Ova knjiga razlikuje se od poznatih udžbenika teorijske fizike na svjetskim jezicima prije svega time, što odstupa od tradicionalne podjele fizike i od samog početka usmjeruje se prema atomnoj teoriji. Klasičnoj fizici bila su ishodištem svakidašnja iskustva, i ona se razvijala u uskoj vezi s epohalnim industrijskim preobrazbama, koje je uzrokovala upotreba alata, strojeva, topline, svjetlosti i elektriciteta. Ovo porijeklo i primjena odredili su bitnim dijelom oblik i sadržaj klasične fizike. No klasična teorija nije služila samo praktičkim potrebama svog doba; ona je bila prvi stupanj u spoznavanju prirode i samim time nosila je osnov dublje i opsežnije teorije prirode. Nije slučaj, da su opće formulacije klasične mehanike i elektrodinamike bile preuzete u kvantnu teoriju. Klasična teorija je bila pripravljena, da prijeđe u kvantnu. Ovaj prikaz teorijske fizike ograničuje se upravo na one putove, koji vode direktno do današnje atomistike. Mnogo šta je ostalo postrance, ali zato strma staza vodi do vrhunca suvremene teorije, odakle ne pucaju — kako se to obično veli — svijetle perspektive, nego se kroz neriješene probleme tek naslućuju budući usponi. Približiti čitatelja današnjim stremljenjima fizike — glavni je cilj ovog uvoda u teorijsku fiziku.

Moderna atomistika sjedinila je kemiju s fizikom. Danas već jedva tko može ozbiljno osporiti, da principijelni problemi kemije nisu rastumačeni valnom mehanikom. Pa ipak, još uvijek veliki broj kemičara stoji daleko od kvantne teorije ili se služi primitivnim slikama Bohrove teorije, koja je upravo zatajila na objašnjenju kemijskog afiniteta. Kompromisni pokušaji poznatih udžbenika fizičke kemije, da se iznesu rezultati kvantne mehanike bez dubljeg obrazloženja i izvoda, ne mogu trajno zadovoljiti. Razumijevanje atomnih procesa i primjena novih pogleda neće biti mogući bez studija teorijske fizike. S druge strane, često se medu kemičarima i eksperimentalno orijentiranim fizičarima ističe, da je kvantna mehanika ograđena apstraktnim i nepristupačnim matematičkim formalizmom. Zacijelo, eksperimentalno-istraživačke i apstraktno-matematičke metode dosegle su u današnjoj fizici tako visok stupanj, da je sve teže jednom čovjeku, da ih u jednakoj mjeri svlada. Pored svega toga, treba imati na umu, da se napredak prirodnih nauka osniva na jedinstvu eksperimenta i teorije. Potrebno je, da eksperimentator što više upozna suvremenu teoriju, kao i da teoretičar budno pazi na razvitak eksperimenta. Ova organska cjelina mora biti ideal u sveučilišnoj nastavi, gdje student još nije specijaliziran u jednoj ili drugoj metodici istraživanja. Eksperimentalna i teorijska fizika imaju zajedničku problematiku — ispitivanje najopćenitijih svojstava i zakona prirode — ali dok se eksperimentalni fizičari u istraživanju služe eksperimentom, teorijska fizika pronalazi nove zaključke apstraktno-matematičkom analizom i proračunom. Po svojoj problematici i metodi rada teorijska fizika je most između fizike i matematike. Najvažnije grane matematike, kao diferencijalni i integralni račun, diferencijalne jednadžbe, varijacioni račun, teorija potencijala i funkcija, integralne jednadžbe, statistika, vektorska i tenzorska analiza, moderna algebra, nikle su i dalje se razvijaju u rješavanju problema fizike, i one su najmoćnije oruđe teorijskog fizičara. U ovoj knjizi pretpostavlja se jedino, da čitatelj poznaje osnove više matematike, a sve drugo potrebno iz matematike izvedeno je na najjednostavniji način. Premda su odabrani najočigledniji i najkraći izvodi, ipak nije nigdje napuštena potrebna strogost.

Prijelaz od elementarnog razmišljanja na apstraktno zaključivanje teorijske fizike izvršen je postepeno, i iscrpna analiza eksperimenata prethodila je izgradnji atomne teorije, što je uklonilo bitne teškoće u svladavanju inače teškog formalizma kvantne mehanike.

Osnova ove knjige bila su predavanja održana na Prirodoslovnom fakultetu u Zagrebu u posljednje tri godine. Od gradiva teorijske fizike odabrano je ono, što je od zajedničkog interesa za fizičare, kemičare i matematičare. Na taj način postavio se sam po sebi plan knjige. Mehanika krutog tijela i kontinua od manjeg je značenja za kemiju, pa je ispuštena. Od mehanike uzeto je samo ono, što je bitno za razumijevanje osnovnih principa i za primjenu u atomnoj fizici. Ispuštena je također geometrijska optika, jer malo pridonosi principijelnoj problematici ove knjige. Prvobitna veza između geometrijske optike i Hamilton-Jacobijeve mehanike, što je inspiriralo Schrödingera, nije tu došla do izražaja. S obzirom na noviji razvitak bolje je poći od valnih jednadžbi svjetlosti i materije u relativistički invarijantnom obliku. Od klasičnih područja ispuštena je također fenomenološka termodinamika, i toplina je shvaćena kao statistički fenomen. Drugo poglavlje sadrži kinetičku teoriju, koja se prirodno nadovezuje na mehaniku i uvod je u atomnu teoriju. Nakon što je djelovanje atoma u toplinskim pojavama spoznato, prelazi se u trećem poglavlju na ispitivanje o strukturi atoma. I teorija elektriciteta i magnetizma zasnovana je na atomističkim predodžbama; na taj način izbjeglo se teško razumljivo opisivanje elektromagnetskog stanja sa četiri veličine. Ishodište našeg izlaganja jesu sile na elektron. Danas se već jedva može osporiti eksperimentalna egzaktnost tog stajališta. Konsekventno tome, dielektrikum je od početka atomistički zahvaćen; Langevinovoj i Debyevoj teoriji magnetske i električne susceptibilnosti posvećeno je dosta prostora, to više, što su predodžbe o polarnim molekulama važne za kemiju. Teorija elektriciteta, koja je počela analizom sila na električne naboje, oslobađa se otkrićem elektromagnetskog polja mehaničkih štaka i dobiva Maxwello-vim jednadžbama siguran i samostalan fundament. Peto poglavlje završava taj prijelaz i daje na koncu klasičnu sliku emisije, apsorpcije i disperzije svjetlosti. Klasična teorija završava teorijom relativnosti kao vrhuncem elektrodinamike i elektronske teorije. Težište je bačeno na četverodimenzionalan prikaz Lorentzovih transformacija, što je od najveće važnosti za relativističku kvantnu teoriju. Poglavlju o teoriji relativnosti dodana je hipoteza o kvantima svjetlosti i kozmičke zrake; s jedne strane, tu je najjača eksperimentalna potvrda teorije relativnosti, a s druge strane, čini to cjelinu s elementarnom nuklearnom fizikom, koja je iznesena u prvom dijelu. Budući da su gravitacione sile od manjeg značenja za strukturu atoma, „Opća teorija relativnosti“ je ispuštena.

Drugi dio obraduje kvantnu teoriju i valnu teoriju materije. Poslije Planckova zakona izložene su osnovne činjenice o kvantnoj emisiji i apsorpciji. Drugo poglavlje prikazuje staru kvantnu mehaniku Bohra i Sommerfelda, koja je konsekventnom primjenom principa korespondencije vodila do otkrića mehanike matrica. U trećem poglavlju primjenjuju se kvantni principi na strukturu atoma i izgradnju periodnog sistema kemijskih elemenata. Najvažnije je u tom ispitivanju otkriće spina i Paulijev princip, koji ima odlučno značenje za strukturu materije. Nova epoha fizike, koja je počela de Broglievom hipotezom o valovima materije, prikazana je u daljim poglavljima. U četvrtom poglavlju izvedene su najvažnije diferencijalne jednadžbe skalarnog polja materije i rješenja u jednostavnim potencijalima, a da nije dodirnuto pitanje, što su zapravo valovi materije. U idućem poglavlju iznesene su fizičke interpretacije valova materije i pokazana uska veza između valne mehanike Schrödingera i mehanike matrica Heisenberga. I pored suprotnog ishodišta, obje kvantne mehanike su identične. Osim toga, to poglavlje sadrži bitne primjene valne mehanike na kemiju, kao i valnomehaničko tumačenje tako zagonetnog Paulijeva principa. Šesto poglavlje započinje s mezonskom teorijom nuklearnih sila, koja je danas u središtu eksperimentalnog i teorijskog ispitivanja. Nova otkrića u 1947. i 1948. o mezonima omogućila su, da se kako-tako pruži zaokružena slika o nuklearnim silama i kozmičkim zrakama. Eksperimentalni materijal tu naglo raste i treba očekivati nova iznenađenja. Šesto poglavlje sadrži još teoriju spina, koji je bitno svojstvo elementarnih čestica. Knjiga završava s kvantnom elektrodinamikom. Pored velikih uspjeha navedene su i glavne teškoće, pred kojima stoji kvantna teorija valnih polja. Rješenje problema elementarnih čestica i poznatih divergencija u vlastitim energijama može izazvati još duboke promjene u principima kvantne teorije. Ipak, čitatelj ne treba da posumnja u čitavu teoriju. Kvantna mehanika atoma, molekula i čvrstog tijela, u svojoj nerelativističkoj aproksimaciji, trajan je posjed fizike, i buduća teorija morat će obuhvatiti današnju, kao što relativistička mehanika sadrži kao specijalan slučaj Newtonovu mehaniku.

Kritičkim primjedbama i korekturom tiskarskog sloga mnogo su po- mogli asistenti B. Jakšić, Z. Janković i D. Majer, te studenti matematike i fizike G. Alaga, I. Babić-Gjalski, V. Glaser, L. Kolombo, S. Mardešić, S. Rajčić i M. Živković. Jezičnu korekturu izvršili su profesori A. Jurević i N. Šop. Za tehničku opremu knjige brinuo se akad. slikar V. Gliha. Slagari i uprava Nakladnog zavoda Hrvatske učinili su sve, što je kraj oskudnog matematičkog sloga bilo moguće, da knjiga izađe što prije i bolje. Svima njima srdačno zahvaljujem.

Prirodoslovno-matematički fakultet
Zagreb, maja 1949.
Ivan Supek

SADRŽAJ

PRVI DIO

I. Mehanika čestice
1. Newtonov zakon gibanja
2. Kružno gibanje planeta oko Sunca
3. Princip energije u konstantnom gravitacionom polju
4. Harmonički oscilator
5. Periodička gibanja, Fourierov teorem
6. Vektori
7. Skalarni produkt
8. Vektorski produkt, moment sile i impulsa
9. Princip energije
10. Keplerovo gibanje
11. Lagrangeove generalizirane jednadžbe
12. Problem dvaju tijela

II. Kinetička teorija materije
1. Pritisak i specifična toplina plina
2. Veličina i broj atoma
3. Kanonske jednadžbe gibanja i Liouvilleov teorem
4. Kanonska raspodjela
5. Zakon jednake raspodjele energije
6. Plin u gravitacionom polju, sedimentna ravnoteža
7. Statistika i termodinamika
8. Kristalna struktura čvrstog tijela
9. Elastični titraji jednodimenzionalne rešetke
10. Elastični titraji kontinuuma
11. Titranja napete žice
12. Specifična toplina čvrstog tijela

III. Elektroni i atomne jezgre
1. Atomizam elektriciteta
2. Katodne i kanalne zrake
3. Najvažniji aparati za motrenje iona
Ionizaciona komora
Geiger-Müllerov brojač
Wilsonova komora
Fotografska emulzija
4. Gibanje elektrona u magnetskom polju
5. Određenje omjera e/m
6. Promjenljivost mase s brzinom
7. Spektrograf masa, izotopi
8. Radioaktivno raspadanje
9. Statistička zakonitost raspadanja
10. Raspršenje α-zraka, atomne jezgre
11. Sastav atomnih jezgri
12. Masa i energija
13. Energije spajanja
14. β-radioaktivnost
15. Djelovanja neutrona, prisilne jezgrene pretvorbe
16. Cijepanje atomnih jezgri

IV. Statička električna i magnetska polja
1. Električno polje, potencijal, gradient
2. Tok polja, divergencija
3. Energija električnog polja
4. Električna polarizacija
5. Inducirani dipolni momenti
6. Polarne molekule
7 Magnetska svojstva materije
6. Električne struje i njihova magnetska polja
Porijeklo magnetskih momenata
10. Larmorov teorem, dijamagnetizam
11. Rotacija vektorske funkcije, Stokesov teorem
Osnovni zakoni za statična električna i magnetska polja u integralnom i diferencijalnom obliku
12. Vektorski potencijal, Hamiltonova forma jednadžbe gibanja elektrona

V. Elektricitet i svjetlost
1. Elektrodinamika Faradaya i Maxwella
2. Primjeri Faraday-Maxwellovih zakona
Biot-Savartov zakon
Betatron, sinhrotron
3. Maxwellove jednadžbe
4. Elektromagnetski valovi
5. Princip energije
6. Polarizacija i interferencija svjetlosti
7. Ogib svjetlosti
8. Röntgenske zrake
S. Retardirani potencijali
10. Klasični model izvora svjetlosti
11. Maxwellova formula za indeks loma
12. Disperzija svjetlosti

VI. Teorija relativnosti, kvanti svjetlosti, kozmičke zrake
1. Eter i princip relativnosti
2. Lorentzove transformacije
3. Četverodimenzionalni prikaz Lorentzovih transformacija
4.Relativistički invarijantna formulacija elektrodinamike i mehanike
5. Fotoefekt
Kontinuirani röntgenski spektar
6. Comptonov efekt
7. Kozmičke zrake
8. Zakočno zračenje, tvorba para elektron-pozitron, kaskade
9. Prodorna komponenta kozmičkih zraka, mezoni
10. Nuklearne sile i mezoni

DRUGI DIO
I Planckov zakon i Bohrovi postulati
1. Toplinsko zračenje
2. Planckov zakon
3. Einstein-Debyeva teorija specifične topline čvrstog tijela
4. Empiričke činjenice o spektrima
5. Bohrovi postulati
Franck-Hertzovi pokusi
6. Einsteinove vjerojatnosti prijelaza
7. Spektri α-zraka i γ-zraka

II. Korespondentna kvantna mehanika
1. Kvantni uvjet, primjena na rotator
2. Spektri molekula, Ramanov efekt
Rotacionotitrajni spektri
Ramanov efekt
3. Bohrova teorija vodikova spektra
4. Utjecaj gibanja jezgre, spektri He+, Li++
5. Eliptičke staze
6. Princip korespondencije
7. Kompleksni brojevi
8. Matematička pravila 0 matricama
9. Mehanika matrica
10. Harmonički oscilator, opća pravila matrične mehanike

III. Kemijski elementi
1. Periodni sistem elemenata
2. Röntgenski spektri
3. Spektri alkalijskih metala
4. Periferna i centralna svojstva atoma
5. Magnetski momenti, normalni Zeemamov efekt
6. Spin
7. Kvantni brojevi i Paulijev princip
S. Izgradnja periodnog sistema elemenata
9. Multiplicitet spektralnih linija
10. Magnetski momenti atoma, anomalni Zeemanov efekt
11. Hiperfina struktura spektralnih linija i momenti atomnih jezgri
12. Paulijev princip i izgradnja atomnih jezgri

IV. Valovi materije
1. de Broglieva hipoteza
2. Frekvencija i valna dužina
3. Lorentzove transformacije i valovi materije
4. Fazna i grupna brzina
5. Valna jednadžba
6. Nerelativistička aproksimacija
7. Val materije u potencijalu, lom i refleksija
8. Valnomehanički spektri
9. Harmonički oscilator
10. Centralnosimetrični potencijal
Rotator
11. Vodikov atom
12. Relacije neodređenosti

V. Valna mehanika
1. Fizičke interpretacije valne funkcije
2. α-raspadanje, WBK-postupak
3. Ortogonalnost i opća rješenja Schrödingerove jednadžbe
4. Veza između valne mehanike i mehanike matrica
5. Moment impulsa
6. Kemijski spoj, ion H2+
7. Rezonancija, sile zamjene
8. Teorija metala
Elektroni u periodičnom potencijalu
Specifična toplina
Električka vodljivost
9. Valna jednadžba dviju čestica
10. Helijev spektar
11. Opća formulacija Paulijeva principa
12. Problem dviju čestica sveden na problem jedne čestice
13. Ortovodik i paravodik

VI. Nuklearne sile, spin
1. Statička polja i nuklearne sile
2. Potencijalni lonac, osnovno stanje deuterona
3. Ovisnost nuklearnih sila o spinu
4. Zasićenje nuklearnih sila
5. Vektorska polja
6. Spin 1
7. Diracova jednadžba
8. Spin ½
9. Uspjesi i problemi relativističke valne teorije materije

VII. Kvantna elektro dinamika
1. Kanonske jednadžbe gibanja za mnoštvo čestica
2. Varijacioni principi
3. Kvantiziranje valnih polja
4. Rastavljanje u ravne valove
5. Teorija perturbacije
6. Uzajamno djelovanje elektrona sa svjetlošću
7. Vlastita energija elektrona
8. Kvantiziranje elektronskih valova

Literatura
Jedinice i mjere
Fizičke konstante
Periodni sistem elemenata
Podaci o lakim atomnim jezgrama
Atomne jezgre (tabele izotopa i izobara)
Oznake i opaske
Registar

Napravi novu temu u “Literatura”

Napišite komentar



<a href="" title="" rel="" target=""> <blockquote cite=""> <code> <pre> <em> <strong> <del datetime=""> <ul> <ol start=""> <li> <img src="" border="" alt="" height="" width="">