從零開(kāi)始讀懂量子力學(xué)

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(ài)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(jiǎn)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(cè)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(cè)量問(wèn)題35
5.1科學(xué)和哲學(xué)35
5.2測(cè)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(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(cè)量79
9.7光子的自旋81
9.8核磁共振83
9.9用自旋來(lái)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(wèn)題100
10.7激光原理103
10.8玻色愛(ài)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(ài)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(cè)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(chǎng)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(jiǎn)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(chǎng)論簡(jiǎn)介191
18.1物質(zhì)不滅的破滅191
18.2什么是場(chǎng)？193
18.3場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)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(jiǎn)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(yǔ)225
參考文獻(xiàn)226