從零開始讀懂量子力學

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盧瑟福實驗和行星模型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
2.1兩個量子態(tài)的隨意組合9
2.2復數(shù)的復習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量子計算機簡介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中微子振蕩的機制27

第4章不確定原理29
4.1不同動量的粒子狀態(tài)組合29
4.2位置和動量之間的不確定原理31
4.3原子為什么這樣堅硬？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(guī)范不變性和楊米爾斯場論46

第7章隧道效應49
7.1能夠滲透的波函數(shù)49
7.2能夠穿越的粒子51
7.3波函數(shù)滲透對物質(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55

第8章什么是量子？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(tǒng)69

第9章角動量和自旋71
9.1經(jīng)典物理復習：角動量72
9.2量子角動量的奇怪規(guī)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量子糾纏的實驗檢測116
11.5重新認識量子力學117
11.6量子糾纏的應用119



第2篇量子力學對物質(zhì)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量子化學和世界復雜性133

第13章晶體里面的量子力學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
14.1什么是半導體？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石墨烯的應用175

第17章宏觀量子現(xiàn)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(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
18.4零點能的困惑和宇宙的命運196
18.5為什么粒子是一個點？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(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