5. Содержание дисциплины. Модуль 1

Тема 1.1. Механический способ описания. Основные идеи механического способа описания. Экспериментальная основа: измерение и его процедура, прибор, эталон. Наблюдаемые величины, их числовые значения. Допустимые значения наблюдаемых, спектр. Воспроизводимость результатов измерений, функции распределения. Механическое состояние. Уравнение состояния и функции состояния. Фундаментальный набор, число степеней свободы. Пространство состояний, изображающая точка и вектор состояния. Базисы пространства состояний, координатные представления. Эволюция наблюдаемых во времени. Уравнение эволюции. Траектория.

Классическая механика. Основные понятия и законы классической механики. Модель пространства состояний: конфигурационное и фазовое пространство, уравнения движения, граничные и начальные условия. Принцип наименьшего действия. Основные механические модели: материальная точка, гармонический осциллятор, плоский и сферический ротатор, волна. Адиабатические инварианты циклических систем. Ограничения классической механики. Электромагнитные взаимодействия в механических системах. Электрический заряд. Фундаментальные взаимодействия, электростатические и магнитные силы. Дипольные и мультипольные системы зарядов. Остаточные взаимодействия между электрически нейтральными системами, их особенности (короткодействие, насыщаемость, тензорный характер). Макроскопические проявления остаточных взаимодействий. Движущиеся заряды: электромагнитное поле, излучение электромагнитных волн.

Тема 1.2. Экспериментальные основы квантовой механики. Механика микрочастиц. Особенности процедуры измерения и конструкции измерительных приборов. Дискретно-вероятностный характер микроскопических явлений. Вероятности и амплитуды. Свойства амплитуд вероятности, их изменения в пространстве и времени. Сложение и умножение амплитуд. Описание оптических явлений в терминах амплитуд: отражение, преломление, интерференция, дифракция. Принцип экстремальности фазы (Ферма), лучевая и волновая оптика. Оптико-механическая аналогия, гипотеза Де-Бройля, корпускулярная и волновая механика.

Тема 1.3. Математический аппарат квантовой механики. Векторы. Линейные векторные пространства. Линейные операторы и их свойства. Собственные значения и собственные векторы операторов. Квантово-механическое состояние, вектор состояния, бра- и кет-векторы. Пространство состояний, его базисы, принцип суперпозиции. Преобразования базиса, унитарные операторы. Функции состояния и их представления. Взаимодействие системы с измерительным прибором, разложение состояния по базисным состояниям прибора, редукция суперпозиционных состояний. Квантово-механические операторы наблюдаемых, их матричные представления. Собственные векторы (собственные функции) и собственные значения операторов. Совместно-измеримые и совместно-неизмеримые наблюдаемые. Коммутаторы квантово-механических операторов. Принцип неопределенности (Гейзенберг). Спиновые свойства микрочастиц. Спиновой и магнитный моменты. Прибор Штерна-Герлаха. Характеристики спина: модуль и проекция, их допустимые значения. Мультиплетность. Спиновые волновые функции.

Симметрия, ее типы. Способы описания симметрии: операции и группы симметрии. Типы симметрии (неприводимые представления групп). Топологические графы. Спектральные свойства графов. Ассоциированные матрицы.