Methods of Molecular Quantum Mechanics pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Wiley

作者:Valerio Magnasco

出品人:

页数:298

译者:

出版时间:2010-01-26

价格:USD 145.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780470684429

丛书系列:

图书标签:

• 量子力学
• 分子物理
• 计算化学
• 量子化学
• 分子结构
• 电子结构
• 从头算
• 密度泛函理论
• Hartree-Fock
• 分子性质

物质之谜：从宏观到微观的探索之旅 图书简介 本书旨在带领读者踏上一段激动人心的科学旅程，深入探究物质世界的本质——原子、分子及其内部的量子行为。我们并非聚焦于那些高度专业化、仅限于纯理论物理或化学的复杂数学推导，而是致力于搭建一座坚实的桥梁，连接日常可感知的宏观现象与支配其行为的微观物理定律。本书将以一种引人入胜、逻辑清晰的方式，系统地梳理现代物理学如何揭示物质构成的基本原理，并阐释这些原理如何在化学、材料科学乃至生命科学中发挥核心作用。 我们将从历史的视角切入，回顾人类对原子概念的演变历程。从道尔顿的经典原子模型，到汤姆逊的“葡萄干布丁”模型，再到卢瑟福的原子核的发现，我们一步步逼近了物质结构的核心。然而，经典物理学在解释原子稳定性、黑体辐射和光电效应等现象时遭遇的困境，成为了开启全新物理学范式的关键。 本书的核心章节将集中探讨经典物理学的局限性与量子革命的曙光。我们将详细介绍普朗克对能量量子化的引入，爱因斯坦对光子概念的阐释，以及玻尔模型在解释氢原子光谱方面的初步成功与最终的理论瓶颈。这些早期的突破，如同奠定了摩天大楼基石的早期工程记录，对于理解后续的量子力学框架至关重要，但它们本身并不构成完整的描述体系。 随后，我们将进入一个充满反直觉但极其精确的领域：波粒二象性与概率描述。德布罗意物质波的提出，彻底颠覆了我们对粒子和波的传统认知。我们不深入探究薛定谔方程的具体形式，而是侧重于波函数的物理意义——它如何描述粒子在空间中存在的可能性，以及概率幅的概念如何取代了经典物理学中确定的轨道概念。我们将使用类比和清晰的图示（此处为文字描述的类比，例如，将波函数比作天气预报的概率云图而非确定的降雨点），帮助读者理解海森堡不确定性原理的深刻内涵：我们无法同时精确知晓粒子的位置和动量，这种限制是宇宙的基本属性，而非测量技术的缺陷。 本书将花大量篇幅讨论原子结构与元素周期表的物理起源。我们将系统地介绍量子数（主量子数、角量子数、磁量子数和自旋量子数）的物理意义，它们如何决定了电子在原子中“可居住”的状态。通过泡利不排除原理，我们将解释电子如何分层填充轨道，最终形成我们所熟知且在化学中具有决定性意义的元素周期表。这部分内容将展示，看似经验性的化学规律，实际上是严格的量子力学约束的必然结果。 在分子层面，我们关注化学键的本质。我们将探讨原子如何通过共享或转移电子形成稳定的分子结构。不同于复杂的分子轨道理论计算，我们侧重于定性地理解共价键、离子键和金属键的形成机制，以及价层电子对互斥理论（VSEPR）如何基于电子云的空间排布来预测分子的几何形状。这些形状决定了分子的宏观性质，例如水的非凡特性、蛋白质的折叠结构，以及材料的力学强度。 材料科学的微观基础也是本书的重要组成部分。我们将介绍固体中电子的能带理论的定性图像。我们不会陷入到布洛赫定理的复杂证明中，而是着重解释导体、半导体和绝缘体之间区别的根源——禁带宽度。理解能带结构，是理解现代电子学（如晶体管、LED）和新型功能材料（如超导体）的基础。我们将讨论晶体结构如何影响材料的机械和光学特性，解释金属光泽、半导体导电性差异背后的物理机制。 最后，本书触及了超越单电子模型的范畴，简要概述了多电子系统所面临的挑战，例如电子间的关联效应。我们将讨论如何通过近似方法（如平均场理论的简化概念）来处理复杂体系，为读者理解更前沿的凝聚态物理学和量子化学的复杂模型提供一个清晰的认知起点，避免陷入复杂的积分和矩阵对角化。 本书的叙事风格旨在保持学术的严谨性，同时辅以丰富的历史背景、生活中的实例和类比推理，确保即便是没有深厚的数学背景的读者，也能领略到支配我们宇宙的微观力量的壮丽与优雅。我们不教授如何“计算”量子态，而是致力于帮助读者“理解”量子世界是如何运作的。

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这本书的叙述风格简直像是一位经验丰富、耐心十足的导师在面对面讲解。它不像市面上很多教材那样，只是冰冷地罗列公式和定理，而是充满了对物理图像的细腻刻画。比如，当我们讨论到自洽场（SCF）方法时，作者花了大量的篇幅去解释“场”这个概念是如何一步步从经典场论的概念过渡到量子力学中的有效势，这种历史的脉络感和物理直觉的培养，比死记硬背程序步骤要有效得多。我尤其欣赏作者在处理数值稳定性问题时所采取的态度——他没有回避这些实际操作中的难点，反而坦诚地指出了不同近似方法在实际计算中可能遇到的陷阱，并提供了相应的规避策略。这使得这本书的实用价值大大提升，它不仅仅是一本理论参考书，更像是一本操作手册。我最近在尝试用它指导的一个小型计算项目，效果出奇地好，很多以前困扰我的收敛性问题，在重读了相关章节后豁然开朗。如果你渴望深入理解量子化学计算的“为什么”和“怎么做”，这本书绝对值得拥有。

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这本书给我的最大感受是“系统性”与“连贯性”的完美结合。它不是一堆知识点的简单堆砌，而是一个逻辑严密的知识体系的构建过程。作者巧妙地利用一个核心概念——比如电子之间的关联——作为贯穿始终的线索，然后围绕这个核心，逐步引入和完善各种工具。这种叙事方式使得学习过程非常自然，你不会感到某个部分是突然冒出来的，每一个工具的引入都有其深刻的理论动因。例如，从Hartree-Fock到密度泛函理论（DFT）的过渡，作者清晰地解释了为什么我们需要放弃精确波函数而转向密度，这种“理论需求驱动方法发展”的逻辑链条，让DFT的学习不再是盲目的公式套用，而是对原理的深刻理解。对于那些希望建立完整知识体系的学者而言，这种结构化的讲解方式是无价之宝。它帮助我构建了一个稳固的思维框架，使得我能够更有效地将书中所学的知识迁移到我具体的研究问题上，而不是仅仅停留在理论的层面。

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这本书的封面设计相当吸引人，那种深邃的蓝色调配合着银色的字体，立刻就给人一种专业而严谨的感觉。我本来对量子化学这个领域了解不多，拿到手时还有些忐忑，但翻开目录后，那种系统的结构感立刻让我安心了不少。作者显然对这门学科的脉络把握得非常清晰，从最基础的薛定谔方程讲起，逐步深入到各种近似方法和计算技术。阅读过程中，我发现作者在解释复杂的数学推导时，总是能找到一个恰到好处的切入点，不会一上来就丢给你一堆让人头晕的公式。举个例子，在处理多电子体系的变分原理时，作者用了非常形象的比喻来描述波函数的局域化和电子间的相互作用，这对于我这种需要从头学习的人来说，简直是雪中送炭。虽然内容深度不浅，但行文的流畅度很高，没有那种教科书特有的生涩感。我特别喜欢它在章节末尾设置的“思考题”，这些问题往往不是简单的重复概念，而是引导你去真正理解背后的物理图像和数学逻辑，极大地激发了我的求知欲。总的来说，这是一本非常适合入门，但同时又能在后续研究中不断提供深刻见解的宝藏书籍。

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坦白讲，我最初购买这本书是冲着它在特定高级课题上的深度。这本书的后半部分内容，尤其是在处理相对论效应和耦合簇理论（CC）展开的部分，展现出了令人敬佩的广度和深度。作者没有停留在标准的Hartree-Fock框架内，而是深入探讨了如何将狭义相对论效应巧妙地融入到非相对论的框架中，这对于处理重元素体系至关重要。更令人称奇的是，它对高精度计算方法的介绍，那种对不同方法（如CCSD(T) vs. CCSD）的计算成本、外推能力以及基组依赖性的细致对比分析，远超出了我预期的广度。我发现很多顶尖期刊论文中引用的背景知识，都能在这本书的某一个小节中找到严谨的推导和背景阐述。唯一的小小遗憾是，某些前沿的机器学习辅助计算方法涉及较少，但考虑到本书的经典地位，这可以理解。对于已经具备扎实基础、希望迈向研究前沿的读者来说，这本书的价值无可估量，它提供了通往“精确”计算化学的坚实阶梯。

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从排版和细节来看，这本书的编辑工作做得非常出色，体现了对读者体验的尊重。字体选择清晰易读，数学符号的渲染准确无误，这一点在处理大量上下标和希腊字母时尤为重要，极大地减少了阅读疲劳。图表的质量也非常高，那些用来解释分子轨道对称性和电子态演化的示意图，绘制得既简洁又信息量十足，它们有效地弥补了纯文字描述的不足。我特别注意到，作者在定义新变量或引入关键假设时，都会用粗体或斜体进行强调，这使得我在快速浏览或回顾特定概念时，能够迅速定位到核心信息。此外，书中的脚注和参考文献列表异常详尽，为进一步的深入研究提供了宝贵的线索。这本书的装帧也很结实，即便是经常查阅，翻折和磨损的情况也控制得很好，显示出出版社对学术著作应有的重视。总而言之，这本教材在“阅读体验”这一维度上，完全达到了令人赞叹的水准。

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