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出版者:高等教育出版社

作者:

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1900-01-01

价格:22.0

装帧:

isbn号码:9787040085167

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现代量子物理导论：从基础概念到前沿探索 本书旨在为对现代量子物理学充满好奇的读者提供一个全面、深入且易于理解的入门指南。我们摒弃了过多冗余的数学推导，而将重点放在核心概念的阐释、物理图像的构建以及量子世界所展现出的深刻哲学意涵上。本书适合具备基础微积分和线性代数知识的物理系本科生、跨学科研究人员，以及所有渴望触及当代物理学最前沿领域的知识爱好者。 第一部分：量子世界的基石 第一章：经典物理的黄昏与量子观念的诞生 本章追溯了二十世纪初物理学面临的危机，详细介绍了黑体辐射的“紫外灾难”如何催生了普朗克的基本量子假说——能量的量子化。随后，我们将深入探讨爱因斯坦对光电效应的完美解释，确立了光的粒子性（光子）地位。原子光谱的离散性是经典理论无法解释的另一重要现象，这引出了玻尔的原子模型及其在解释氢原子能级上的成功与局限性。本章强调的重点在于：物理学的范式是如何在实验的铁证面前被迫转向，接受“不连续性”这一革命性观念的。 第二章：波粒二象性与物质波 如果光具有粒子性，那么物质是否也具有波动性？德布罗意大胆的假设构成了本章的核心。我们将详细分析德布罗意波长与动量之间的关系，并阐述戴维孙-革末实验如何以无可辩驳的实验证据证实了电子的波动性。波粒二象性并非简单的二选一，而是对自然界基本实体性质的深刻重塑。本章将通过生动的类比，帮助读者理解宏观粒子在微观世界中展现出的奇异行为。 第三章：薛定谔方程与波函数的物理意义 波函数的概念是量子力学的核心。本章首先引入非相对论性的时间依赖和时间无关薛定谔方程，详细解析其数学结构。随后，我们转向对波函数 $Psi(mathbf{r}, t)$ 本身的物理诠释，重点阐述马克斯·玻恩提出的概率诠释——波函数的模方密度代表找到粒子的概率。我们还将讨论波函数归一化、定态解的概念，并通过简单的势阱和势垒问题，初步展示如何利用薛定谔方程求解束缚态和散射态问题。 第二章：不确定性原理与量子态的代数描述 第四章：海森堡不确定性原理 不确定性原理是量子力学区别于经典物理的标志性特征。本章不仅复述了动量和位置之间的标准不确定性关系，更重要的是，深入剖析了其背后的物理根源——测量的不可避免的扰动。我们将探讨能量与时间、角动量等其他物理量对之间的不确定性关系，并讨论这种内在的限制性如何影响我们对微观粒子运动轨迹的描述。本章将澄清一个常见的误解：不确定性并非源于测量技术的粗糙，而是宇宙固有的属性。 第五章：抽象的向量空间：狄拉克符号 为了更简洁、更普适地描述量子态，本章引入了狄拉克符号（Bra-Ket Notation）。我们将把量子态视为希尔伯特空间中的向量，清晰定义左矢量（Bra）和右矢量（Ket），以及它们的内积（对应于概率幅）。运算符（Observables）被表示为作用于这些向量空间上的厄米算符。通过矩阵的语言，本章为读者搭建了理解量子力学代数框架的桥梁，为后续处理更复杂的多粒子系统做好准备。 第六章：本征值问题与量子测量的坍缩 本章将第五章的代数工具应用于实际物理问题。我们阐述了物理可观测量（如能量、动量）对应于厄米算符，而测量结果必然是这些算符的本征值。量子测量的核心难题——波函数的“坍缩”——在本章中被引入。我们将讨论测量的过程如何将一个叠加态瞬间投影到某个特定的本征态上，并阐述测量后系统状态的演化。 第二部分：多维系统与相互作用 第七章：角动量量子化与自旋 角动量在量子力学中扮演着至关重要的角色，尤其在描述原子和亚原子粒子的内部结构时。本章详细推导了角动量算符的对易关系，并阐释了轨道角动量量子化 ($mathbf{L}^2$ 和 $L_z$) 的结果。随后，我们将引入粒子的内在自由度——自旋（Spin）。自旋作为一种纯粹的量子力学属性，不具有直接的经典类比，但却是理解泡利不相容原理和元素周期律的关键。 第八章：全同粒子与统计力学 当系统包含多个完全相同的粒子时，我们必须考虑其不可分辨性。本章深入讨论了玻色子和费米子的区别，以及它们各自的波函数对称性要求（完全对称或完全反对称）。这将直接引出泡利不相容原理（限制费米子占据相同量子态）和费米-狄拉克统计，以及波色-爱因斯坦统计。这些统计特性是理解凝聚态物理、恒星演化和超流现象的理论基础。 第九章：微扰论：处理复杂系统 在大多数实际问题中，精确求解薛定谔方程是不可能的。微扰论是量子力学中最强大的近似工具之一。本章系统地介绍了含时和不含时微扰论。我们将详细推导一阶和二阶能量修正公式，以及相应的态矢量修正。通过应用微扰论来分析原子在外部电场或磁场（如斯塔克效应和塞曼效应）中的能级分裂，读者将掌握处理非完美守恒系统的实用方法。 第三部分：量子世界的诡异与未来 第十章：量子纠缠与贝尔不等式 量子纠缠是量子信息科学的核心资源。本章将从爱因斯坦、波多尔斯基和罗森（EPR）的思想实验出发，探讨量子力学的“非定域实在论”的本质。我们将详细解释贝尔不等式及其实验检验（如阿斯佩的实验），这些实验结果强有力地证明了量子世界中存在着超越经典直觉的关联性——纠缠。 第十一章：散射理论与路径积分导论 本章从更广阔的视角审视量子动力学。我们将回顾散射截面的计算方法，并介绍费曼的路径积分表述。路径积分提供了一种与薛定谔方程截然不同的图像，它认为粒子从A点到B点的传播幅是所有可能路径贡献的总和，每条路径的贡献由相应的经典作用量决定。这种表述在理论物理学，尤其是量子场论中，具有无可替代的地位。 第十二章：走向相对论：量子场论的开端 量子力学与狭义相对论的结合是现代物理学的必然趋势。本章简要介绍了克莱因-戈登方程和狄拉克方程，展示了如何将相对论性能量动量关系纳入量子描述中，并自然导出了负能解和反粒子（如电子和正电子）的概念。这为读者进入更高级的量子电动力学（QED）和粒子物理学奠定了必要的知识储备。 结语：量子之谜与未解之题 本书的最后部分将聚焦于当前物理学研究的前沿地带，包括量子引力问题的挑战、退相干理论在宏观-微观边界的解释力，以及量子计算和量子信息技术所蕴含的巨大潜力。我们鼓励读者带着批判性的眼光和持续的好奇心，继续探索这个充满悖论却又无比精确的微观世界。 本书特色： 清晰的物理图像： 强调概念的直观理解，而非仅仅依赖公式的堆砌。 丰富的案例分析： 选取了黑体辐射、光电效应、氢原子能级、隧道效应等经典案例进行深入剖析。 理论与前沿结合： 平衡了基础理论的严谨性和对前沿进展（如纠缠和量子计算）的介绍。 进阶阅读建议： 为有志于深入研究的读者提供了后续学习的明确路径。 本书致力于揭示现代量子物理学所蕴含的深刻美感与颠覆性力量，带领读者完成从经典宇宙观到量子实在论的艰难而令人振奋的跨越。

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