量子力學(xué)是現(xiàn)代物理學(xué)的基石,推動(dòng)了科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展.在今天,量子依然是新聞熱點(diǎn).本書將為廣大科技愛好者系統(tǒng)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)亟榻B量子力學(xué)的基本原理和應(yīng)用.讀者需要熟悉高中物理和數(shù)學(xué)的相關(guān)內(nèi)容,愿意學(xué)習(xí)科學(xué)的思維方式。雖然量子力學(xué)是一門有著神秘面紗、打破生活常識(shí)、顛覆人類認(rèn)知的現(xiàn)代科學(xué),但是讀者只要愿意隨著本書一起思考,就一定能夠清楚地了解量子力學(xué)理論的基本概念,最終全面認(rèn)識(shí)它在科學(xué)體系中的作用和對(duì)現(xiàn)代技術(shù)的貢獻(xiàn)。
本書的敘述方式是一邊講解科學(xué)理論一邊介紹重要的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和科學(xué)原理的應(yīng)用。本書在第一部分依次講解了狀態(tài)疊加、波粒二象性、不確定原理等基本概念;在第二部分介紹了量子力學(xué)在凝聚態(tài)物理和基本粒子物理領(lǐng)域中的應(yīng)用.同時(shí),對(duì)由量子力學(xué)催生出的現(xiàn)代電子技術(shù),也著重做了介紹。
戴瑾，1985年畢業(yè)于北京大學(xué)物理系。通過李政道CUPSPEA項(xiàng)目赴美留學(xué)，獲得德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校物理學(xué)博士學(xué)位。期間在諾貝爾獎(jiǎng)獲得者溫伯格的研究小組工作，師從于基礎(chǔ)物理學(xué)突破獎(jiǎng)獲得者波爾欽斯基，共同創(chuàng)立了弦論中的D膜理論。現(xiàn)為英特爾高管。
第1章物質(zhì)內(nèi)部是虛空的2
1.1什么是微觀世界？2
1.2微觀世界是什么樣子的？3
1.3盧瑟福實(shí)驗(yàn)和行星模型4
1.4重建現(xiàn)代物理的物質(zhì)觀6
1.5自然界的四種相互作用6
第2章量子態(tài)的可疊加性9
2.1兩個(gè)量子態(tài)的隨意組合9
2.2復(fù)數(shù)的復(fù)習(xí)10
2.3概率和相位11
2.4我是一片“云”的波函數(shù)12
2.5愛因斯坦和玻爾的論戰(zhàn)13
2.6中微子振蕩14
2.7量子比特15
2.8量子計(jì)算機(jī)簡介17
第3章波粒二象性20
3.1自由粒子的波函數(shù)20
3.2電子的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)22
3.3光的波粒二象性24
3.4波粒二象性和量子力學(xué)的測量26
3.5中微子振蕩的機(jī)制27
第4章不確定原理29
4.1不同動(dòng)量的粒子狀態(tài)組合29
4.2位置和動(dòng)量之間的不確定原理31
4.3原子為什么這樣堅(jiān)硬？32
4.4壓垮原子的力量33
4.5能量與時(shí)間之間的不確定原理34
第5章量子力學(xué)的測量問題35
5.1科學(xué)和哲學(xué)35
5.2測量和波函數(shù)的坍縮36
5.3薛定諤的貓論37
第6章帶電粒子和電磁場的相互作用40
6.1從牛頓定律到薛定諤方程40
6.2電磁場41
6.3矢量勢(shì)43
6.4矢量勢(shì)在量子力學(xué)中的角色44
6.5雙縫干涉實(shí)驗(yàn)和對(duì)力的反思45
6.6規(guī)范不變性和楊米爾斯場論46
第7章隧道效應(yīng)49
7.1能夠滲透的波函數(shù)49
7.2能夠穿越的粒子51
7.3波函數(shù)滲透對(duì)物質(zhì)世界的影響52
7.4掃描隧道顯微鏡54
7.5閃存背后的量子力學(xué)55
第8章什么是量子？60
8.1盒子中的粒子61
8.2振動(dòng)的粒子63
8.3氫原子的能級(jí)66
8.4光譜67
8.5原子鐘和計(jì)量系統(tǒng)69
第9章角動(dòng)量和自旋71
9.1經(jīng)典物理復(fù)習(xí)：角動(dòng)量72
9.2量子角動(dòng)量的奇怪規(guī)則73
9.3角動(dòng)量和原子的能級(jí)76
9.4自旋77
9.5角動(dòng)量的相加78
9.6粒子磁矩和角動(dòng)量的測量79
9.7光子的自旋81
9.8核磁共振83
9.9用自旋來記憶的磁性存儲(chǔ)器85
9.10使用光子自旋的量子通信87
第10章玻色子和費(fèi)米子91
10.1全同粒子的概念92
10.2玻色子和費(fèi)米子92
10.3泡利不相容原理和原子結(jié)構(gòu)94
10.4“堅(jiān)強(qiáng)”的費(fèi)米氣96
10.5鐵磁性的起源98
10.6玻色子和黑體輻射問題100
10.7激光原理103
10.8玻色愛因斯坦凝聚106
第11章量子糾纏108
11.1什么是量子糾纏？108
11.2愛因斯坦的困惑109
11.3貝爾定理111
11.4量子糾纏的實(shí)驗(yàn)檢測116
11.5重新認(rèn)識(shí)量子力學(xué)117
11.6量子糾纏的應(yīng)用119
第2篇量子力學(xué)對(duì)物質(zhì)世界的解釋
第12章從原子到分子122
12.1原子能級(jí)結(jié)構(gòu)的總結(jié)122
12.2離子鍵和共價(jià)鍵124
12.3元素周期表的量子解讀127
12.4分子之間的相互作用128
12.5分子光譜和全球變暖131
12.6量子化學(xué)和世界復(fù)雜性133
第13章晶體里面的量子力學(xué)135
13.1能帶理論136
13.2絕緣體138
13.3金屬140
13.4聲子142
第14章半導(dǎo)體的量子物理145
14.1什么是半導(dǎo)體？146
14.2p型、n型半導(dǎo)體和空穴147
14.3pn結(jié)150
14.4場效應(yīng)管和CMOS技術(shù)152
14.5CMOS傳感器和光伏發(fā)電156
14.6發(fā)光二極管159
第15章量子點(diǎn)與介觀物理學(xué)162
15.1介觀物理學(xué)簡介162
15.2量子點(diǎn)的特性163
15.3量子走進(jìn)你家——量子點(diǎn)電視165
第16章二維量子力學(xué)與石墨烯168
16.1石墨烯和它的結(jié)構(gòu)168
16.2奇妙的石墨烯能帶172
16.3石墨烯的應(yīng)用175
第17章宏觀量子現(xiàn)象——超導(dǎo)177
17.1超導(dǎo)的機(jī)制178
17.2永不消逝的電流180
17.3邁斯納效應(yīng)和磁通量的量子化182
17.4約瑟夫森結(jié)186
17.5超導(dǎo)計(jì)算機(jī)189
第18章量子場論簡介191
18.1物質(zhì)不滅的破滅191
18.2什么是場？193
18.3場的量子化與粒子的誕生194
18.4零點(diǎn)能的困惑和宇宙的命運(yùn)196
18.5為什么粒子是一個(gè)點(diǎn)？198
18.6量子場論中的相互作用200
18.7對(duì)稱性和量子力學(xué)201
18.8量子場論中的發(fā)散困難和重整化207
第19章引力波和引力子210
19.1從狹義到廣義相對(duì)論210
19.2引力波214
19.3引力子和量子引力的困難216
第20章弦論簡介219
20.1弦上奏出的粒子220
20.2弦與弦的相互作用222
20.3超弦和十維時(shí)空223
結(jié)語225
參考文獻(xiàn)226
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