[커세라] 양자 물리학 탐험(Exploring Quantum Mechanics)
Coursera: Exploring Quantum Physics
[https://www.coursera.org/learn/quantum-physics/home/welcome]
Offered By
University of Maryland, College Park
Instructors
Charles W. Clark
Fellow/National Institute of Standards and Technology (NIST)
Dr. Victor Galitski
Professor/Department of Physics & Joint Quantum Institute
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[2:56] 강의 자료소개
강좌 분량은 8주에 16강으로 구성되었다. 매주 당 두개의 주제를 담고 있다. 각 강의에는 10 - 20분 짜리 동영상 강의 3~5개 정도가 포함되었다. 강의 중간에 돌발 질문이 있는데 수강자가 졸지 않도록 일깨울 목적이고 성적에 포함되지 않는다. 각 주의 강의를 마칠 때마다 숙제가 주어지고 마지막 주에 시험을 보고 최종 성적이 메겨질 것이다. 토론방이 열려 있으니 수강자의 적극참여 바란다.
[4:35] 강의 수준
이강의 의 수준은 학부과정 고급 수준이다. 양자 물리학은 높은 수준의 수학을 요구하는데 수강자의 수준을 고려해 동영상을 제작했다. 별표가 세개(***)짜리는 매우 높은 수준으로 꼭 듣고 이해할 필요 없다(좌절금지). 별 두개(**)짜리는 이 강의에서도 자주 등장할 미분방정식, 델타 함수, 변환 등이 포함된 일반 양자 물리학 수준의 수학의 강의다. 양자 물리학이 무엇인지 알고 싶어 수강한 경우 이 수준도 뒤로 갈수록 어려울 수 있으니 건너 뛰어도 좋다. 별한개(*)짜리 정도는 이해해 보도록 하자. 별이 없는 강의는 수학적 배경 없이 볼 수 있다.
8주 강의로 양자물리를 모두 섭렵할 수는 없다. 4주차 이후 예를 들면 수소 스펙트럼선, 레이져에 응용된 양자광학등 자주 접하는 양자물리학 현상을 다뤄보겠다.
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주] 이전 수강자들의 후기를 보면 수학의 수준이 어렵지만 해볼만 하다는 평이 눈에 뜁니다. 제공된 자료 'Crash Course: Math of Quantum Mechanics'를 보면 복소수, 행렬, 퓨리에 급수를 포함하고 있고 언쯧 보기에 생소한 브라-켓 벡터 연산자들이 나옵니다. 생소하긴 한데 그리 어렵지 않을것 같아 한번 도전해 보기로 합니다.
주] 미분 방정식, 행렬에 대해서는 제프리 챈스노프 교수의 커세라 강좌가 만만할 겁니다. 이 블로그에 학습한 내용이 올려져 있으니 참조해도 좋겠습니다.[이과생을 위한 미분 방정식][이과생을 위한 행렬대수]
주] 한글 동영상 대본(자동번역 된 듯 하지만 이해 하는데 문제 없어 보이는)이 제공되는 강의 입니다. 안그래도 어려운 내용인데 강의하신는 교수님의 말씀이 굉장히 빠른데다 유럽계 영어를 구사해서 화(?)가 날 수도 있으니 자막을 틀어 놓는게 좋을 겁니다.
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Week 1 - Welcome, Lecture 1 and 2 - Conceptual Grounds
Lecture 1
Part I: Comments on studying QM
Part II & III: Pioneering Experiments
**Part IV: "Deriving" the Schrödinger Eq.
***Part V: Spreading of quantum wave packets
Lecture 2
Part I: Meaning of the wavefunction
***Part II: Continuity Equation
**Part III: Observables; Operators; Expectation Values
**Part IV: Time Independent Schrödinger Eq.
**Part V: Superposition; Dirac Notation; Representations
Homework
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Week 2 - Lecture 3 and 4 - Path Integral
Lecture 3
Part I: Introduction
**Part II: Propagator
***Part III: Derivation (difficult material, optional)
***Part IV: Derivation (cont'd) (difficult material, optional)
Lecture 4
**Part I: Classical Limit
*Part II: Quantum corrections to diffusion
**Part III: Quantum corrections to diffusion; Localization (cont'd)
Homework 2
Homework 2 Bonus Questions (Ungraded)
Week 3 - Lecture 5 and 6 - Quantum Wells to Cooper Pairs
Lecture 5
*Part I: Electron in a Box13m
**Part II: Finite Potential Well19m
**Part III: Bound state in a 1D shallow potential15m
***Part IV: Bound states in a delta potential (any dimension)20m
Lecture 6
Part I: The phenomenon of superconductivity15m
*Part II: Quantum Statistics20m
***Part III: Two-particle Schrödinger equation12m
**Part IV: The Cooper problem19m
Homework 340m
Homework 3 Optional: time propagation of a wavepacket1h
Homework 3 Bonus Questions (Ungraded)30m
Week 4 - Lecture 7 and 8 - Quantum Oscillators
Lecture 7
*Part I: Quantizing the classical oscillator13m
**Part II: Creation/annihilation operators9m
**Part III: Generating the energy spectrum17m
**Part IV: Harmonic oscillator wave-functions11m
Lecture 8
Part I: Collective modes; Goldstone theorem17m
**Part II: Classical phonons in an oscillator chain22m
***Part III: Quantum oscillator chain16m
***Part IV: Deriving phonon spectrum; Bogoliubov transform (difficult material; optional)24m
Homework 440m
Homework 4 Bonus Questions (Ungraded)30m
Week 5 - Lecture 9 and 10 - The (Simplest) Atom
Lecture 9
Part I: Introduction to optical spectra6m
Part II: Cracking the hydrogen code 15m
Part III: Classical hydrogen atom: angular momentum11m
Part IV: Classical hydrogen atom: Runge-Lenz vector15m
Lecture 10
Part I: The Bohr model of the atom7m
Part II: Applications of the Bohr Model15m
Part III: Simple constructive techniques9m
Part IV: Gaussians and the variational theorem11m
Homework 51h 40m
Homework 5 Bonus Questions (Ungraded)30m
Week 6 - Lecture 11 and 12 - The Bouncing Ball
Lecture 11
Part I: Variational Estimates and Applications14m
Part II: Hydrogen atom: variational and virial theorems18m
Part III: Use of Special Functions
Part IV: The Bouncing Ball
Lecture 12
Part I: Basic Properties of Angular Momentum Operators
Part II: Basic Commutation Relations
Part III: Angular Momentum as an Effective Potential
Part IV: Angular Momentum and Runge-Lenz Vector14m
Homework 6
Homework 6 Bonus Questions (Ungraded)30m
Week 7 - Lecture 13 and 14 - Rotation and Spin
Lecture 13
Part I: Rotation and Dipole Moments of Molecules
Part II: Atomic and Molecular Polarizabilities: Perturbation Theory
Part III: Atomic and Molecular Polarizabilities: Perturbation Theory (cont'd)
Part IV: Polarizability of the Hydrogen Atom
Part V: The Spectra of Hydrogen Isotopes
Lecture 14
Part I: Introduction to gauge potentials - magnetic fields
Part II: Impossibility of magnetism in classical mechanics
Part III: The Dirac Equation - Basics
Part IV: The Dirac Equation - Spin
Part V: Spin and Antimatter in Material Systems
Homework 72h
Homework 7 Bonus Questions (Ungraded)30m
Week 8 - Lecture 15 and 16 - Quantum Gas and Time Dependence
Lecture 15
Part I: Bose-Einstein condensation in theory10m
Part II. Bose-Einstein condensation in experiment 18m
Part III. Degenerate Fermi-Dirac gases12m
Part IV. Current research in quantum gases 12m
Lecture 16
*Part I: Time-dependent Schrödinger Eq.; general remarks23m
**Part II: Sudden perturbations; quantum quenches20m
***Part III: Geometric Berry phase (difficult, advanced material - optional)26m
Final Exam
WEEK 9 - Bonus Lectures
**Part I: Zeeman Effect 17m
**Part II: Stern-Gerlach Experiment 6m
Part III: Spin Dynamics and LS Coupling 8m
**Part IV: Spin Exchange and Magnetism 12m
**Part V: Non-equilibrium Spin Injection 13m
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