Der Grundkurs Theoretische Physik basiert auf langjährig erprobten Vorlesungen, in denen die Aufbereitung der theoretisch-physikalischen Grundlagen eng mit dem entsprechenden Stoff aus der Mathematik verknüpft wird.
Der vierte Band dieser Einführung in die theoretische Physik behandelt die statistische Physik und Thermodynamik. Themen sind dabei die statistische Fundierung der Thermodynamik, Grundlagen der statistischen Mechanik und Quantenmechanik, die thermodynamischen Hauptsätze und statistische Ensembles. Ein zentrales Anliegen des vorliegenden Buches ist die Diskussion der Entropie: Eine Festlegung als ein exaktes Differential in der Form von spezifischer Wärme erfolgt durch eine ausführliche Analyse des Carnotprozesses in den Variablen Druck und Volumen sowie den Variablen Entropie und Temperatur und deren Vergleich. Eine anschauliche Interpretation der Entropie als ein Maß für Ordnung in thermischen Systemen ergibt sich aus einer Diskussion auf der Basis der Informationstheorie. Nach einer Betrachtung der drei idealen Gase (klassisches Gas, Fermigas und Bosegas - das Letztere einschließlich der Bose-Einstein-Kondensate) werden die Formulierung von einfachen, quantenmechanischen Festkörpermodellen und die Hohlraumstrahlung besprochen. Das Buch schließt mit einer Diskussion realer Systeme (klassische und quantenmechanische Vielteilchensysteme).
Der Grundkurs Theoretische Physik in 4 in sich abgeschlossenen Bänden basiert auf langjährig erprobten Vorlesungen, in denen die Aufbereitung der theoretisch-physikalischen Grundlagen in enger Form mit dem entsprechenden Stoff aus der Mathematik verknüpft wird. 1 Theoretische Mechanik 2 Elektrodynamik und Relativitätstheorie 3 Quantenmechanik 4 Thermodynamik und Statistische Physik Der zweite Band zur Elektrodynamik und Relativitätstheorie erarbeitet schrittweise die Grundlagen der Physik, unterstützt von einer beiliegenden CD-ROM mit einem auf die Belange der Studierenden der Physik zugeschnittenen Mathematik-Teil sowie einer interaktiven Aufgabensammlung mit Animationen.
Dieses Buch führt in die Streutheorie nichtrelativistischer Systeme ein, einem Standardwerkzeug zur Interpretation von Kollisionsexperimenten mit Quantenteilchen bei nicht zu hohen Energien. Das Ziel ist die Erforschung der Wechselwirkung zwischen den Teilchen und deren Eigenschaften. Die Autoren behandeln die Grundlagen der Theorie durch eine ausführliche Diskussion der elastischen Streuung anhand der stationären Schrödingergleichung und der Lippmann-Schwinger Gleichung. Ergänzt werden diese Ausführungen durch die Betrachtung der zeitabhängigen Formulierung der Streutheorie. Auswahlregeln für die Wirkungsquerschnitte aufgrund von Symmetrien bedingt durch die Struktur der Kräfte zwischen den Teilchen und die Streuung von spinpolarisierten Teilchen werden besprochen. Die Grundlagen für die Behandlung von inelastischen Prozessen werden gelegt und durch Anwendung auf Dreikörper- und Nukleotransferprozesse erläutert. In allen Kapiteln werden die mehr technischen, mathematischen Aspekt und die mehr physikorientierten Erläuterungen soweit möglich getrennt. Die Ausführungen sind gut nachvollziehbar und geeignet, den Leser in die Physik der Stoßprozesse einzuführen.
Density Functional Theory (DFT) has firmly established itself as the workhorse for atomic-level simulations of condensed phases, pure or composite materials and quantum chemical systems. This work offers a rigorous and detailed introduction to the foundations of this theory, up to and including such advanced topics as orbital-dependent functionals as well as both time-dependent and relativistic DFT. Given the many ramifications of contemporary DFT, the text concentrates on the self-contained presentation of the basics of the most widely used DFT variants: this implies a thorough discussion of the corresponding existence theorems and effective single particle equations, as well as of key approximations utilized in implementations. The formal results are complemented by selected quantitative results, which primarily aim at illustrating the strengths and weaknesses of particular approaches or functionals.The structure and content of this book allow a tutorial and modular self-study approach: the reader will find that all concepts of many-body theory which are indispensable for the discussion of DFT - such as the single-particle Green's function or response functions - are introduced step by step, along with the actual DFT material. The same applies to basic notions of solid state theory, such as the Fermi surface of inhomogeneous, interacting systems. In fact, even the language of second quantization is introduced systematically in an Appendix for readers without formal training in many-body theory. Inhaltsverzeichnis Introduction.- Foundations of Density Functional Theory: Existence Theorems.- Effective Single-Particle Equations.- Exchange-Correlation Energy Functional.- Virial Theorems.- Orbital Functionals: Optimized Potential Method.- Time-Dependent Density Functional Theory.- Relativistic Density Functional Theory.- Further Reading.- Appendices: Functionals and the Functional Derivative.- Second Quantization in Many-Body Theory.- Scaling Behavior of Many-Body Methods.- Explicit Density Functionals for the Kinetic Energy: Thomas-Fermi Models and Beyond.- Asymptotic Behavior of Quasi-Particle Amplitudes.- Quantization of Noninteracting Fermions in Relativistic Quantum Field Theory.- Renormalization Scheme of Vacuum QED.- Relativistic Homogeneous Electron Gas.- Renormalization of Inhomogeneous Electron Gas.- Gradient Corrections to the Relativistic LDA.- Gordon Decomposition.- Some Useful Formulae.- Index.
An Introduction
This book presents the scattering theory of nonrelativistic systems, a fundamental tool for analyzing collision experiments involving quantum particles at moderate energies. It aims to investigate particle interactions and their properties. The authors discuss the theory's fundamentals, focusing on elastic scattering through the stationary Schrödinger equation and the Lippmann-Schwinger equation, while also addressing the time-dependent formulation of scattering theory. Selection rules for effective cross sections influenced by symmetries from interparticle forces and the scattering of spin-polarized particles are examined. The groundwork for understanding inelastic processes is established, with applications to three-body and nucleotransfer processes. Each chapter distinguishes between technical mathematical details and physics-oriented explanations, ensuring clarity and accessibility for readers interested in impact process physics. This text is a translation of the original German first edition, extensively revised for technical and linguistic accuracy. The translation utilized artificial intelligence, specifically DeepL.com, and reflects ongoing efforts by Springer Nature to enhance book production tools and support authors.
This book is the first of a series covering the major topics that are taught in university courses in Theoretical Physics: Mechanics, Electrodynamics, Quantum Theory and Statistical Physics. After an introduction to basic concepts of mechanics more advanced topics build the major part of this book. Interspersed is a discussion of selected problems of motion. This is followed by a concise treatment of the Lagrangian and the Hamiltonian formulation of mechanics, as well as a brief excursion on chaotic motion. The last chapter deals with applications of the Lagrangian formulation to specific systems (coupled oscillators, rotating coordinate systems, rigid bodies). The level of the last sections is advanced. The text is accompanied by an extensive collection of online material, in which the possibilities of the electronic medium are fully exploited, e. g. in the form of applets, 2D- and 3D-animations. It contains: A collection of 74 problems with detailed step-by-step guidance towards the solutions, a collection of comments and additional mathematical details in support of the main text, a complete presentation of all the mathematical tools needed.
This book is the first of a series covering the major topics that are taught in university courses in Theoretical Physics: Mechanics, Electrodynamics, Quantum Theory and Statistical Physics.