从零开始读懂量子力学
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作者戴瑾
出版社北京大学出版社
ISBN9787301311806
出版时间2020-04
版次1
装帧平装
开本32开
纸张胶版纸
页数240页
字数137千字
定价45元
货号SC:9787301311806
上书时间2024-10-18
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作者简介:
戴瑾，毕业于北京大学物理系。早年从事理论物理学研究。赴美国德克萨斯大学留学，加入了诺贝尔物理奖获得者温伯格的研究小组，师从基础物理突破奖获得者Joeseph Polchinski教授，获得博士学位。与Polchinski共同创造了超弦理论中的D-膜分支。后又在无线通信和半导体芯片领域工作二十余年。现任某半导体公司高管。
主编推荐:
戴瑾博士撰写的《从零开始读懂量子力学》深入浅出地把读者带入了奇妙的量子世界，探寻微观世界的奥秘，感受现代物理学的魅力，了解现代科技发展背后的秘密，感知未来技术的发展趋向。目前国内很需要这样一本科普书。——吴岳良（中国科学院院士，前理论物理研究所所长，现任中国科学院大学副校长）量子力学是当代物理学的两大支柱之一。市面上已经有了很多对量子力学的“戏说”，我们现在更需要像本书这样的“正说”。希望读者能从本书中得到知识和乐趣！——袁岚峰（中国科技大学教授，科普专家，《科技袁人》节目主讲人， 微博 @中科大胡不归）我原来不懂量子力学，年纪也大了，复杂数学公式看都看不清，遑论看懂。看了这本书，我觉得自己大致明白量子力学是什么了，它离生活并不远。——王小东（著名学者，微博 @王小东）由浅入深，解释科学原理；从手机到超导，量子无处不在；从微观到宏观，遐想人生的意义！——罗楹（上海睿星基因技术有限公司创始人，董事长）
内容简介:
量子力学是现代物理学的基石，推动了科学技术的快速发展。在今天，量子依然是新闻热点。《从零开始读懂量子力学》将为广大科技爱好者系统、严谨地介绍量子力学的基本原理和应用。读者需要熟悉高中物理和数学的相关内容，愿意学习科学的思维方式。虽然量子力学是一门有着神秘面纱、打破生活常识、颠覆人类认知的现代科学，但是读者只要愿意随着本书一起思考，就一定能够清楚地了解量子力学理论的基本概念，最终全面认识它在科学体系中的作用和对现代技术的贡献。本书的叙述方式是一边讲解科学理论，一边介绍重要的实验现象和科学原理的应用。本书在一篇中依次讲解了状态叠加、波粒二象性、不确定原理等基本概念；在第二篇中介绍了量子力学在凝聚态物理和基本粒子物理领域中的应用。同时，对由量子力学催生的现代电子技术，也着重做了介绍。
摘要:
第1章 物质内部是虚空的
生活常识告诉我们，物质是有实体的，是一个不仅看得见而且摸得着，但是却进不去的实体。现在我要告诉你，这种物质观是错误的。下面让我们从建立现代物理学的物质观开始，来了解量子力学。
1.1什么是微观世界？
在量子力学出现之前，物质不是物理学研究的课题。金子为什么是黄的？钻石为什么这么硬？铜为什么可以导电？铁为什么会有磁性？世间万物的属性，科学只能测量和接受，但不能解释。
现在我们已经知道，所有物质都是由分子和原子组成的，分子是由两三个或很多个原子结合而成的。物质特性的奥秘，就在于分子、原子的内部。原子半径通常是一亿分之几厘米的量级，只有在光学显微镜下才能看到的细胞，也比它们大至少一万倍。只有当研究分子、原子的内部结构时，你才能进入微观世界。在这个尺度之上，才是我们生活中熟悉的宏观世界。
1.2微观世界是什么样子的？
原子是由原子核和外围的电子组成的，原子核的半径只有原子的十万分之一左右。也就是说，把原子放大到一个住宅小区的大小，原子核还没有一颗葡萄大！可见原子内部是何等的空旷。
那么电子有多大呢？按照现代物理学理论，电子是一种基本粒子，是一个点，半径是零！这一点有些难以理解，以后还会详细介绍。原子核是由质子和中子构成的，而质子和中子都是由3个被叫作夸克的基本粒子构成的。夸克和所有的基本粒子一样，也是一个点。
原来，微观世界接近是空的！在你的感官世界里，你可以实实在在地触摸每一个物体。物体都有确定的表面、尺寸和位置，但这一切都是你的错觉！从原子的角度上看，一切都是模糊的。我们看到的物体的形状和颜色，都是物体原子对不同频率的光子的选择性反射的结果。在宏观世界，一切都是看得见摸得着的；而在微观世界，只能说“色即是空，空即是色”。物质的内部如图1.1所示。
1.3卢瑟福实验和行星模型
人们是什么时候认识到原子内部是空的？虽然科学史不是本书的重点，但是为了把科学研究的结论解释清楚，必须先让你了解卢瑟福实验。
卢瑟福的研究小组在1908—1913年间所做的实验，是用α射线轰击金箔。α射线是卢瑟福在研究物质的放射性时发现的，当时只知道这种射线是带正电的高速粒子流。而人们也知道原子里面有电子，因为研究发现过从物质中射出来的电子流。那为什么用金箔呢？纯金的延展性非常好，因此金箔可以被制成几个原子那么薄。
可是实验结果很意外，大部分的α粒子都穿越而过，连一个小小的偏转都看不到，但也有极少数的粒子被弹了回来，还有约1/8000的粒子有超过90°的拐角，如图1.2所示。
实验结果为什么会这样？经过深入分析和思考，卢瑟福终于明白，大部分α粒子直穿而过，是因为原子内部存在巨大的空间；极少数粒子被弹了回来，是因为原子内部有一个很小的硬核。于是他设想了一个模型：一个非常小的带正电的原子核，周围有很多带负电的电子。大部分α粒子会从原子内部巨大的空间中穿越而过，即使撞到一个电子，由于
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目录:
第1篇量子力学的基本原理
第1章物质内部是虚空的2
1.1什么是微观世界？2
1.2微观世界是什么样子的？3
1.3卢瑟福实验和行星模型4
1.4重建现代物理的物质观6
1.5自然界的四种相互作用6
第2章量子态的可叠加性9
2.1两个量子态的随意组合9
2.2复数的复习10
2.3概率和相位11
2.4我是一片“云”的波函数12
2.5爱因斯坦和玻尔的论战13
2.6中微子振荡14
2.7量子比特15
2.8量子计算机简介17
第3章波粒二象性20
3.1自由粒子的波函数20
3.2电子的双缝干涉实验22
3.3光的波粒二象性24
3.4波粒二象性和量子力学的测量26
3.5中微子振荡的机制27
第4章不确定原理29
4.1不同动量的粒子状态组合29
4.2位置和动量之间的不确定原理31
4.3原子为什么这样坚硬？32
4.4压垮原子的力量33
4.5能量与时间之间的不确定原理34
第5章量子力学的测量问题35
5.1科学和哲学35
5.2测量和波函数的坍缩36
5.3薛定谔的猫论37
第6章带电粒子和电磁场的相互作用40
6.1从牛顿定律到薛定谔方程40
6.2电磁场41
6.3矢量势43
6.4矢量势在量子力学中的角色44
6.5双缝干涉实验和对力的反思45
6.6规范不变性和杨米尔斯场论46
第7章隧道效
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