物理代写|电动力学代写electromagnetism代考|PHYS3040

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电动力学是物理学的一个分支,处理快速变化的电场和磁场。

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物理代写|电动力学代写electromagnetism代考|PHYS3040

物理代写|电动力学代写electromagnetism代考|Quantum Chemistry and the Coulomb Hamiltonian

There are various approaches to the solution of the molecular Schrödinger equation in the quantum chemistry/chemical physics literature starting from the Coulomb Hamiltonian. Firstly, the functions in (8.143) can be used as the basis of a Rayleigh-Ritz calculation being, hopefully, well-adapted to the construction of appropriate trial functions. Several different lines have been developed; in the adiabatic model the trial function is written as the continuous linear superposition
$$
\begin{aligned}
\Psi\left(\mathbf{t}^{\mathrm{e}}, \mathbf{t}^{\mathrm{n}}\right)m & =\int F(\mathbf{b}) \varphi\left(\mathbf{b}, \mathbf{t}^{\mathrm{c}}\right)_m \delta\left(\mathbf{t}^{\mathrm{n}}-\mathbf{b}\right) \mathrm{d} \mathbf{b} \ & =F\left(\mathbf{t}^{\mathrm{n}}\right) \varphi\left(\mathbf{t}^{\mathrm{n}}, \mathbf{t}^{\mathrm{c}}\right)_m, \end{aligned} $$ where the square integrable weight factor $F\left(\mathbf{t}^{\mathrm{n}}\right)$ may be determined by reducing (8.129) to an effective Schrödinger equation for the nuclei in which $F\left(\mathbf{t}^{\mathrm{n}}\right)$ appears as the eigenfunction [72]. Since the $\left{\varphi_m\right}$ are orthonormal we have $$ \left\langle\Psi_m \mid \Psi_m\right\rangle=\iint\left|\Psi\left(\mathbf{t}^{\mathrm{e}}, \mathbf{t}^{\mathrm{n}}\right)_m\right|^2 \mathrm{dt}^{\mathrm{e}} \mathrm{dt}^{\mathrm{n}}=\int\left|F\left(\mathbf{t}^{\mathrm{n}}\right)\right|^2 \mathrm{dt}^{\mathrm{n}} . $$ On the other hand the $(\mathrm{mm})$ matrix element of the translationally invariant Hamiltonian $\mathrm{H}^{\prime}$ can be written as $$ \left\langle\Psi_m\left|\mathrm{H}^{\prime}\right| \Psi_m\right\rangle=\iint \Psi_m^\left(\mathrm{H}^{\prime} \Psi_m\right) \mathrm{dt}^{\mathrm{e}} \mathrm{dt}^{\mathrm{n}}=\int F\left(\mathbf{t}^{\mathrm{n}}\right)^\left(\mathrm{H}_m F\right)\left(\mathbf{t}^{\mathrm{n}}\right) \mathrm{dt} \mathbf{t}^{\mathrm{n}}
$$
where we have defined the effective nuclear Hamiltonian,
$$
\left(\mathrm{H}_m F\right)\left(\mathbf{t}^{\mathrm{n}}\right)=\int \varphi\left(\mathbf{t}^{\mathrm{e}}, \mathbf{t}^{\mathrm{n}}\right)_m\left[\mathrm{H}^{\prime} \varphi\left(\mathbf{t}^{\mathrm{e}}, \mathbf{t}^{\mathrm{n}}\right)_m F\left(\mathbf{t}^{\mathrm{n}}\right)\right] \mathrm{d}^{\mathrm{e}} .
$$
The Rayleigh-Ritz quotient,
$$
E\left[\Psi_m\right]=\frac{\left\langle\Psi_m\left|H^{\prime}\right| \Psi_m\right\rangle}{\left\langle\Psi_m \mid \Psi_m\right\rangle}
$$
is stationary for those functions that are solutions of the effective nuclear ‘Schrödinger equation’,
$$
\mathrm{H}_m F_s=E{m s} F_s
$$
In particular, using the ground electronic state $\varphi_0$, the Rayleigh-Ritz quotient leads to an upper bound to the ground state energy $E_0$ of $\mathrm{H}^{\prime}$. This calculation amounts to the diagonalisation of $\mathrm{H}^{\prime}$ in the one-dimensional subspace spanned by $\Psi_0$. The subspace may be enlarged, and the accuracy thereby improved, by using the subspace spanned by a set of trial functions $\left(\Psi_0, \Psi_1, \cdots, \Psi_m\right)$ of the form of (8.162). So far no symmetries of the Coulomb Hamiltonian have been discarded.

物理代写|电动力学代写electromagnetism代考|The Quantisation of Electrodynamics

Rather than proceeding directly to quantum electrodynamics (QED), it may be helpful to summarise first the actual historical development since this still exerts a powerful influence on the way the theory of the interaction of electromagnetic radiation with matter in the ‘non-relativistic’ (low-energy) regime is presented. The return to electrodynamics that followed the success of quantum mechanics in accounting for the stability of atoms in terms of electrostatic forces was based on a very different conception from the earlier classical one; henceforth the electromagnetic field was to be treated as a weak perturbation of the atomic states, and so the concept of an isolated atom became a central feature of the new mechanics. The pathologies due to self interaction (‘radiation reaction’) that had plagued classical electrodynamics were put to one side with the assumption that one could use the experimental charge and mass parameters of the electron and the atomic nucleus. By treating the electromagnetic field as an external, classical perturbation of an atom, Schrödinger was able to calculate the Einstein $B$-coefficient for stimulated absorption and emission, and the cross section for linear light scattering [1] which turned out to be equivalent to the formula obtained earlier by Kramers and Heisenberg using the correspondence principle. These calculations were the prototypes for what has become known as the semiclassical radiation model which we shall describe in modern terms in 89.5 .

Shortly afterwards, quantum electrodynamics for the atom-radiation system was developed by Dirac, who discovered the boson quantisation of the free radiation field and used it to represent the Coulomb gauge vector potential as a quantum mechanical operator [2]. Dirac was able to reproduce Schrödinger’s results for stimulated absorption and emission and linear light scattering, but he also calculated directly Einstein’s A-coefficient for spontaneous emission. A particularly important result of Dirac’s calculation is that the relationship between the $A$ – and $B$-coefficients for a transition at frequency $\omega$,
$$
A=\frac{\hbar \omega^3}{\pi^2 c^3} B
$$
is quite general and is not limited to radiation in thermal equilibrium with its surroundings as originally assumed by Einstein [3]. On the other hand it quickly became apparent that the ugly pathologies due to self-interaction would also have to be revisited in the quantum mechanical theory [4], [5].

In this chapter we shall discuss some general features of both classical and quantum mechanical descriptions of the electromagnetic field, paying particular attention to the freedom to make gauge transformations of the field potentials, and sketch briefly a few ideas about the relationship of the semiclassical model to QED. Within the perturbation approach the question of the stability of atoms and molecules is no longer a question for $\mathrm{QED}$, as it had been for classical physics, and so an extensive quantum theory of atoms and molecules has developed over many years in which electromagnetic radiation plays only the subsidiary role of causing transitions between their states in absorption, emission and scattering processes. This is the case for both classical and quantum mechanical descriptions of the electromagnetic field. The ground state of an atom $^1$ cannot decay through the spontaneous emission mechanism, and so its stability is not in question in the perturbation theory framework. More recently the existence of a stable ground state for an atom and the fate of Bohr’s excited ‘stationary states’ in the presence of the quantised radiation field has been considered in a non-perturbative framework using the methods of functional analysis; we shall take this up in Chapter 11.

物理代写|电动力学代写electromagnetism代考|PHYS3040

电动力学代考

物理代写|电动力学代写electromagnetism代考|Quantum Chemistry and the Coulomb Hamiltonian

从库仑哈密顿量开始,在量子化学/化学物理文献中有多种求解分子薛定谔方程的方法。首先,(8.143) 中 的函数可以用作 Rayleigh-Ritz 计算的基础,希望能够很好地适应适当试验函数的构造。已经开发了几种 不同的产品线;在绝热模型中,试验函数写为连续线性㖵加
$$
\Psi\left(\mathbf{t}^{\mathrm{e}}, \mathbf{t}^{\mathrm{n}}\right) m=\int F(\mathbf{b}) \varphi\left(\mathbf{b}, \mathbf{t}^{\mathrm{c}}\right)_m \delta\left(\mathbf{t}^{\mathrm{n}}-\mathbf{b}\right) \mathrm{d} \mathbf{b} \quad=F\left(\mathbf{t}^{\mathrm{n}}\right) \varphi\left(\mathbf{t}^{\mathrm{n}}, \mathbf{t}^{\mathrm{c}}\right)_m,
$$
其中平方可积权重因子 $F\left(\mathrm{t}^{\mathrm{n}}\right)$ 可以通过将 (8.129) 简化为原子核的有效辡定谔方程来确定,其中 $F\left(\mathrm{t}^{\mathrm{n}}\right)$ 表现为本征函数 [72]。自从佐{{|varphi_m|右} 是正交的,我们有
$$
\left\langle\Psi_m \mid \Psi_m\right\rangle=\iint\left|\Psi\left(\mathbf{t}^{\mathrm{e}}, \mathbf{t}^{\mathrm{n}}\right)_m\right|^2 \mathrm{dt}^{\mathrm{e}} \mathrm{dt}^{\mathrm{n}}=\int\left|F\left(\mathbf{t}^{\mathrm{n}}\right)\right|^2 \mathrm{dt}^{\mathrm{n}} .
$$
另一方面 $(\mathrm{mm})$ 平移不变哈密顿量的矩阵元素 $\mathrm{H}^{\prime}$ 可以写成
$$
\left\langle\Psi_m\left|\mathrm{H}^{\prime}\right| \Psi_m\right\rangle=\iint \Psi_m^{\left(\mathrm{H}^{\prime} \Psi_m\right)} \mathrm{dt}^{\mathrm{e}} \mathrm{dt}^{\mathrm{n}}=\int F\left(\mathbf{t}^{\mathrm{n}}\right)^{\left(\mathrm{H}_m F\right)}\left(\mathbf{t}^{\mathrm{n}}\right) \mathrm{dtt}^{\mathrm{n}}
$$
我们在这里定义了有效的核哈密顿量,
$$
\left(\mathrm{H}_m F\right)\left(\mathbf{t}^{\mathrm{n}}\right)=\int \varphi\left(\mathbf{t}^{\mathrm{e}}, \mathbf{t}^{\mathrm{n}}\right)_m\left[\mathrm{H}^{\prime} \varphi\left(\mathbf{t}^{\mathrm{e}}, \mathbf{t}^{\mathrm{n}}\right)_m F\left(\mathbf{t}^{\mathrm{n}}\right)\right] \mathrm{d}^{\mathrm{e}} .
$$
瑞利-里兹商数,
$$
E\left[\Psi_m\right]=\frac{\left\langle\Psi_m\left|H^{\prime}\right| \Psi_m\right\rangle}{\left\langle\Psi_m \mid \Psi_m\right\rangle}
$$
对于那些作为有效核“辡定谔方程”的解的函数是固定的,
$$
\mathrm{H}_m F_s=E m s F_s
$$
特别是,使用地面电子状态 $\varphi_0$ ,Rayleigh-Ritz 商导致基态能量的上限 $E_0$ 的 $\mathrm{H}^{\prime}$. 该计算相当于对角化 $\mathrm{H}^{\prime}$ 在 跨越的一维子空间中 $\Psi_0$. 通过使用由一组试验函数跨越的子空间,可以扩大子空间,从而提高精度 $\left(\Psi_0, \Psi_1, \cdots, \Psi_m\right)$ 的形式 (8.162)。到目前为止,没有库仑哈密顿量的对称性被丟弃。

物理代写|电动力学代写electromagnetism代考|The Quantisation of Electrodynamics

与其直接进行量子电动力学 (QED),不如首先总结实际的历史发展可能会有所帮助,因为这仍然对“非相 对论”中电磁辐射与物质相互作用的理论产生强大影响 (低能量) 制度提出。随着量子力学成功地用静电 力解释原子的稳定性,电动力学的回归基于与早期经典概念截然不同的概念;从此以后,电磁场被视为原 子态的微弱扰动,因此孤立原子的概念成为新力学的核心特征。由于假设人们可以使用电子和原子核的实 验电荷和质量参数,困扰经典电动力学的自相互作用 (“辐射反应”) 引起的病态被放在一边。通过将电磁 场视为原子的外部经典扰动,薛定谔能够计算出爱因斯坦 $B$ – 受激吸收和发射的系数,以及线性光散射的 横截面 [1] 结果证明等同于 Kramers 和 Heisenberg 先前使用对应原理获得的公式。这些计算是我们将在 89.5 中用现代术语描述的半经典辐射模型的原型。
不久之后,狄拉克开发了原子辐射系统的量子电动力学,他发现了自由辐射场的玻色子量子化,并用它来 表示库仑规范矢量势作为量子力学算符 [2]。狄拉克能够重现薛定谔关于受激吸收和发射以及线性光散射 的结果,但他也直接计算了爱因斯坦的自发辐射 $\mathrm{A}$ 系数。狄拉克计算的一个特别重要的结果是 $A$-和 $B$-频 率转换的系数 $\omega$ ,
$$
A=\frac{\hbar \omega^3}{\pi^2 c^3} B
$$
是非常普遍的,并不局限于爱因斯坦最初假设的与周围环境处于热平衡状态的辐射 [3]。另一方面,很快 就很明显,由于自相互作用而导致的丑陃病态也必须在量子力学理论中重新审视 [4],[5]。
在本章中,我们将讨论电磁场的经典和量子力学描述的一些一般特征,特别注意对场势进行规范变换的自 由度,并简要概述半经典模型与电磁场之间关系的一些想法QED。在微扰方法中,原子和分子的稳定性问 题不再是一个问题 $\mathrm{QED}$ ,就像经典物理学一样,因此多年来发展了一种广泛的原子和分子量子理论,其 中电磁辐射仅在吸收、发射和散射过程中引起状态之间的跃迁起辅助作用。电磁场的经典和量子力学描述 都是这种情况。原子的基态 ${ }^1$ 不能通过自发辐射机制衰减,因此其稳定性在微扰理论框架中不成问题。最 近,使用泛函分析方法在非微扰框架中考虑了原子稳定基态的存在以及存在量子化辐射场时玻尔激发的 “稳态”的命运;我们将在第 11 章讨论这个问题。

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金融工程代写

金融工程是使用数学技术来解决金融问题。金融工程使用计算机科学、统计学、经济学和应用数学领域的工具和知识来解决当前的金融问题,以及设计新的和创新的金融产品。

非参数统计代写

非参数统计指的是一种统计方法,其中不假设数据来自于由少数参数决定的规定模型;这种模型的例子包括正态分布模型和线性回归模型。

广义线性模型代考

广义线性模型(GLM)归属统计学领域,是一种应用灵活的线性回归模型。该模型允许因变量的偏差分布有除了正态分布之外的其它分布。

术语 广义线性模型(GLM)通常是指给定连续和/或分类预测因素的连续响应变量的常规线性回归模型。它包括多元线性回归,以及方差分析和方差分析(仅含固定效应)。

有限元方法代写

有限元方法(FEM)是一种流行的方法,用于数值解决工程和数学建模中出现的微分方程。典型的问题领域包括结构分析、传热、流体流动、质量运输和电磁势等传统领域。

有限元是一种通用的数值方法,用于解决两个或三个空间变量的偏微分方程(即一些边界值问题)。为了解决一个问题,有限元将一个大系统细分为更小、更简单的部分,称为有限元。这是通过在空间维度上的特定空间离散化来实现的,它是通过构建对象的网格来实现的:用于求解的数值域,它有有限数量的点。边界值问题的有限元方法表述最终导致一个代数方程组。该方法在域上对未知函数进行逼近。[1] 然后将模拟这些有限元的简单方程组合成一个更大的方程系统,以模拟整个问题。然后,有限元通过变化微积分使相关的误差函数最小化来逼近一个解决方案。

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随机分析代写


随机微积分是数学的一个分支,对随机过程进行操作。它允许为随机过程的积分定义一个关于随机过程的一致的积分理论。这个领域是由日本数学家伊藤清在第二次世界大战期间创建并开始的。

时间序列分析代写

随机过程,是依赖于参数的一组随机变量的全体,参数通常是时间。 随机变量是随机现象的数量表现,其时间序列是一组按照时间发生先后顺序进行排列的数据点序列。通常一组时间序列的时间间隔为一恒定值(如1秒,5分钟,12小时,7天,1年),因此时间序列可以作为离散时间数据进行分析处理。研究时间序列数据的意义在于现实中,往往需要研究某个事物其随时间发展变化的规律。这就需要通过研究该事物过去发展的历史记录,以得到其自身发展的规律。

回归分析代写

多元回归分析渐进(Multiple Regression Analysis Asymptotics)属于计量经济学领域,主要是一种数学上的统计分析方法,可以分析复杂情况下各影响因素的数学关系,在自然科学、社会和经济学等多个领域内应用广泛。

MATLAB代写

MATLAB 是一种用于技术计算的高性能语言。它将计算、可视化和编程集成在一个易于使用的环境中,其中问题和解决方案以熟悉的数学符号表示。典型用途包括:数学和计算算法开发建模、仿真和原型制作数据分析、探索和可视化科学和工程图形应用程序开发,包括图形用户界面构建MATLAB 是一个交互式系统,其基本数据元素是一个不需要维度的数组。这使您可以解决许多技术计算问题,尤其是那些具有矩阵和向量公式的问题,而只需用 C 或 Fortran 等标量非交互式语言编写程序所需的时间的一小部分。MATLAB 名称代表矩阵实验室。MATLAB 最初的编写目的是提供对由 LINPACK 和 EISPACK 项目开发的矩阵软件的轻松访问,这两个项目共同代表了矩阵计算软件的最新技术。MATLAB 经过多年的发展,得到了许多用户的投入。在大学环境中,它是数学、工程和科学入门和高级课程的标准教学工具。在工业领域,MATLAB 是高效研究、开发和分析的首选工具。MATLAB 具有一系列称为工具箱的特定于应用程序的解决方案。对于大多数 MATLAB 用户来说非常重要,工具箱允许您学习应用专业技术。工具箱是 MATLAB 函数(M 文件)的综合集合,可扩展 MATLAB 环境以解决特定类别的问题。可用工具箱的领域包括信号处理、控制系统、神经网络、模糊逻辑、小波、仿真等。

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