Relativistic and QED Effects in Heavy Atoms pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Kelly, Kim 编

出品人:

页数:338

译者:

出版时间:1998-4

价格:$ 62.72

装帧:

isbn号码:9780883183359

丛书系列:

图书标签:

• 量子电动力学7
• QS
• Relativistic effects
• QED
• Heavy atoms
• Atomic physics
• Quantum electrodynamics
• Many-body theory
• Spectroscopy
• Electronic structure
• Computational physics
• Chemical physics

《相对论与量子电动力学在重原子中的效应》 本书深入探讨了在重原子体系中，相对论效应和量子电动力学（QED）效应所扮演的关键角色。这些效应对于精确描述原子的电子结构、能级跃迁以及各种光谱特征至关重要，尤其是在原子核电荷数较大的情况下，这些效应的影响尤为显著。 引言 在原子物理学的宏伟图景中，重原子因其独特的电子排布和强烈的核吸引力，展现出与轻原子截然不同的物理行为。当原子序数显著增加时，原子内部的电子，特别是靠近核的内层电子，其运动速度会接近光速。这种高速运动必然触发一系列深刻的相对论效应，使得基于非相对论近似的传统模型失效。与此同时，量子电动力学作为描述光与物质相互作用的精确理论，也为理解原子体系中的精细结构提供了不可或缺的框架。本书正是致力于揭示在重原子体系中，相对论和QED效应如何相互交织，共同塑造我们对原子性质的认知。 第一部分：重原子中的相对论效应 第一章：相对论与原子结构 本章将首先回顾狭义相对论的基本原理，并阐述其在原子模型中的引入。我们将考察狄拉克方程的建立过程，以及它如何成功地描述了电子的相对论性运动，并自然地引入了自旋的概念。对于重原子而言，中心力场近似下的狄拉克方程的求解将是核心内容。我们将详细分析求解狄拉克方程所得的能量本征值，并与非相对论薛定谔方程的结果进行对比，突出相对论修正项的起源和影响。特别地，我们将讨论原子轨道角动量和自旋角动量之间的耦合（自旋-轨道耦合），以及它如何导致能级的裂分，即所谓的“相对论效应”或“斯塔克效应”。 第二章：相对论性轨道效应与内层电子 本章将聚焦于相对论效应对内层电子轨道的影响。随着核电荷的增加，内层电子的轨道半径显著收缩，其速度也随之急剧增加。我们将量化这种收缩，并分析它对原子屏蔽效应和外层电子能级的影响。通过分析径向波函数和角向波函数的相对论性修正，我们将深入理解内层电子在重原子中是如何被“拉近”原子核的，以及这种效应如何改变原子核的有效电荷。 第三章：中心力场近似下的能量修正 本章将系统地分析相对论效应对原子能级的定量修正。我们将从相对论动能和势能的修正入手，推导出能级劈裂的表达式。这将涉及对中心力场中相对论哈密顿量的详细分析，并介绍求解这些方程的数值方法。我们将讨论如何从实验上测量这些相对论引起的能级劈裂，并将其与理论计算结果进行比对，以验证理论模型的准确性。 第二部分：量子电动力学在重原子中的应用 第四章：量子电动力学的基本概念 本章将简要回顾量子电动力学（QED）的核心概念，包括量子化的电磁场、电子的狄拉克场以及光子。我们将介绍QED中的相互作用绘景，并重点讲解费曼图技术在描述粒子相互作用中的应用。对于重原子体系，QED效应主要体现在与电磁场的精细相互作用上。我们将概述真空极化和电子自能等基本QED修正项的物理意义。 第五章：真空极化与核屏蔽的QED修正 本章将深入探讨真空极化在重原子体系中的重要性。当电子云存在于强大的库仑场中时，真空中的虚电子-正电子对会被极化，从而改变了核电荷的有效屏蔽效应。我们将量化这种真空极化对原子核有效电荷的修正，并分析它如何进一步影响原子能级，特别是对内层电子能级的影响更为显著。本章还将讨论QED效应如何精细地修正传统的原子屏蔽模型。 第六章：电子自能与精细结构 本章将关注电子自能这一关键的QED修正。电子在原子中运动时，会与电磁场发生多次相互作用，其能量会产生微小的修正。我们将详细解释电子自能的起源，包括与真空涨落的相互作用以及与核电荷场的相互作用。本章将着重分析电子自能在重原子精细结构中的贡献，它能够解释一些在相对论效应中无法完全描述的微小能级劈裂，例如兰姆移。 第七章：多电子体系的QED效应 重原子通常拥有多个电子，这使得QED效应的计算更加复杂。本章将探讨如何在多电子体系中近似处理QED效应。我们将讨论平均场近似下的QED修正，以及如何将单电子QED修正推广到多电子体系。我们将介绍一些处理多电子QED效应的数值技术，并讨论其在计算重原子光谱中的实际应用。 第三部分：实验观测与理论验证 第八章：重原子光谱学 本章将回顾和介绍利用各种光谱技术（如X射线光谱、紫外-可见光谱、激光光谱等）对重原子能级进行精确测量的实验方法。我们将重点关注那些能够揭示相对论和QED效应的实验观测，例如原子谱线的精细结构、同位素移和兰姆移等。我们将讨论实验数据在验证理论模型中的作用。 第九章：理论计算与实验数据的比对 本章将系统地展示如何利用本书介绍的理论框架进行重原子光谱参数的计算。我们将详细介绍常用的理论计算方法，包括基于密度泛函理论（DFT）的相对论计算以及考虑QED修正的计算。我们将选取具体的重原子体系作为案例，展示理论计算结果与实验测量数据之间的精确比对。我们将讨论计算的不确定性和可能存在的系统误差，以及如何进一步提高计算的精度。 第十章：相对论与QED效应的应用展望 本章将展望相对论和QED效应在重原子研究中的未来发展方向和应用前景。我们将讨论这些效应在核物理、粒子物理、天体物理等领域的潜在影响。例如，在研究超重元素、中子星内部原子结构以及寻找新的物理定律时，对重原子体系中相对论和QED效应的精确理解将是不可或缺的。 结论 本书旨在提供一个全面而深入的视角，阐述相对论效应和量子电动力学在重原子体系中无处不在且至关重要的作用。通过对相对论性轨道收缩、自旋-轨道耦合、真空极化、电子自能等关键物理过程的细致分析，并结合最新的实验观测和理论计算方法，本书为读者提供了一个理解和预测重原子行为的强大工具。对于研究原子物理、量子化学、核物理以及天体物理等领域的学者和学生而言，本书将是一份宝贵的参考资料。

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整体而言，这本书散发着一股浓厚的学术气息，它无疑是为严肃的物理研究者或高年级研究生量身定做的“硬通货”。我可以想象，在某个安静的图书馆角落，配着一杯浓郁的咖啡，翻阅这本书将是一段极其充实但同时也极具挑战的旅程。它不会提供轻松的阅读体验，更像是为你打开了一扇通往高精尖物理世界的大门，你需要自己携带足够的“工具”（知识储备）才能顺利通过。书中的深度和广度，暗示着作者本人在该领域深厚的积累和独到的见解。对于希望系统性掌握相对论量子效应在重原子体系中应用细节的同行来说，这本著作的重要性不言而喻，它很可能成为未来几年内该细分领域的重要参考标准之一。我期待着在接下来的时间里，能够沉下心来，细细品味其中蕴含的全部奥秘。

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初翻开目录，我就被那种逻辑的严密性所震撼了。章节之间的过渡自然流畅，每一个概念的引入都像是经过深思熟虑的精心铺垫。从宏观的相对论基础到微观的量子电动力学，再到它们在重原子系统中的具体耦合效应，作者构建了一个清晰且层次分明的知识体系。我注意到，作者并没有急于抛出最复杂的模型，而是耐心地引导读者理解每一个基本原理，这对于我这样并非该领域核心专家的读者来说，是非常友好的。每一次概念的深入，都伴随着对历史发展脉络的简要回顾，这使得我们不仅学到了“是什么”，更理解了“为什么会是这样”，这种历史观的融入，极大地增强了学习的趣味性和深刻性。阅读过程中，我能感受到作者对于构建完整知识图谱的热忱，每一个细节都似乎在诉说着其背后的物理图像，而非仅仅是枯燥的数学推导。

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这本书的装帧设计着实令人眼前一亮，那种厚重而又不失典雅的质感，仿佛预示着其中蕴含的知识的深度。拿到手中的瞬间，我仿佛就已经触及到了那些晦涩难懂的物理前沿。书页的触感很棒，纸张的质量显然是经过精心挑选的，印刷的字体清晰锐利，即使是复杂的公式和图表，也能看得一清二楚，这对于需要长时间阅读和查阅的专业书籍来说，无疑是一个巨大的加分项。封面和封底的色彩搭配，那种沉稳的深蓝色调，很符合其主题的严肃性和专业性，让人一看就知道这不是一本轻松的读物，而是需要投入大量精力的学术力作。从外在来看，它完美地传达了一种权威感和严谨性，让人对即将展开的阅读之旅充满了敬畏和期待。我个人特别欣赏这种对细节的关注，毕竟在学术研究中，视觉体验和信息呈现的清晰度，与内容本身同等重要，它们共同构成了阅读体验的基石，这本书在这方面做得相当出色。

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作为一本深入探讨特定物理现象的专著，我对其中对实验结果和理论预测的对比分析抱有极高的期待。通过快速浏览部分章节的引言和结论部分，我能察觉到作者在处理理论与观测数据时的审慎态度。书中对误差来源的讨论，以及不同近似方法的适用性范围，都有着非常细致的剖析，这体现了极高的学术良心。它不仅仅是在陈述一个已知的结论，更是在展示一个科学家如何审视和验证其工作，如何在一个充满不确定性的世界中寻求精确性。对于任何希望从事计算物理或原子理论研究的人来说，书中可能蕴含的对数值方法的讨论、对计算效率的权衡，以及如何将抽象理论转化为可计算模型的实践经验，绝对是无价之宝。这种对实践层面细节的关注，使得这本书的价值远超纯粹的理论综述。

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这本书的叙述风格，说实话，初看有些挑战性，但深入进去后，却发现了一种独特的韵味。它不像某些科普读物那样试图用过于简化的语言来掩盖复杂性，而是坦诚地面对物理学的本质难度，用一种近乎诗意的精确性来描述自然界的规律。大量的数学符号和推导穿插其中，但行文之间又穿插着一些精妙的物理洞察和直觉性的解释，巧妙地平衡了严谨性与可理解性之间的张力。我尤其喜欢作者在关键转折点上，那种不动声色的强调，仿佛在提醒读者：“注意，这里是理解后续一切的密钥。” 这种略带内敛但极具力量的写作手法，迫使读者必须集中全部注意力，也正因如此，每攻克一个难点时，那种成就感也格外强烈。它不是在“教”你知识，更像是在“邀请”你一同探索物理学的边界，一同品味那些精妙的数学结构之美。

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