Skip to main content

Εφαρμοσμένη Κβαντομηχανική 1: Άτομα (Ε)

Περιγραφή του μαθήματος

Όπως είναι ήδη σαφές από τον τίτλο του, τούτο εδώ είναι ένα μάθημα κβαντομηχανικής προσανατολισμένο όμως εξαρχής όχι τόσο στον μαθηματικό φορμαλισμό της και την ανάπτυξη της θεωρίας καθ' εαυτήν, αλλά στον πραγματικό κόσμο που η θεωρία καλείται να εξηγήσει και που η κατανόησή του αποτελεί τη βάση όλης της σύγχρονης τεχνολογίας. Θεωρώντας γνωστές τις βασικές αρχές και τις πιο απλές εφαρμογές της θεωρίας —π.χ. όπως αναπτύσσονται στο μάθημα Εισαγωγή στην Κβαντική Φυσική του Mathesis— το μάθημα ξεκινά με μια εισαγωγική εβδομάδα (την εβδομάδα 0) που έχει σαν στόχο να δημιουργήσει το αναγκαίο κοινό υπόβαθρο γνώσεων για όλους τους φοιτητές. Το κύριο μέρος του μαθήματος αρχίζει με τη θεωρία της αρχής του Pauli και των βασικών προσεγγιστικών μεθόδων και προχωρά αμέσως στην εφαρμογή τους στον κόσμο των ατόμων με βασικό στόχο την κατανόηση του περιοδικού συστήματος των στοιχείων. Το δεύτερο μέρος του μαθήματος —η Εφαρμοσμένη Κβαντομηχανική 2— είναι αφιερωμένο στα μόρια, με κεντρικό θέμα την κατανόηση της χημικής συμπεριφοράς των στοιχείων με βάση τη στοιχειώδη θεωρία του χημικού δεσμού. Όμως η επέκταση αυτής της θεωρίας ώστε να καλύψει το συναρπαστικό πλούτο της χημείας του άνθρακα είναι το βασικό αντικείμενο του μεγαλύτερου μέρους του μαθήματος.

Τέλος, το τρίτο μέρος του μαθήματος —η Εφαρμοσμένη Κβαντομηχανική 3— καταπιάνεται με μια βασική εισαγωγή στη φυσική του κρυσταλλικού στερεού και τη φυσική ημιαγωγών ενώ το θεμελιώδες θέμα της αλληλεπίδρασης της ύλης με την ακτινοβολία και η εφαρμογή του για την κατανόηση του φωτός LASER συζητείται την τελευταία εβδομάδα του.

Το μάθημα απευθύνεται σε φοιτητές φυσικής, χημείας, επιστήμης υλικών και ηλεκτρολόγων ή χημικών μηχανικών καθώς επίσης και σε εκπαιδευτικούς που αισθάνονται την ανάγκη να δώσουν λίγο μεγαλύτερο βάθος στην κατανόηση θεμάτων όπως π.χ. το περιοδικό σύστημα και η οργανική χημεία, τα οποία καλούνται να διδάξουν στους μαθητές τους.

Τι θα μπορείτε να κάνετε στο τέλος του πρώτου μέρους του μαθήματος (ΦΥΣ 3.1):

  • Θα είστε σε θέση να καταλαβαίνετε το περιεχόμενο και τη βαθύτερη αιτιολόγηση της αρχής του Pauli και να την εφαρμόζετε για να εξηγείτε βασικά χαρακτηριστικά του φυσικού και τεχνολογικού μας σύμπαντος.
  • Θα έχετε καταλάβει τις βασικές προσεγγιστικές μεθόδους της κβαντομηχανικής —όπως τη μέθοδο των διαταραχών και τη μέθοδο των μεταβολών— και θα μπορείτε να τις εφαρμόζετε για την προσεγγιστική περιγραφή ατομικών και (αργότερα) μοριακών δομών.
  • Θα είστε σε θέση να εξηγήσετε από πρώτες αρχές τη δομή του «μικρού περιοδικού πίνακα» -αυτού που περιλαμβάνει τα βασικά στοιχεία της ζωής- και τις τάσεις μεταβολής των βασικών ατομικών ιδιοτήτων πάνω σε αυτόν.

Προαπαιτούμενα

Ένα εισαγωγικό μάθημα κβαντικής φυσικής, όπως το Eισαγωγή στην Κβαντική Φυσική (1 & 2) του Mathesis


Διδάσκων

Στέφανος Τραχανάς

Στέφανος Τραχανάς

Η πανεπιστημιακή διδασκαλία και το εκπαιδευτικό υλικό που απαιτείται για να τη στηρίξει αποτελούν τα δύο κεντρικά θέματα της επαγγελματικής ζωής του Στέφανου Τραχανά. Από το 1983 έως σήμερα διδάσκει εθελοντικά στο Τμήμα Φυσικής του Πανεπιστημίου Κρήτης —κυρίως κβαντομηχανική και διαφορικές εξισώσεις— και έχει συγγράψει εννέα πανεπιστημιακά συγγράμματα σε αυτά τα πεδία καθώς και ένα δοκιμιακό βιβλίο για τη θέση της επιστήμης στον πολιτισμό μας. Επιπλέον ως ιδρυτικό μέλος και διευθυντής των Πανεπιστημιακών Εκδόσεων Κρήτης έως το 2013 (τώρα είναι πρόεδρος της εκδοτικής επιτροπής τους), είχε τη βασική ευθύνη στη δημιουργία του πρώτου πανεπιστημιακού εκδοτικού οίκου της χώρας. Ενός μη κερδοσκοπικού οργανισμού προσηλωμένου στην ποιότητα των βιβλίων ως θεμελιώδη αξία.

Για τη διδασκαλία του στο Φυσικό Τμήμα του Πανεπιστημίου Κρήτης, του απονεμήθηκε το 2002 ο τίτλος του επίτιμου διδάκτορα του πανεπιστημίου, ενώ για το έργο του στις Πανεπιστημιακές Εκδόσεις Κρήτης βραβεύτηκε το 2009 με το εκδοτικό βραβείο του περιοδικού Διαβάζω. To 2012 έλαβε το εθνικό βραβείο εξαίρετης πανεπιστημιακής διδασκαλίας Βασίλη Ξανθόπουλου — Στέφανου Πνευματικού, ενώ για το σύνολο της προσφοράς του τιμήθηκε το 2015 με τον Ανώτερο Ταξιάρχη του Φοίνικα της Ελληνικής Δημοκρατίας.

Τα τελευταία 5 χρόνια το ενδιαφέρον του στράφηκε βαθμιαία προς τη διαδικτυακή εκπαίδευση. Αρχικά μέσω της συγγραφής ενός αυθεντικά διαδικτυακού βιβλίου κβαντικής φυσικής —από τα ελάχιστα που υπάρχουν διεθνώς— και κατόπιν με την ενεργό συμμετοχή του στο πρώτο ελληνικό πείραμα διαδικτυακής διδασκαλίας πανεπιστημιακών μαθημάτων που οργάνωσε το Φυσικό Τμήμα του Πανεπιστημίου Κρήτης, σε συνεργασία με τις ΠΕΚ. Μία πολύτιμη εμπειρία που του αποκάλυψε τις μοναδικές δυνατότητες που προσφέρουν τα διαδικτυακά μαθήματα για να φθάσει το αγαθό της εκπαίδευσης σε όσους το επιθυμούν, ανεξάρτητα από κοινωνικούς ή γεωγραφικούς φραγμούς. Και να γίνει έτσι δυνατή η μεγαλύτερη διεύρυνση ορίων στην εκπαίδευση μετά την ανακάλυψη της τυπογραφίας.

Έχοντας ευεργετηθεί κι ο ίδιος από ένα εκπαιδευτικό σύστημα που του έδωσε τη δυνατότητα να ξεφύγει από τους κοινωνικούς και μορφωτικούς περιορισμούς του περιβάλλοντός του, δεν έπαψε ποτέ να πιστεύει ότι η εξίσωση ευκαιριών στην εκπαίδευση είναι από τους ευγενέστερους —και συνάμα τους πιο «κερδο»φόρους— στόχους που μια κοινωνία αξίζει να θέτει στον εαυτό της.

Έτσι πήρε την πρωτοβουλία για την ίδρυση του Mathesis στο οποίο και προσφέρει εθελοντικά την εργασία του τόσο ως διευθυντής του (πλήρους και αποκλειστικής απασχόλησης), όσο και ως δάσκαλος ή συγγραφέας. Η επιτυχία του «πειράματος» είναι το προσωπικό του στοίχημα για τα επόμενα χρόνια.


Συντελεστές

Βιντεοσκόπηση: Νίκος Γκικόπουλος
Προγραμματισμός ασκήσεων και αυτοανανεούμενης τράπεζας θεμάτων: Δημήτρης Αγγελάκης

Η βιντεοσκόπηση του κύριου μέρους του μαθήματος έγινε κατά τη ζωντανή διδασκαλία του μαθήματος στο φυσικό τμήμα του Πανεπιστημίου Κρήτης το εαρινό εξάμηνο του 2014, με ευθύνη του Mathesis. Η εισαγωγική εβδομάδα βιντεοσκοπήθηκε στο στούντιο του Mathesis στο Ηράκλειο, τον Ιανουάριο του 2016.

ΕΓΓΡΑΦΗ