrbuches "Physik für Ingenieure und Naturwissenschaftler" und der bereits in 10. Auflage erscheinenden "Klassischen Mechanik".
Vorwort v
1 Quantenmechanik undmoderne Welt1
2 Die Anfange der Quantenmechanik3
2.1 Plancksches Strahlungsgesetz 1900 4
2.2 Der Photoeffekt 1905 6
2.3 Das Bohrsche Atommodell 1913 9
2.4 Welleneigenschaften der Materie 1924 13
2.5 Der Compton-Effekt 1922 16
2.6 Das Doppelspalt-Experiment 18
2.7 Leitgedanken 25
2.8 Aufgaben 29
3 Die Schrödinger-Gleichung31
3.1 Aufstellung der Schrödinger-Gleichung 1926 32
3.2 Stationare Zustande 39
3.3 Orts- und Impulsoperator 43
3.4 Die Kontinuitatsgleichung 53
3.5 Leitgedanken 58
3.6 Aufgaben 64
4 Freie Wellenpakete69
4.1 Klassische Wellenpakete * 69
4.2 Wellenpakete freier Quantenobjekte 74
4.3 Interferenz von zwei Wellenpaketen * 83
4.4 Leitgedanken 86
4.5 Aufgaben 89
5 Stückweise konstante Potentiale92
5.1 Unendlich tiefer Potentialtopf 93
5.2 Potentialstufe 104
5.3 Wellenpakete an einer Potentialstufe * 110
5.4 Potentialwall und Tunneleffekt 114
5.5 Endlich tiefer Potentialtopf 124
5.6 Abschließende Bemerkungen 129
5.7 Leitgedanken 131
5.8 Aufgaben 136
6 Der harmonische Oszillator141
6.1 Lösung mit Potenzreihen 142
6.2 Algebraische Lösung mit Leiteroperatoren 151
6.3 Schwingende Zustande * 156
6.4 Leitgedanken 159
6.5 Aufgaben 162
7 Die mathematische Struktur167
7.1 Der Hilbertraum 168
7.2 Die Operatoren der Quantenmechanik 178
7.3 Das Ehrenfestsche Theorem 185
7.4 Leitgedanken 190
7.5 Aufgaben 193
8 Messprozess und Unbestimmtheitsrelation200
8.1 Der Messprozess 201
8.2 Allgemeine Unbestimmtheitsrelation 211
8.3 Unbestimmtheitsrelation für Energie und Zeit 221
8.4 Wechselwirkungsfreie Messung * 1993 229
8.5 Interpretationsprobleme 233
8.6 Leitgedanken 237
8.7 Aufgaben 241
9 Der Drehimpulsoperator247
9.1 Einführung und Motivation * 248
9.2 Eigenwerte des Drehimpulsoperators 248
9.3 Eigenfunktionen des Bahndrehimpulsoperators 255
9.4 Leitgedanken 260
9.5 Aufgaben 263
10 Das Wasserstoffatom267
10.1 Spektrum des Wasserstoffatoms 267
10.2 Wellenfunktionen des Wasserstoffatoms 276
10.3 Leitgedanken 286
10.4 Aufgaben 289
11 Elektromagnetische Felder293
11.1 Hamiltonoperator und Eichinvarianz 293
11.2 HomogeneMagnetfelder 296
11.3 Der Aharonov-Bohm-Effekt * 1959 299
11.4 Leitgedanken 304
11.5 Aufgaben 306
12 Der Spin308
12.1 Einführung 309
12.2 Der Stern-Gerlach-Versuch 1922 309
12.3 Spin-1/2-Teilchen 311
12.4 Magnetisches Moment des Spins 319
12.5 Wellenfunktionen mit Spin 324
12.6 Leitgedanken 327
12.7 Aufgaben 330
13 Addition von Drehimpulsen336
13.1 Einführung und Motivation * 336
13.2 Addition von zwei Spins mits=1/2 337
13.3 Addition von Bahndrehimpuls und Spin 341
13.4 Allgemeine Addition von zwei Drehimpulsen 345
13.5 Leitgedanken 346
13.6 Aufgaben 350
14 Zeitunabhangige Störungstheorie352
14.1 Einführung 352
14.2 Störung nicht entarteter Niveaus 353
14.3 Störung entarteter Niveaus 360
14.4 Feinstruktur des Wasserstoffatoms 364
14.5 Der Zeeman-Effekt 371
14.6 Leitgedanken 377
14.7 Aufgaben 384
15 Variationsprinzip388
15.1 Das Variationsprinzip 388
15.2 Leitgedanken 393
15.3 Aufgaben 394
16 Identische Teilchen396
16.1 Unterscheidbare Teilchen 397
16.2 Identische Teilchen 398
16.3 Symmetrisierung und Antisymmetrisierung 406
16.4 Leitgedanken 421
16.5 Aufgaben 424
17 Mehrelektronenatome429
17.1 Das Heliumatom 429
17.2 Das Periodensystem * 436
17.3 Die Hartree-Methode 440
17.4 Leitgedanken 444
17.5 Aufgaben 447
18 Moleküle449
18.1 Das ionisierte Wasserstoffmolekül 449
18.2 Das Wasserstoffmolekul 454
18.3 Hybridorbitale * 459
18.4 Van-der-Waals-Krafte * 461
18.5 Leitgedanken 464
18.6 Aufgaben 469
19 Kristalle470
19.1 Klassische Frequenzaufspaltung 470
19.2 Energiebander in Kristallen 471
19.3 Leitgedanken 481
19.4 Aufgaben 485
20 Zeitabhangige Störungstheorie487
20.1 Allgemeine Störungsentwicklung 488
20.2 Absorption und induzierte Emission 494
20.3 Auswahlregeln für elektrische Dipolübergange 505
20.4 Spontane Emission und Einsteinkoeffizienten 508
20.5 Plötzliche Parameteranderung * 513
20.6 Leitgedanken 516
20.7 Aufgaben 522
21 Der Dichteoperator525
21.1 Der Dichteoperator reiner Gesamtheiten 525
21.2 Der Dichteoperator gemischter Gesamtheiten 526
21.3 Leitgedanken 537
21.4 Aufgaben 539
22 Verschrankung543
22.1 Verschrankung 544
22.2 No-Cloning-Theorem 1982 551
22.3 Verschrankung und Doppelspalt-Experiment 555
22.4 Die Dekoharenz-Theorie * 562
22.5 Quantenkryptographie * 571
22.6 Leitgedanken 576
22.7 Aufgaben 581
23 EPR und Bellsche Ungleichungen585
23.1 Das EPR-Paradoxon 1935 585
23.2 Die Bellschen Ungleichungen 1964 589
23.3 Leitgedanken 594
23.4 Aufgaben 597
Lösungen 599
Lösungen 2: Die Anfange der Quantenmechanik 599
Lösungen 3: Die Schrödinger-Gleichung 601
Lösungen 4: Freie Wellenpakete 611
Lösungen 5: Stuckweise konstante Potentiale 618
Lösungen 6: Der harmonische Oszillator 633
Lösungen 7: Die mathematische Struktur 647
Lösungen 8: Messprozess und Unbestimmtheitsrelation 658
Lösungen 9: Der Drehimpulsoperator 677
Lösungen 10: Das Wasserstoffatom 689
Lösungen 11: Elektromagnetische Felder 702
Lösungen 12: Der Spin 707
Lösungen 13: Addition von Drehimpulsen 725
Lösungen 14: Zeitunabhangige Störungstheorie 729
Lösungen 15: Variationsprinzip 740
Lösungen 16: Identische Teilchen 744
Lösungen 17: Mehrelektronenatome 757
Lösungen 18: Moleküle 761
Lösungen 19: Kristalle 764
Lösungen 20: Zeitabhangige Störungstheorie 768
Lösungen 21: Der Dichteoperator 775
Lösungen 22: Verschrankung 782
Lösungen 23: EPR und Bellsche Ungleichungen 787
Literaturverzeichnis 790
Stichwortverzeichnis 791
