¿Cuántas matemáticas necesito aprender para unirme a un curso extenso de física cuántica (mecánica y electrodinámica)?

Bueno, voy a diferir con algunas de las respuestas que ya están aquí. Raramente sucede que aprendas primero todas las matemáticas y luego la física. Es una forma altamente ineficiente de aprender. Personalmente, solo conocía cálculo (incluyendo análisis multivariado y complejo) y álgebra lineal, probabilidad y cierta cantidad de PDE cuando comencé a aprender mecánica cuántica. Incluso entre esos temas, rara vez se me podría llamar minucioso, a excepción de cálculo y análisis complejos tal vez. Aprendí un montón de matemáticas mientras aprendía mecánica cuántica. Me refiero a una carga de mierda. Desde transformaciones de Fourier, funciones verdes, espacios de Hilbert, teoría de grupos, teoría de representación, etc. Demasiado para enumerar. Salí con mucho más conocimiento del que entré. Definitivamente fue difícil al principio, pero luché y logré aprender mucho.

Entonces, para responder a su pregunta, los requisitos previos absolutos que sugeriría son
1) cálculo
2) transformadas de Fourier
3) Álgebra Lineal
4) ecuaciones diferenciales parciales
5) Números complejos.

De estos 1,2,4 y 5 son fundamentales y necesarios. 3 de todos modos se ocupa en cualquier libro introductorio de QM. De hecho, incluso las ecuaciones diferenciales parciales se resuelven de manera pedagógica en libros como Griffiths. Para darle el debido crédito a Griffiths, él se encarga de los 5, excepto el cálculo y los números complejos que probablemente ya conoces de todos modos. Y si ha realizado un curso sobre electrodinámica, ya conoce suficientes PDE. Así que no te des razones para no estudiarlo. Métete y lucha.

Salud.

A menudo su problema no será matemática, sino física. Los libros de texto de física generalmente enseñan todas las matemáticas tontas y suponen que ya sabes física básica. Para responder a su pregunta, lo siguiente es suficiente para la mayoría de los libros introductorios.

  1. Trigonometría
  2. Números complejos
  3. Vectores
  4. Cálculo
  5. Conceptos de probabilidad

Comience con la mecánica clásica y la electrodinámica clásica antes de involucrarse en QM y QED. Si es así, ya tienes suficientes conocimientos matemáticos para pasar al siguiente nivel. Una prueba simple para verificar si ya conoce suficientes antecedentes en física:

  1. ¿Sabes qué es un lagrangiano?
  2. ¿Has oído hablar de los brackets de Poisson?
  3. ¿Conoces las ecuaciones de Maxwell?

Si no puede responder arriba, tome algunos libros de nivel básico como Goldstein para mecánica clásica y Griffiths para electrodinámica. Y los preliminares de matemáticas son similares a lo que ves arriba.


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Por lo general, cualquier curso sobre Mecánica Cuántica comienza con breves conferencias sobre álgebra lineal, para comprender el álgebra lineal todo lo que necesita saber son algunas ideas de la teoría de Matix y conceptos matemáticos de la escuela secundaria, como resolver ecuaciones simultáneas, vectores, teoría compleja, etc. para aprender tanto el formalismo matricial como el formalismo dirac de la mecánica cuántica, para comprender el formalismo de Schrodinger debe aprender algunas ideas del análisis complejo.

Entonces, en mi opinión, aprenda a fondo la teoría de la matriz y el cálculo antes de hacer un curso sobre mecánica cuántica.

Más allá del cálculo básico y el álgebra mencionados en los detalles de la pregunta, probablemente sea una buena idea estar familiarizado con lo siguiente:

  • Números complejos,
  • Trigonometría,
  • Cálculo multivariante,
  • Ecuaciones diferenciales ordinarias y parciales,
  • Cálculo de variaciones,
  • Transformaciones Legendre,
  • Probabilidades y estadísticas,
  • Álgebra vectorial y cálculo vectorial,
  • Álgebra lineal,
  • Transformaciones de Fourier,
  • Alguna teoría de grupo elemental,
  • Solo las ideas básicas detrás de los espacios de Hilbert y Fock.

Ver también la respuesta de Viktor T. Toth a ¿Qué conocimiento matemático y físico se debe tener para comprender completamente las interpretaciones de la mecánica cuántica (MC)?

Necesitará saber más que cálculo básico, debería ser capaz de manejar cálculo avanzado (transformadas de Fourier, funciones especiales, expansión de función propia, etc.) y cálculo vectorial. Para aprender un curso básico de mecánica cuántica es necesario tener un buen dominio del álgebra lineal. Para el aprendizaje avanzado, debe estar familiarizado con el análisis complejo y la teoría de grupos. Después de que todas las matemáticas sean solo una herramienta, necesitará un fondo de física para apreciar completamente la mecánica cuántica.

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