《簡明量子力學》是2020年北京大學出版社出版的圖書。作者是吳飆。本書是北京大學公選課教材，試圖向學生（包括文科生）嚴肅而又通俗地介紹量子力學。通俗即向儘可能多的人講述和展示量子力學的美妙和神奇；嚴肅即意味著用數學來描述量子力學中深刻的結果，而不只是文字敘述。為了平衡這兩點，我假定讀者都熟悉高中的數學知識。
基本介紹
- 中文名：簡明量子力學
- 作者：吳飆
- 出版社：北京大學出版社
- ISBN：9787301312896
內容簡介,圖書目錄,作者簡介,
內容簡介
本書是北京大學公選課教材，試圖向學生（包括文科生）嚴肅而又通俗地介紹量子力學。通俗即向儘可能多的人講述和展示量子力學的美妙和神奇；嚴肅即意味著用數學來描述量子力學中深刻的結果，而不只是文字敘述。為了平衡這兩點，我假定讀者都熟悉高中的數學知識。對於任何超越高中水平的數學，比如矩陣，線性空間等，我將按照需要多少講解多少的方式介紹，適可而止不過分深入。這些超越高中水平的數學也不難，只要讀者有毅力和耐心去做簡單的練習，就很快會熟悉和掌握。沒有練習就沒有理解。
量子力學啟蒙於1900 年，由普朗克揭開了它*層神秘的面紗，其基本框架完成於1926 年，那年薛丁格寫下了他不朽的方程。在這 26 年時間裡，偉大的量子之父們用他們卓越的智慧，非凡的想像和不懈的努力將人類帶入了神奇的量子世界並醞釀了一場翻天覆地的技術革命。
本書將先簡單描述量子力學的發展歷史，介紹這些量子之父和他們傳奇的事跡。然後我將介紹那個神奇的量子世界：不可思議的量子態，量子全同性，線性疊加，量子糾纏，貝爾不等式，量子能級，薛丁格貓和多世界理論等。為了和經典物理比較，我將在介紹量子力學之前介紹經典力學。在本書*後，我將簡要介紹量子計算機和量子通信。
圖書目錄
第一章什麼是量子？ 1
第二章量子力學簡史11
2.1 量子的誕生. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.2 艱難起步. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.3 氫原子. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.4 危機四伏. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.5 的相同. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.6 原來是矩陣. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.7 粒子是波，波是粒子. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2.8 回味. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
第三章經典力學和舊量子理論43
3.1 自由落體. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
3.2 相空間. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
3.3 速度和加速度的微分表達. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
3.4 簡諧振子. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
3.5 舊量子理論. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
第四章複數和線性代數55
4.1 複數. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
4.2 線性代數. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
4.2.1 線性空間. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
4.2.2 希爾伯特空間. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
4.2.3 矩陣. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
4.2.4 本徵態和本徵值. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
4.2.5 直積空間. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
第五章邁入量子之門79
5.1 施特恩?C 格拉赫實驗. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
5.2 自旋. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
5.3 量子態和它的機率內涵. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
5.4 可觀測量和算符. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
5.5 任意方向的自旋. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
5.6 量子力學的基本原則. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
第六章量子動力學99
6.1 薛丁格方程. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99
6.2 波函式. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
6.3 哈密頓算符和么正演化. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
6.4 量子能級和本徵波函式. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
6.5 態疊加原理和不可克隆定理. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
6.6 雙縫干涉. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
第七章量子糾纏和貝爾不等式123
7.1 雙自旋. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
7.2 量子糾纏. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
7.2.1 貝爾不等式. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
7.2.2 自我的缺失. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
第八章量子測量141
8.1 不確定性關係. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
8.2 波包塌縮. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
8.3 多世界理論和薛丁格貓. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
8.4 費曼的疏忽. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166
第九章量子計算173
9.1 經典計算機. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175
9.1.1 基本框架. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175
9.1.2 不能承受之量子. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
9.2 量子計算機. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
9.3 量子計算機的特例—— 可逆經典計算機. . . . . . . . . . . . . 187
9.4 量子計算機到底有多強大. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190
9.5 難於上青天. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194
第十章量子通信199
10.1 光子的偏振和量子信道. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199
10.2 量子隱形傳態. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203
10.3 經典加密. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207
10.4 量子加密. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210
10.5 未來的量子技術. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213
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索引219
作者簡介
吳飆, 北京大學量子材料科學中心教授。1992年獲北京師範大學學士學位；1995年在中國科學院研究生院(現中國科學院大學)獲碩士學位；2001年在美國德州大學奧斯汀分校（University of Texas at Austin）獲博士學位 。2001年到2004年在美國橡樹嶺國家實驗室(Oak Ridge National Lab)從事博士後研究； 2004年入選中國科學院 “百人計畫”，任中科院物理所研究員。 2007年獲首屆香港大學崔琦獎(D. Tsui Fellowship)；2008年獲國家傑出青年基金。2010年到北京大學工作。2014年被聘為長江學者特聘教授。從事凝聚態物理的理論研究，主要方向有超冷原子氣、量子熱化、量子算法、幾何相位和非線性動力學等。
