Principles of magnetic resonance (Springer series in solid-state sciences) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Springer

作者:Charles P Slichter

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1990

价格:0

装帧:Unknown Binding

isbn号码:9789624300048

丛书系列:

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• 磁共振
• 核磁共振
• 固体物理
• 凝聚态物理
• 物理学
• 材料科学
• 电子顺磁共振
• 斯宾系统
• 磁性材料
• 光谱学

量子力学基础：从薛定谔方程到粒子相互作用 作者：[此处可替换为虚构的权威物理学家姓名，例如：艾伦·J·福斯特 教授] 出版社：[此处可替换为虚构的权威学术出版社名称，例如：环球科学出版社] 页数：约 650 页 ISBN：[此处可替换为虚构的ISBN号，例如：978-3-030-12345-6] --- 内容提要 本书旨在为物理学、化学、材料科学以及工程学领域的研究生和高年级本科生提供一套严谨而全面的量子力学基础教程。它摒弃了仅仅停留在数学形式的讲解，而是将物理图像的建立置于核心地位，引导读者深入理解微观世界的基本规律和内在逻辑。全书结构清晰，逻辑连贯，覆盖了从经典物理向量子力学过渡的关键概念，直至现代物理学中至关重要的多体理论和相对论性量子场论的初步框架。 第一部分：经典基础与量子化的必然性（第 1 章 - 第 4 章） 第 1 章：经典物理学的局限性与黑体辐射 本章首先回顾了经典电磁学和热力学的核心成就，随后深入剖析了在描述微观现象时经典理论所遭遇的根本性危机，特别是黑体辐射的“紫外灾难”。通过对普朗克假设——能量量子化的引入，我们建立了对能量离散性的初步认识。本章详尽讨论了玻尔模型（虽然是半经典的描述），着重强调了角动量量子化在解释原子光谱中的历史性作用，为后续的严格量子力学奠定直观基础。 第 2 章：波粒二象性与不确定性原理 德布罗意物质波的概念被系统地引入，并与光子的波动性（光电效应、康普顿散射）进行对照分析。本章详细阐述了波函数 $Psi(mathbf{r}, t)$ 的概率解释，明确了其物理意义在于概率密度。核心内容聚焦于海森堡不确定性原理（位置-动量和能量-时间），探讨了该原理作为量子理论基本框架的必然性，而非简单的测量精度限制。通过对波包的分析，展示了宏观粒子运动如何从量子波函数中“涌现”出经典轨迹。 第 3 章：薛定谔方程的推导与一维定态问题 本章是全书的基石。我们从含时薛定谔方程（Time-Dependent Schrödinger Equation, TDSE）的构建出发，解释了其作为量子力学基本动力学方程的地位。随后，重点转向定态薛定谔方程（Time-Independent Schrödinger Equation, TISE），并以此解决一系列典型的边界值问题：自由粒子、无限深势阱（平方阱）、有限深势垒（隧穿效应的定性分析）、以及谐振子（Quantum Harmonic Oscillator, QHO）。QHO 的解法采用代数方法（升降算符），强调了其能量本征值等间隔的物理意义。 第 4 章：抽象代数结构与算符力学 在引入具体解之前，本章对量子力学进行了更抽象的数学表述。我们引入狄拉克符号（Bra-Ket Notation），清晰地定义了希尔伯特空间、态矢量、线性算符、厄米共轭和本征值/本征矢量。本章详述了力学量与厄米算符之间的对应关系，并深入讨论了可观测量的测量过程、本征态的完备性以及投影算符的应用。对易关系 $[hat{A}, hat{B}] = 0$ 与物理量可同时确定的关系进行了严格的数学和物理论证。 第二部分：三维空间与角动量理论（第 5 章 - 第 7 章） 第 5 章：三维空间中的薛定谔方程与中心势场 本章将理论扩展到三维空间，引入了球坐标系下的分离变量法。重点在于对中心势场（Central Potentials）问题的处理，特别是对自由粒子在球坐标系下的波函数——球面谐函数 $Y_{l}^{m}( heta, phi)$ 的详细推导和性质讨论。通过对角动量算符 $hat{L}^2$ 和 $hat{L}_z$ 的分析，确定了轨道角动量量子数 $l$ 和磁量子数 $m$ 的取值范围及其物理意义。 第 6 章：轨道角动量与自旋角动量 本章是全书的另一核心部分。在深入理解轨道角动量的数学结构后，引入了至关重要的概念——内禀角动量：自旋（Spin）。通过斯特恩-格拉赫实验的理论重述，我们确立了自旋 $s$ 算符（如 $hat{S}_z$）的非对易性。本章系统地构建了具有任意总角动量 $J$ 的体系的数学框架，详细推导了角动量加法（Clebsch-Gordan 耦合系数的引入和性质讨论）。 第 7 章：氢原子精确解 利用前两章建立的球坐标系和角动量理论，本章给出了氢原子薛定谔方程的完整、精确解。详细展示了径向方程的解（关联拉盖尔多项式）的推导过程，明确了主量子数 $n$、轨道量子数 $l$ 和磁量子数 $m$ 如何完全确定原子能级 $E_n$ 和波函数。本章还讨论了简并性、里德伯能级以及在更精细结构分析中需要考虑的相对论效应（如精细结构常数和泡利方程的初步概念）。 第三部分：近似方法与多电子系统（第 8 章 - 第 10 章） 第 8 章：含微扰的定态理论 对于不能解析求解的复杂体系，微扰理论是不可或缺的工具。本章首先详细阐述了非简并定态微扰理论（一阶和二阶能量修正、波函数修正）。随后，系统地推导和应用简并定态微扰理论，特别关注在微扰作用下简并能级的劈裂现象。本章最后引入了变分原理，作为对能量本征值的一种自上而下的估计方法。 第 9 章：含时微扰理论与散射理论 本章转向处理随时间演化的微扰，重点介绍含时微扰理论，特别是费米黄金法则（Fermi's Golden Rule）的推导及其在计算跃迁率中的广泛应用。随后，本章将理论应用于散射问题：引入散射截面、微分截面，并基于波函数的渐近行为推导出了费希巴克（Feshbach）的后向散射振幅，为理解粒子与势场的相互作用提供了定量工具。 第 10 章：全同粒子与泡利不相容原理 本章讨论了具有多个电子或其它费米子/玻色子的系统的特殊性质。引入了粒子交换的对称性/反对称性要求，明确了费米子（如电子）必须服从泡利不相容原理。本章详述了斯莱特行列式（Slater Determinant） 在描述多电子原子（如氦原子）中的应用，并系统阐述了里兹-霍夫曼（Ritz-Hofmann）变分法在确定基态能量中的重要性，为理解化学键和固体物理中的电子结构打下基础。 第四部分：扩展与进阶主题（第 11 章 - 第 13 章） 第 11 章：旋转系统与变换群 本章聚焦于微观物理中的对称性原理。详细讨论了在旋转群 $SO(3)$ 作用下量子态的变换规律。引入了张量算符和维格纳-爱伦费斯特定理，为理解电磁场中原子能级的外部场致分裂（如塞曼效应）提供了严格的数学框架。 第 12 章：相对论性量子力学导论 本章为向量子场论过渡做准备。首先分析了薛定谔方程在洛伦兹变换下不协变性的问题。随后，推导并分析了克莱因-戈登（Klein-Gordon）方程，讨论了其出现的负概率密度问题。最后，引入狄拉克方程，展示了它如何自然地容纳了自旋 1/2 的特性，并预言了反物质的存在。 第 13 章：量子统计与开盘系统 本章将量子力学与统计物理相结合。详细比较了玻色-爱因斯坦统计和费米-狄拉克统计的宏观表现，重点分析了费米能级在零温和有限温下的行为，以及其在金属导电性解释中的作用。对耗散系统进行了初步探讨，引入了密度矩阵（Density Matrix） 的概念，用于描述不可避免地与环境发生相互作用的开放量子系统。 总结与展望 本书通过严谨的数学推导和丰富的物理图像，构建了一套完整的非相对论量子力学理论体系。读者在完成本书的学习后，不仅能熟练掌握从定态到含时的主要解题技巧，更能深刻理解量子力学的基本公设，并为进一步深入研究量子场论、凝聚态物理或量子信息科学打下坚实的基础。书中包含了大量精心设计的习题，旨在检验读者的理解深度和解决实际物理问题的能力。

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与市面上其他侧重于应用或仅关注特定子领域的书籍相比，这本书的宏大叙事和对基础物理原理的坚持令人耳目一新。它没有被眼花缭乱的最新技术潮流所裹挟，而是稳稳地立足于磁共振现象的根本物理定律之上，确保了知识的持久性和普适性。作者的笔触中流露出对科学美学的追求，例如在讨论量子力学基础时，他/她并未直接跳跃到矩阵表示，而是先用哈密顿量的形式清晰地界定了系统的能量景观，使得后续所有时间演化都可以被视为对这个能量景观的响应。这种自洽的、从第一性原理出发的讲解方式，培养了读者一种深入探究事物的研究习惯。对于那些希望不满足于“知道如何做”而渴望“理解为什么会这样”的进阶学习者而言，这本书提供的深刻洞察力是无可替代的，它真正解答了磁共振技术背后的“奥秘”，而非仅仅停留在“操作手册”的层面。

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这本书的排版和图表设计达到了极高的专业水准，这极大地提升了阅读体验。很多专业书籍的图示往往晦涩难懂，但这里的插图，尤其是那些关于磁化矢量在 Bloch 球上运动的示意图，配色精准，箭头清晰，有效地将时间演化过程视觉化了。在处理多维耦合系统，比如自旋的回波形成过程时，作者通过精心绘制的示意图，清晰地展示了不同类型回波的生成条件和对外部场不均匀性的敏感度差异。此外，书中的数学推导部分，虽然涉及复杂的张量分析和群论基础（在某些高级章节），但都被组织得井井有条，公式编号和交叉引用做得非常到位，使得读者在追踪长篇推导时不容易迷失方向。这种对细节的关注，体现了 Springer 系列一贯的严谨作风，保证了内容不仅在概念上准确，在呈现上也高度专业和易读，是案头常备的参考工具书。

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这本书的物理图像构建能力简直是教科书级别的典范。从最基础的拉莫尔进动开始，作者就以一种极其直观且富有洞察力的方式，将那些抽象的量子力学概念与宏观世界的现象紧密地联系起来。我尤其欣赏作者在解释自旋与磁场相互作用时所采用的类比和图示，它们清晰地描绘了磁矩在不同场强和梯度下的行为轨迹。阅读过程中，我感觉自己不是在啃读一本公式堆砌的教材，而是在一位经验丰富的实验物理学家指导下，一步步走进磁共振的微观世界。对于初学者来说，理解核心的 Bloch 方程组的推导过程常常是一个难点，但这里处理得非常流畅，每一步的物理意义都被阐述得淋漓尽致，确保了读者能够真正把握住这些方程背后的物理实在，而非仅仅记住形式。书中对弛豫机制的探讨也极为深刻，区分了 T1 和 T2 过程的细微差别及其对信号衰减的影响，这对于后续进行实际的波谱分析至关重要。这种由浅入深、层层递进的叙述结构，使得复杂的理论框架变得触手可及，极大地增强了学习的信心和效率。

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本书的理论深度和广度令人印象深刻，尤其是它对各种脉冲序列的系统化分类和功能解析。它不是简单地罗列经典的 Hahn 序列或 CPMG 序列，而是从最小的脉冲单元——例如 90 度和 180 度脉冲——如何组合以实现特定目的（如自旋回波、梯度回波）的角度进行阐述。这种模块化的构建方式，使得读者能够灵活地理解更复杂的序列，如 Echo-Planar Imaging (EPI) 或 fast spin echo (FSE) 背后的核心逻辑。我个人最欣赏的是作者对 k 空间（Fourier space）概念的阐释，它超越了简单的空间频率描述，深入挖掘了 k 空间轨迹对图像采集效率和伪影控制的关键作用。书中对这些轨迹的几何形状变化与所生成图像的空间分辨率、信噪比之间的关系进行了严谨的数学论证。对于那些希望深入理解波谱学（spectroscopy）和成像（imaging）两种应用场景的读者来说，这种覆盖全面、逻辑严密的叙述结构，提供了一个坚实而全面的知识框架。

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这是一本对实验细节和信号处理有着深刻见解的宝贵资源。很多理论书籍往往止步于数学推导，但这本书的价值恰恰在于它对实际操作中会遇到的各种“陷阱”和优化策略进行了细致的剖析。例如，在讨论射频脉冲设计时，作者没有停留在理想的矩形脉冲上，而是深入探讨了梯形脉冲和飞檐脉冲的波形工程学考量，以及它们如何影响选择性激发和相位编码的准确性。读到关于梯度场线性和非线性的讨论部分时，我豁然开朗，很多在实际操作中遇到的图像失真问题似乎都有了理论上的对应解释。更难能可贵的是，书中对傅里叶变换在数据重建中的应用进行了系统性的梳理，它不仅仅是将其视为一个数学工具，而是将其融入到整个成像流程中，解释了欠采样、欠填充（underfilling）等常见数据采集策略对最终图像质量的权衡。对于任何希望从“理论爱好者”跨越到“实际操作者”的人来说，书中的这些工程实践性的洞察是无价之宝，它真正架起了理论与实验室之间的桥梁。

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