本書的材料, 基本上是1953 年在加利福尼亞理工學(xué)院開設(shè)的三學(xué)期量子力學(xué)課程中最后一學(xué)期課堂筆記的內(nèi)容. 實際上, 中間一學(xué)期就講授過一些光與物質(zhì)相互作用的問題, 這些內(nèi)容也收集在本書中, 作為前六講. 從第七講起,開始講述相對論性理論.
本書的目的是, 以盡可能簡單易懂的方式介紹量子電動力學(xué)的主要結(jié)果和計算過程. 有許多攻讀實驗物理學(xué)學(xué)位的學(xué)生, 并不打算繼續(xù)研讀更高深的理論物理研究生課程, 這門課就是為他們的需要而設(shè)置的. 我希望, 他們能夠?qū)W會怎樣計算光子過程的各種截面, 這些截面對于設(shè)計高能物理實驗, 例如使用加利福尼亞理工學(xué)院迴旋加速器的實驗, 是十分重要的. 因此, 本書沒有涉及理論物理學(xué)家在處理更復(fù)雜的_ 介子和核子相互作用問題時要用到的許多量子電動力學(xué)內(nèi)容. 也就是說, 書中沒有討論量子電動力學(xué)許多不同公式化體系之間的關(guān)系, 如場的算符表示, 也沒有明顯討論S 矩陣性質(zhì)等等. 在更高深的量子場論課程里會有這些內(nèi)容的. 盡管如此, 本課程仍能自成體系. 這很像講授Newton定律的課程, 即使刪去了最小作用量原理或者Hamilton方程這樣一些內(nèi)容, 但從物理學(xué)角度來講, 它仍能完整地討論整個力學(xué).
把初等量子力學(xué)和量子電動力學(xué)放在一門課程里只講授一年, 這是一種試驗. 這樣做是基于這樣的想法: 為了進入新的物理學(xué)領(lǐng)域, 學(xué)生必須牢固地掌握先前教學(xué)階段的內(nèi)容. 頭兩個學(xué)期安排的是普通量子力學(xué), 采用Schiff的書作為主要參考書(刪去了同量子電動力學(xué)有關(guān)的X, XII, XIII 和XIV 各章).不過, 為了能夠順利地講授本課程后面的內(nèi)容, 我們以式(15-3) 至(15-5) 所表述的方式, 對傳播子理論和勢散射作了詳細介紹. 另一獨特之點是將非相對論Pauli方程寫成本書第4 頁中的形式.
這次試驗并不成功. 全部內(nèi)容要一年講完顯得過多了.因此, 本書中有很多內(nèi)容, 現(xiàn)在是放在上過整整一年量子力學(xué)研究生課程以后再來講授.
本書是根據(jù)A. R. Hibbs 記錄的原始筆記, 后經(jīng)H. T. Yura 和E. R. Huggins編輯和修改整理而成的.
——R. 費曼
作者簡介：
理查德?菲利浦斯?費曼（1918－1988），著名美國物理學(xué)家，加州理工學(xué)院物理系教授，諾貝爾物理學(xué)獎得主。
1918年5月11日，費曼出生于紐約市皇后區(qū)。童年時，費曼接受了來自父親的科學(xué)啟蒙教育，父親所啟發(fā)的思考方式影響了費曼的一生。高中畢業(yè)后進入麻省理工學(xué)院學(xué)習(xí)，并于1939年獲得學(xué)士學(xué)位。隨后進入普林斯頓大學(xué)念研究生，師從約翰?惠勒，1942年獲得理論物理學(xué)博士學(xué)位。1943年進入洛斯阿拉莫斯國家實驗室，參與了曼哈頓計劃。1945年費曼開始在康奈爾大學(xué)任教，1951年轉(zhuǎn)入加州理工學(xué)院。在加州理工學(xué)院期間，因其幽默生動、不拘一格的講課風(fēng)格深受學(xué)生歡迎。1963年出版《費曼物理學(xué)講義》。1965年，費曼因在量子電動力學(xué)方面的貢獻與施溫格、朝永振一郎共同獲得諾貝爾物理學(xué)獎。1972年獲得奧斯特教學(xué)獎?wù)隆?986年，費曼受委托調(diào)查挑戰(zhàn)者號航天飛機失事事件。1988年2月15日，費曼因腹膜癌于加州洛杉磯與世長辭。
在學(xué)生時期，費曼就表現(xiàn)出了不凡的研究能力。他的大學(xué)畢業(yè)論文題目是《分子中的力》，在這篇論文中，他提出了費曼-海爾曼定理。在整個科研生涯中，費曼在物理學(xué)的大部分領(lǐng)域都有建樹。其最大的學(xué)術(shù)成就在于量子電動力學(xué)，這方面的研究使他獲得了諾貝爾獎。他在這一領(lǐng)域做出了兩項重大貢獻：一是路徑積分形式，這種形式從經(jīng)典力學(xué)中的最小作用量原理延伸出來，通過“對歷史求和”來處理量子力學(xué)問題，這是有別于薛定諤的波動力學(xué)及海森伯的矩陣力學(xué)的第三種量子力學(xué)形式；二是費曼圖，這一工具大大簡化了量子場論的計算。費曼的研究工作還包括：低溫下液氦的超流動性理論；弱相互作用的V-A理論；強相互作用的部分子理論等。
費曼不僅是一位頂尖的科學(xué)家，同時也是一名優(yōu)秀的教師。費曼非常熱愛教學(xué)工作，他曾寫道：“我不相信，如果不教書我還能過得下去……教學(xué)和學(xué)生使我的生命得以延續(xù)。如果有人給我創(chuàng)造一個很好的環(huán)境，但是我不能教學(xué)的話，那我永遠不會接受它，永遠不會�！� 20世紀60年代初，美國一些理工科大學(xué)鑒于當時的大學(xué)基礎(chǔ)物理教學(xué)與現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展不相適應(yīng)，紛紛試行教學(xué)改革。在這個背景下，費曼參與了加州理工大學(xué)基礎(chǔ)物理的改革嘗試。他從1961年9月到1963年5月，作了跨越兩個學(xué)年的有關(guān)基礎(chǔ)物理學(xué)的演講。他的演講經(jīng)過萊頓和桑茲的整理以后，出版了一套《費曼物理學(xué)講義》�！犊茖W(xué)美國人》這樣贊譽這套書：“盡管這套教材深奧難懂，但是它的內(nèi)容豐富而且富有啟發(fā)性……它已經(jīng)成為講師、教授和低年級優(yōu)秀學(xué)生的學(xué)習(xí)指南�！背恕顿M曼物理學(xué)講義》之外，費曼還有許多優(yōu)秀的著述，包括：《量子力學(xué)與路徑積分》《量子電動力學(xué)講義》《基礎(chǔ)過程理論講義》《統(tǒng)計力學(xué)講義》《光子-強子相互作用》《引力學(xué)講義》《計算講義》等。這些書無不有鮮明的“費曼風(fēng)格”，即對基本概念、定理和定律的講解生動清晰、通俗易懂，而且特別注重從物理上作出深刻的敘述，反映了費曼自己以及其他在前沿研究領(lǐng)域工作的物理學(xué)家所通常采用的分析和處理方法。無論對于學(xué)生還是教師，這些書都有著極大的參考價值。
費曼被認為是20世紀誕生于美國的最偉大的物理學(xué)家，一個獨辟蹊徑的思考者，超乎尋常的教師，盡善盡美的演員，一個熱愛生活和自然的人。費曼的一生多彩多姿，他不僅對理論物理學(xué)做出了巨大貢獻，同時還是一位探險者、鼓手、藝術(shù)家和瑪雅文專家。
目錄：
序
—、光與物質(zhì)的相互作用——量子電動力學(xué)
第1講
Fermi方法的討論
第2講
量子電動力學(xué)規(guī)則
第3講
第4講
光的吸收
第5講
偶極近似中的選擇定則
第6講
輻射平衡
光散射
自能
二、狹義相對論基本原理及主要結(jié)論概述
第7講
第8講
真空中Maxwell方程的解
相對論粒子力學(xué)
三、相對論波動方程
第9講
單位
Klein—Gorclon、Pauli方程和Dirac方程
第10講
□矩陣代數(shù)
等價變換
相對論不變性
Dirac方程的Hamilton形式
第11講
Dirac方程的非相對論近似
第12講
四、自由粒子Dirac方程的解
第13講
運動電子自旋的定義
波函數(shù)歸—化
第14講
求矩陣元的方法
負能態(tài)的解釋
五、量子電動力學(xué)中的勢問題
第15講
正負電子對產(chǎn)生及其湮沒
能量守恒
傳播子
第16講
傳播子K+(2，1)的應(yīng)用
躍遷概率
Coulomb勢對電子的散射
第17講
自由粒子傳播子的計算
第18講
動量表象
六、粒子與光相互作用的相對論處理
第19講
原子輻射
原子中電子對□射線的散射
關(guān)于末態(tài)密度的補充
ComDton輻射
第20講
第21講
正負電子對湮沒為雙光子
第22講
靜止正電子湮沒
軔致輻射
正負電子對產(chǎn)生
第23講
矩陣元對自旋態(tài)求和的方法
原子中CouloIIlb場的屏蔽效應(yīng)
第24講
七、幾個電子的相互作用
第25講
量子電動力學(xué)“規(guī)則”的推導(dǎo)
電子—電子散射
八、某些修正項的解釋與討論
第26講
電子—電子相互作用
電子—正電子相互作用
電子偶素
電子之間，正電子之間或電子—正電子之間的雙光子交換
第27講
電子的自能
出現(xiàn)在量子電動力學(xué)中積分的積分法
第28講
自能積分以及外勢
在外場中的散射
第29講
偽“紅外災(zāi)難”的消除
第30講
研究紅外困難的另—途徑
對原子中電子的影響
第31講
封閉圈過程，真空極化
勢對光的散射
九、Pauli原理和Dirac方程
A．附錄
A．1 躍遷概率公式中的數(shù)值因子
A．2 正電子理論
A．3 量子電動力學(xué)的時空協(xié)變方法
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