從零開始讀懂量子力學

《從零開始讀懂量子力學》是2020年北京大學出版社出版的圖書，作者是戴瑾。

基本介紹

• 中文名：從零開始讀懂量子力學
• 作者：戴瑾
• 出版時間：2020年5月1日
• 出版社： 北京大學出版社 
• ISBN：9787301311806

內容簡介

量子力學是現代物理學的基石，推動了科學技術的快速發展。在今天，量子依然是新聞熱點。

《從零開始讀懂量子力學》將為廣大科技愛好者系統、嚴謹地介紹量子力學的基本原理和套用。讀者需要熟悉高中物理和數學的相關內容，願意學習科學的思維方式.雖然量子力學是一門有著神秘面紗、打破 生活常識、顛覆人類認知的現代科學，但是讀者只要願意隨著本書一起思考，就一定能夠清楚地了解量子力學理論的基本概念，最終全面認識它在科學體系中的作用和對現代技術的貢獻。

本書的敘述方式是一邊講解科學理論，一邊介紹重要的實驗現象和科學原理的套用。本書在一篇中依次講解了狀態疊加、波粒二象性、不確定原理等基本概念；在第二篇中介紹了量子力學在凝聚態物理和基本粒子物理領域中的套用。同時，對由量子力學催生的現代電子技術，也著重做了介紹。

作者簡介

戴瑾，畢業於北京大學物理系。早年從事理論物理學研究。赴美國德克薩斯大學留學，加入了諾貝爾物理獎獲得者溫伯格的研究小組，師從基礎物理突破獎獲得者Joeseph Polchinski教授，獲得博士學位。與Polchinski共同創造了超弦理論中的D-膜分支。後又在無線通信和半導體晶片領域工作二十餘年。現任某半導體公司高管。

目錄

第1章物質內部是虛空的2

1.1什麼是微觀世界？2

1.2微觀世界是什麼樣子的？3

1.3盧瑟福實驗和行星模型4

1.4重建現代物理的物質觀6

1.5自然界的四種相互作用6

第2章量子態的可疊加性9

2.1兩個量子態的隨意組合9

2.2複數的複習10

2.3機率和相位11

2.4我是一片“雲”的波函式12

2.5愛因斯坦和玻爾的論戰13

2.6中微子振盪14

2.7量子比特15

2.8量子計算機簡介17

第3章波粒二象性20

3.1自由粒子的波函式20

3.2電子的雙縫干涉實驗22

3.3光的波粒二象性24

3.4波粒二象性和量子力學的測量26

3.5中微子振盪的機制27

第4章不確定原理29

4.1不同動量的粒子狀態組合29

4.2位置和動量之間的不確定原理31

4.3原子為什麼這樣堅硬？32

4.4壓垮原子的力量33

4.5能量與時間之間的不確定原理34

第5章量子力學的測量問題35

5.1科學和哲學35

5.2測量和波函式的坍縮36

5.3薛丁格的貓論37

第6章帶電粒子和電磁場的相互作用40

6.1從牛頓定律到薛丁格方程40

6.2電磁場41

6.3矢量勢43

6.4矢量勢在量子力學中的角色44

6.5雙縫干涉實驗和對力的反思45

6.6規範不變性和楊米爾斯場論46

第7章隧道效應49

7.1能夠滲透的波函式49

7.2能夠穿越的粒子51

7.3波函式滲透對物質世界的影響52

7.4掃描隧道顯微鏡54

7.5快閃記憶體背後的量子力學55

第8章什麼是量子？60

8.1盒子中的粒子61

8.2振動的粒子63

8.3氫原子的能級66

8.4光譜67

8.5原子鐘和計量系統69

第9章角動量和自旋71

9.1經典物理複習：角動量72

9.2量子角動量的奇怪規則73

9.3角動量和原子的能級76

9.4自旋77

9.5角動量的相加78

9.6粒子磁矩和角動量的測量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器85

9.10使用光子自旋的量子通信87

第10章玻色子和費米子91

10.1全同粒子的概念92

10.2玻色子和費米子92

10.3泡利不相容原理和原子結構94

10.4“堅強”的費米氣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雷射原理103

10.8玻色愛因斯坦凝聚106

第11章量子糾纏108

11.1什麼是量子糾纏？108

11.2愛因斯坦的困惑109

11.3貝爾定理111

11.4量子糾纏的實驗檢測116

11.5重新認識量子力學117

11.6量子糾纏的套用119

第2篇量子力學對物質世界的解釋

第12章從原子到分子122

12.1原子能級結構的總結122

12.2離子鍵和共價鍵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量子化學和世界複雜性133

第13章晶體裡面的量子力學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章半導體的量子物理145

14.1什麼是半導體？146

14.2p型、n型半導體和空穴147

14.3pn結150

14.4場效應管和CMOS技術152

14.5CMOS感測器和光伏發電156

14.6發光二極體159

第15章量子點與介觀物理學162

15.1介觀物理學簡介162

15.2量子點的特性163

15.3量子走進你家——量子點電視165

第16章二維量子力學與石墨烯168

16.1石墨烯和它的結構168

16.2奇妙的石墨烯能帶172

16.3石墨烯的套用175

第17章巨觀量子現象——超導177

17.1超導的機制178

17.2永不消逝的電流180

17.3邁斯納效應和磁通量的量子化182

17.4約瑟夫森結186

17.5超導計算機189

第18章量子場論簡介191

18.1物質不滅的破滅191

18.2什麼是場？193

18.3場的量子化與粒子的誕生194

18.4零點能的困惑和宇宙的命運196

18.5為什麼粒子是一個點？198

18.6量子場論中的相互作用200

18.7對稱性和量子力學201

18.8量子場論中的發散困難和重整化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超弦和十維時空223

結語225

參考文獻226