Mathematical Methods in Physics

Успешная карьера в физике невозможна без глубокого знания ее языка – математики. Цель курса – научить базовым математическим методам, используемым в современных разделах физики: физике конденсированного состояния, теории неупорядоченных систем, физике наноструктур пониженной размерности и т.д. Курс ориентирован на развитие математического мышления и умения применять хорошо разработанные математические приемы для решения распространенных типов задач физики. Занятия проводятся в виде семинаров, на которых даются теоретические основы  используемых математических методов, а затем разбираются примеры решения задач. Рассматривается широкий круг вопросов от теории функций комплексной переменной и специальных функций до избранных вопросов теории перколяции и основ теории групп.

Язык обучения
Английский
Содержание программы

I. Теория функций комплексной переменной

1) Функции комплексного переменного, отображения и точки ветвления, предел и непрерывность функций комплексной переменной, производная от функции комплексной переменной, условия Коши-Римана. 

2) Интегрирование функции комплексной переменной, особые точки, ряды Лорана, теорема о вычетах.

3) Конформное преобразование 

II. Вычисление интегралов и специальные функции

1) Использование симметрии при вычислении интегралов от функции, интегралы от четных и нечетных функций, интегрирование по контуру, лемма Жордана.

2) Гамма-функция, Бета-функция, функция ошибок, интегральная показательная функция, интегральные косинус и синус.

3) Решение уравнения Лапласа в цилиндрических и сферических координатах, функции Бесселя и их свойства, сферические функции и их свойства.

III. Приближенные методы в физике

1) Асимптотический ряд, приближенные методы решений алгебраических уравнений, метод перевала (метод стационарной фазы).

2) Квазиклассическое приближение в квантовой механике (метод Вентцеля-Крамерса-Бриллюэна).

3) Вариационные методы в квантовой механике.

IV. Неупорядоченные системы и нелинейные явления

1) Протекание (перколяция) по решетке с дефектами, задача узлов, задача связей, кластеры, перколяционный переход для различных типов решеток.

2) Нелинейное уравнение Шрёдингера, оперирование бесконечностями в физических системах.

3) Линеаризация нелинейных систем дифференциальных уравнений, особые точки фазового пространства нелинейной динамической системы, бифуркация, аттрактор динамической системы.

V. Интегральные преобразования и интегральные уравнения

1) Преобразование Фурье, дельта-функция и функция Грина.

2) Преобразование Лапласа, типы интегральных уравнений и методы их решения.

VI. Теория групп и ее приложения

1) Определения и свойства абстрактной группы, классы сопряженности, группы трансляционной и вращательной симметрии и связанные с ними законы сохранения, теорема Блоха, теорема Вигнера, точечные группы симметрии.

2) Представления групп и их свойства, характер представления, произведение представлений, правила отбора, метод инвариантов.

Список литературы

[1] Arfken G.B. and Weber H.J. (2001), Mathematical methods for physicists (5th edn.), Academic Press, ISBN 0-120-59826-4.

[2] Mathews J. and Walker R.L. (1970), Mathematical Methods of Physics (2nd edition), Benjamin, ISBN 0-805-37002-1.

[3] Spiegel M. R., Advanced Mathematics for Engineers and Scientists, (Chapter 13: Complex Variables and Conformal Mapping).

[4] Spiegel M.R., Complex Variables, (any edition), McGraw-Hill.

[5] Stauffer D. (1985), Introduction to Percolation Theory, Taylor and Francis, ISBN 0- 850-663156 (UL: 530.13 STA).

[6] Efros A.L. (1986), Physics and Geometry of Disorder, Mir Publishers.

[7] Anselm A. (1981), Introduction to Semiconductor Theory, Mir Publishers.

Описание курса