219

Astron. Nacllr. 303 (1981) 3 , 219-220

Buchbesprechungen ROBERT K. NESBET: Variational Methods in Electron - Atom

Scattering Theory. Plenum Press, New York and London, 1980. 228 Seiten, ISBN 0-306-40413-3. Preis: US $32.50. Die Methoden der quantenmechanischen StoDtheorie atomarer

Systeme haben in den vergangenen Jahren bedeutsame Weiter- entwicklungen erfahren. Die erhohten Anforderungen an die Be- rechnung von Wirkungsquerschnitten, die heutzutage in der Astrophysik, der Laserphysik und der Plasmaphysik gestellt werden, und die Fortschritte auf experimentellem Gebiet haben dam erheblich beigetragen. Die Anwendung moderner Computer hat es crmiiglicht, bei der Bercchnung von Wirkungsquerschnitten in Uereiche vorzudringen, die nocli vor cincm Jahrzchnt uner- rciclibar schienen.

Die vorliegende Monographie befafit sich niit quantitativcn theo- retischen Methoden, die zur Behandlung von niederenergetischen ElektronenstoBen an neutralen N-Elektronen-Atomen geeignet siiiil, Im ersten Kapitel wird eine sehr kurz gefaDte Ubersicht uber Grundbegriffe und Naherungsmethoden der Quantentheorie der Elcktron-Atom-Streuung gegeben. Zur Liisung von Streupro- blemen wurden in der Vergangenheit verschiedene Methoden ent- wickelt, rnit deren Hilfe sich die freien Parameter einer Wellen- funktion auf der Basis der Stationaritat geeigneter Variations- funktionale bestimmen lassen. Diesc Methoden werden im zweiten Iiapitel vorgestellt in der Version fur Mehrkanalstreuung: dic \'ariationsinethoden von H U L T H ~ N , KOHN und KAro, die li- Matrix-Methodc, die auch aus eincnx Variationsprinzip heraus entwickelt werden kann, und das Variationsprinzip von SCHWIN-

Die Energieabhangigkeit der StoBquerschnitte zeigt charakte- ristische Strukturen, die durch Resonanz- und Schwellenerschei- nungen bei der Streuung hervorgerufen werden. Die ersteren konnen aufgefaBt werden als nahezu gebundene Zustande kurzer Lebensdauer fur das aus N + I Elektronen bestehende System aus einfallendem Elektron und Targetatom. Schwellenerscheinun- Ken treten auf, falls die Energie des einfallenden Elektrons in der Nahe einer Anregungsenergie des Targetatoms liegt. Die Theorie dieser Erscheinungen wird im dritten Kapitel dargestellt. Dabei werden besonders diejenigen Aspekte betont, die fur die Streu- ung an neutralen Atomen relevant sind.

Die numerische Realisierung von Variationsmethoden erfordert im allgemeinen die Berechnung von Matrixelementen des Hamil- tonoperators fur (N + I)-Elektronen-Basiswellenfunktionen. Die numerischen Details solcher Rechnungen bilden den Gegenstand des vierten Kapitels, das rnit de: Beschreibung der Struktur eines Rechenprogramms fur Variationsmethoden abschlieDt.

Die beiden letzten Kapitel des Buches betrachten konkretc Anwendungen von Variationsn~ethodcn auf die Streuung von Elektronen an neutralen Ein- und Mclirelektronenatomen. Aus- fuhrlich werden die zur Zeit vorliegenden Ergebnisse zur Elek- tronenstreuung an Wasserstoffatomen diskutiert, insbesondere das A.uftreten von Resonanzen bei clastischer Streuung knapp unter- lialb der Anregungsschwelle n = 2 und die Struktur der Anre- gungsquerschnitte fur die ubergange I s - z s und IS--2 p. Er- gebnissc aus Variationsrechnungen fur Alkaliatome werden rnit denen anderer Methoden verglichen und, soweit vorhanden, den experimentellen Daten gegenubergestellt. Im Falle komplexerer Atome ist es wesentlich schwieriger, hinreichend zuverlassige nu- merische Ergebnisse zu erhalten.

Das abschlieBende 6. Kapitel beginnt mit einer ausfiihrlichen Diskussion der Ergebnisse zur Elektronenstreuung an Helium- atomen. Die Variationsrechnungen liefern in diesem Falle sehr zuverlassige Wirkungsquerschnitte fur elastische Streuung, aber auch fur unelastische Streuung zeigt sich eine gute ubereinstim- mung zwischen den berechneten und in jiingster Zeit experimen- tell ermittelten Werten totaler Wirkungsquerschnitte. Theoreti- sche Streu- und Anregungsquerschnitte, die fur ElektronenstoDe an C-, N- und 0-Atomen berechnet wurden, werden ebenfalls ausfiihrlich erortert. Eine experimentelle Verifikation dieser quan- titativen Ergebnisse und ihrer strukturellen Details steht zur Zeit noch weitgehend aus.

Die vorliegende Monographie vermittelt, einen guten uberblick uber die in den letzten Jahren erzielten Fortschritte auf dem Ge-

GER.

biet der Elektroncnstrcuung an neutralen Atomen. Die Darstel- lung ist sehr iibersichtlich, wendet sich aber vor allem an einen Leser, der rnit den Methoden und Begriffen der quantenmechani- schen Streutheorie vertraut ist. Die umfangreiche Diskussion theo- retischer und experimenteller Ergebnisse ?n den Kapiteln 5 und 6 wird aber auch fur denjenigen Leser von Gewinn sein, dem es weniger um theoretische Details geht, als vielmehr darum, sich einen uberblick uber den gegenwartigen Stand und die Perspekti- ven theoretischer und in gewissem MaDe auch experimenteller Untersuchungen von Elektronenst6Ben an neutralen Atomen zu verschaffcn. H. Domke, I'otsdam

J. HEIUMANN : Relativistic Cosmology. An Introduction. Springer- Verlag, Berlin, Heidelbcrg, New York, 1980. XI1 + 168 Seitcn, Preis DM 48. - .

Sicben Jahrc n;icli dcr franzosischen Ausgabe erscheint HEID- M A N N S Einfiihrung in die Kosmologie als englische Ubersetzung. Da bereits in der Erstfassung vonviegend klassische Probleme der Kosmologie, insbesondere relativistische Weltmodelle und ihre Beobachtungstests, diskutiert wurden und spekulativere Fragcn nach detaillierten physikalischen Prozessen im Fruhkosmos aus- geklamniert bliebcn, waren in cler Neufassung nur geringfugige Anderungcn crfordcrlicli.

Wahrend die mcisten 'lexte iiber Kosniologie von einer Dar- stellung dcr Allgcmeinen Relativitatstheorie ausgehen, stellt J. HEIDMANN eine Diskussion der kosmischen Entfernungsskala, der HuBBLE-Expansion sowie der Verteilung und Dichte von Gala- xien und intergalaktischer Materie an den Beginn seiner Einfiih- rung. Damit sol1 gezeigt werden, wie wichtige kosmologisch relc- vante GroDen bereits aus Beobachtungen eines relativ nahen Aus- schnitts der Metagalaxis bestimmt werden konnen, in welchem die klassische Euklidische Geometrie zur Beschreibung ausreicht und die Expansionsgeschwindigkeit klein gegen die Lichtgeschwindig- keit ist.

AnschlieBend werden Raume konstanter Krummung vorge- stellt und isotrope kosmologische Modelle als Losungen der Ein- steinschen Gleichungen behandelt. Hierbei ist insbesondere die ausfiihrliche Diskussion der verschiedenen topologischen Reali- sierungen isotroper Raume mittels der sehr anschaulich einge- fiihrten Holonomiegruppe hervorzuheben. Die Theorie der Licht- ausbreitung in einer vorgegebenen Metrik gestattetet es, verschie- dene Beobachtungstests kosmologischer Modelle abzuleiten und die kosmologischen Horizonte zu diskutieren.

Ein sehr kurzer uberblick iiber Beobachtungen in der sogcnanu- ten relativistischen Zone der Metagalaxis berichtct iiber Radio- galaxien, Quasare und die kosmische Hintergrundstrahlung und ihre kosmologische Bedeutung.

Das Buch ist rnit seiner knappen, das Wescntliche betonenden Zusammenfassung der Beobachtungen sowie mit den auf Anwcn- dungen hinzielenden theoretischen Kapiteln als Einfiihrung allen an kosmologischen Problemen Interessierten zu empfehlen. Nicht zulctzt dank der anschaulichen Illustrationen ist es sehr gut lesbar. Ein gewisser Mange1 besteht jedoch darin, dafi viele im Text ge- nannte Originalarbeiten nicht in das kurze Literaturverzeichnis aufgenommen wurden und so nur schwer aufzufinden sind.

V . Miiller, Potsdam-Babclsberg

JOSEPH SILK: The Big Bang. The Creation and Evolution of the Universe. W. H. Freeman and Company, San Francisco, 1980. 394 + X Seiten. Preis $4.90.

Wieweit konnen wir in die Vergangenheit zuriickschauen, wann entstand das Universum, wie sah es in den ersten Millisekunden aus ?

Diese und viele andere Fragen werden von J. SILK in dem vor- liegenden Buch - einer Mischung aus popularer Einfiihrung und Fachbuch - behandelt, wobei hauptsachlich die groBartigen astronomischen Entdeckungen und Einsichten der letzten Jahre, beispielsweise die der Hintergrundstrahlung. zu Wort kommen.

820 Buclibesprechungeii

SILKS Buch enthalt 18 Kapitel. Zunachst werden die Grundlagen nioderner Kosmologie vermittelt, deren Wurzeln der Autor bis in die Antike (Pythagovas und Ptolemcios) zuriickverfolgt. Die heuti- gen Kosmologien basieren ini wesentlichen auf den Einsteinschen Binsichten in die Natur der Gravitation, weil es offensichtlich dic Scliwerkraft ist, die die Dynamik des Weltalls und seine Entwick- lung bestinimt. Die kosmologisch relevanten Losungen fand An- fang der zwanziger Jahre der russische Mathematiker A. FRIED- MAN. Die Hubblesche Entdeckung der Galaxienflucht schranktc die .Inzahl der Friedmanschen Losungen, dic in Betracht kom- men, weiter ein und fiihrte letztendlich zum Urknallmodell von der Weltentstehung. Die Einsichten in die Geschichtlichkeit des Weltalls, die sich daraus ergeben, sind Hauptthema des Uuchcs. Auf die Entstehung der Elementarteilchen und der leichtesten Elemente des Periodensystems wird dabei genauso eingegangen wie auf die Hawkingschen ,,kleinen schwarzen Locher" untl die Bildung der astronomischen ,,GroBkorper", der Galaxien und Sterne.

Nachdem sich die stoffliche Materie hinreichend abgekiihlt und vom Strahlungsfeld getrennt hatte, war die Voraussetzung fur das

Entstehen von Galaxien und Galaxienliaufen gegeben. In einem Kapitcl beschaftigt sich der Autor mit den physikalischen Prozes- sen, die wahrend der Galaxienentstehung eine Rolle spielen, dem Gravitationskollaps einer protogalaktischen Gaswolke und der durch nachfolgendc Fragmentation ausgelosten Sterncntstehung.

Den Galaxienhaufen, den Radiogalaxicn und Quasaren sind weitere Kapitel des Buches gewidmet. Aber auch Fragen, wie die nach der Entstehung der schweren Elemente in massereichen Sternen oder der Herkunft des Sonnensystems, wcrden dabei be- riihrt. In den abschlieBenden Kapiteln kommt dcr Autor a u f die Zukunft unseres Weltalls zu sprechen. Alternativen Kosmologien, wie beispielsweise der Steady-Statc-Tlicoric, wird cin eigcncs Kapitel eingeraumt.

Ein umfangreicher matheniatischer Xnhang sowie ein Stich- wortverzeichnis der wichtigsten im Buch vorkommenden Fach- termini beschlieBen diese lesenswerte Einfiihrung in ein Teilgebiet der modernen Astronomie, das sich allgemeiner Beliebtheit erfreut.

Regina Schmidt, Potsdam-Babelsberg