量子物理学

作者:[美] 迈克尔·G.雷默
译者:吴纯白
出版社:华中科技大学出版社
出版年:2022-08-31
页数:376
定价:108.00
装帧:精装
丛书:牛津科普系列
ISBN:9787568062367

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内容简介 · · · · · ·

1900年左右，物理学家发现了像电子、质子和中子这样的粒子。这些发现被认可，使得他们能够预测原子的内部行为。然而，当他们将预测与实际的实验结果对比时却发现，经典物理学和力学的原理远不能解释原子尺度的现象。这种认识的形成，使量子物理学的出现成了人类历史上最重要的智力运动之一。今天，量子物理学无处不在：它解释了我们的计算机如何工作，激光如何通过互联网传输信息，并允许科学家准确地预测自然界中几乎所有粒子的行为。物理学的运用，一直是调查与我们的世界和宇宙相关的最广泛问题的根本。

虽然众所周知，量子物理学领域和原理几乎可以被无限应用，但是，要理解出现这种情况的根本原因远没有那么容易。本书中，量子物理学家Michael G. Raymer提取了这种抽象领域的基本原则，并且从很多方面提出了量子物理学是当今科学的一个关键因素，也是人人都需知、可知的科普知识。

作者简介 · · · · · ·

[美]迈克尔·G.雷默（Michael G. Raymer），美国物理学会会士，美国光学学会会士，美国俄勒冈大学物理学教授。主要研究方向为量子力学、量子信息科学、非线性光学和激光物理。曾担任《物理评论快报》(Physical Review Letters）和《现代光学杂志》(Journal of Modern Optics）编委会成员。

目录 · · · · · ·

1什么是量子物理学？

1什么是量子物理学？2

量子物理学怎样影响着我们的日常生活？4

什么是物理学理论，以及什么是物理学课题？5

为什么当我们谈论物理时会使用“模型”这个词？7

为什么2015年是量子物理学特别成功的一年？8

为什么有些物体可以用经典物理模型来描述，而有些却

需要用量子物理模型来描述？10

什么是组成物理世界的最基本实体？12

光在经典物理学和量子物理学中的描述有何不同？15

光探测的离散性具有什么物理意义？16

人们有可能制造出并且探测到单光子吗？19

量子物理学是如何被发现的？21

电磁场具有量子本质吗？25

2量子测量以及测量产生的后果29

什么是经典物理学中的“测量”？30

什么是光的偏振？31

我们怎样确定或者测量光的偏振？33

如果光包含有多种偏振，会发生什么？36

如果光是纯偏振光，但偏振不在H或者V方向，

会发生什么？37

这些测量偏振的结果背后有什么物理意义？39

什么是光的相干性？它扮演了什么角色？41

我们可以测量单光子的偏振吗？43

我们如何制备偏振在某一特定方向上的纯偏振态单光子？45

你可以通过量子测量来确定单光子的偏振态吗？45

光的偏振态在经典物理学和量子物理学中的区别是什么？46

我们如何预测光偏振态测量中的概率？47

在量子领域中进行测量到底是什么意思？51

什么是互补测量？52

为什么宏观物体看上去具有确定的性质，但组成它的

量子个体却不具备这种确定性？54

什么是我们所指的物体的“态”？55

什么是量子态？56

鲍勃有可能在实验上确定爱丽丝制备的量子态吗？58

鲍勃能复制(克隆)一个光子的量子态吗？60

什么是量子相干性？61

什么是量子力学的指导性原则？61

量子力学到底描述了什么？63

3应用量子数据加密65

人类可以利用量子物理学来创造出绝对安全的通信网络吗？66

加密是如何使信息保密的？66

绝大部分的加密方法都能被破译，这是真的吗？67

有没有一种无法破译的加密方式？69

文本信息在二进制编码中如何显示？70

文本信息是如何被二进制密钥加密和解密的？71

光子的偏振态是如何被用来创建安全密钥的？71

量子密钥分发是基于哪些物理学原理？73

量子密钥分发的工作原理是什么？75

如果有窃听者，情况会怎样？78

爱丽丝和鲍勃如何得知窃听者伊夫是否存在？80

如果伊夫一直存在怎么办？81

伊夫有可能使用其他更好的窃听方式吗？83

量子密钥分发的研究现状是什么？83

4量子行为85

在没有被测量的情况下，量子物体的行为是什么？86

电子和弹珠的行为有什么区别？86

为什么电子总是落到山羊上？88

如果我们改变设置，结果会怎么样呢？89

如果我们挡住一条路径，会发生什么？90

到目前为止，我们可以得出什么结论？91

我们可以测量电子运动的路径吗？92

为什么我们不能把同样的逻辑用在弹珠上呢？93

什么是共轭表现？94

有没有其他共轭过程的例子来说明主要论点？96

一个过程如果是共轭的，会有哪些进一步的后果？97

在双路径实验里，物质的表现可不可以和光子的表现相同？100

光子的表现会不会偶尔符合经典概率论？102

我们如何把上述的讨论总结为一个物理学原理？103

在量子物理学中，什么是一次测量？104

一个量子物体可以同时出现在两个地点吗？104

量子密钥分发是如何利用共轭过程这个概念的？105

量子理论如何描述具有两种可能性的态？106

量子理论是如何描述一个拥有两条可通过路径的电子的？106

状态箭头可以用来代表宏观物体的“态”吗？109

结果的概率和量子可能性是如何联系在一起的？109

一个电子是如何被“分离”进入两条路径的？110

当路径干涉出现时，如何使用状态箭头来计算概率？111

如果我们更改其中一条路径，会发生什么？113

我们怎样把上面的想法总结成一个指导性原则？114

如果我们进一步改变路径长度，结果会怎样呢？114

从上面的实验中我们能否推导出一个普适性原则？118

本章的结束语是什么？120

5应用方面——用量子干涉感应重力123

什么是感应技术？124

感应引力强度有什么用途？125

怎样利用量子物理学来感应引力？126

本章的引力干涉仪和前一章的电子干涉仪有什么不同？129

中子干涉仪是一个有实际意义的引力感应器吗？129

6量子概率和波动性131

波这个概念是如何被引入量子理论的？132

什么是波？132

什么是波干涉？134

什么是量子概率波？135

psi波函数是如何掌控其内部时序的？137

是什么决定了粒子内部时钟的循环时间或者频率？138

我们如何把提出的指导性原则结合成一个有条理的

量子理论？140

什么是动量，以及什么可以改变动量？141

什么是能量？143

薛定谔方程是怎样描述量子物体在时空中的运动过程的？144

量子概率波是怎样和概率联系在一起的？146

能否举一个薛定谔方程在应用中的实例？147

一个量子粒子是如何穿过0概率区域的？149

什么是海森堡不确定性原理？150

电子既是粒子又是波的说法正确吗？153

7里程碑和三岔路口155

当你来到三岔路口时，你应该做什么？156

迄今为止，我们有哪些重要的里程碑？157

8定域实在论的终结和贝尔测试163

物理实验可以探究“实在论”的本质吗？164

什么是相关性？它告诉了我们什么？165

能否举一个有关相关性属性的例子？166

能否举一个有关相关性表现的例子？167

量子物理学

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