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量子物理學(xué) 版權(quán)信息
- ISBN：9787568062367
- 條形碼：9787568062367 ; 978-7-5680-6236-7
- 裝幀：簡(jiǎn)裝本
- 冊(cè)數(shù)：暫無(wú)
- 重量：暫無(wú)
- 所屬分類(lèi)：>
量子物理學(xué) 本書(shū)特色
1900年左右，物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)了像電子、質(zhì)子和中子這樣的粒子。這些發(fā)現(xiàn)被認(rèn)可，使得他們能夠預(yù)測(cè)原子的內(nèi)部行為。然而，當(dāng)他們將預(yù)測(cè)與實(shí)際的實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比時(shí)卻發(fā)現(xiàn)，經(jīng)典物理學(xué)和力學(xué)的原理遠(yuǎn)不能解釋原子尺度的現(xiàn)象。這種認(rèn)識(shí)的形成，使量子物理學(xué)的出現(xiàn)成了人類(lèi)□□上*重要的智力運(yùn)動(dòng)之一。今天，量子物理學(xué)無(wú)處不在：它解釋了我們的計(jì)算機(jī)如何工作，激光如何通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)傳輸信息，并允許科學(xué)家準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)自然界中幾乎所有粒子的行為。物理學(xué)的運(yùn)用，一直是調(diào)查與我們的世界和宇宙相關(guān)的*廣泛?jiǎn)栴}的根本。
雖然眾所周知，量子物理學(xué)領(lǐng)域和原理幾乎可以被無(wú)限應(yīng)用，但是，要理解出現(xiàn)這種情況的根本原因遠(yuǎn)沒(méi)有那么容易。本書(shū)中，量子物理學(xué)家Michael G. Raymer提取了這種抽象領(lǐng)域的基本原則，并且從很多方面提出了量子物理學(xué)是當(dāng)今科學(xué)的一個(gè)關(guān)鍵因素，也是人人都需知、可知的科普知識(shí)。
量子物理學(xué) 內(nèi)容簡(jiǎn)介
本書(shū)是2020年國(guó)家出版基金項(xiàng)目，是的經(jīng)典科普作品。1900年左右，物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)了像電子、質(zhì)子和中子這樣的粒子。這些發(fā)現(xiàn)被認(rèn)可，使得他們能夠預(yù)測(cè)原子的內(nèi)部行為。然而，當(dāng)他們將預(yù)測(cè)與實(shí)際的實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比時(shí)卻發(fā)現(xiàn)，經(jīng)典物理學(xué)和力學(xué)的原理遠(yuǎn)不能解釋原子尺度的現(xiàn)象。這種認(rèn)識(shí)的形成，使量子物理學(xué)的出現(xiàn)成了人類(lèi)歷史上*重要的智力運(yùn)動(dòng)之一。今天，量子物理學(xué)無(wú)處不在：它解釋了我們的計(jì)算機(jī)如何工作，激光如何通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)傳輸信息，并允許科學(xué)家準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)自然界中幾乎所有粒子的行為。物理學(xué)的運(yùn)用，一直是調(diào)查與我們的世界和宇宙相關(guān)的*廣泛?jiǎn)栴}的根本。雖然眾所周知，量子物理學(xué)領(lǐng)域和原理幾乎可以被無(wú)限應(yīng)用，但是，要理解出現(xiàn)這種情況的根本原因遠(yuǎn)沒(méi)有那么容易。本書(shū)中，量子物理學(xué)家Michael G. Raymer提取了這種抽象領(lǐng)域的基本原則，并且從很多方面提出了量子物理學(xué)是當(dāng)今科學(xué)的一個(gè)關(guān)鍵因素，也是人人都需知、可知的科普知識(shí)。
量子物理學(xué)量子物理學(xué) 前言
序
本書(shū)向非科研人員詳細(xì)地解釋了量子物理學(xué)到底是什么，并且介紹了那些正在高速發(fā)展的、以光和物質(zhì)所特有的量子現(xiàn)象為基礎(chǔ)的科學(xué)技術(shù)。“什么才是所有人都需要了解的量子物理學(xué)？”當(dāng)我在思考如何回答這個(gè)問(wèn)題的時(shí)候，我意識(shí)到，盡管量子物理學(xué)是一門(mén)涉及范圍非常廣的學(xué)科，但是關(guān)于它的一本科普讀物不應(yīng)該試圖面面俱到。與其回答剛才那個(gè)問(wèn)題，我不如問(wèn)我自己，什么才是量子物理學(xué)中*博大精深的思想，同時(shí)這種思想是每一個(gè)人都能理解的？對(duì)于很多物理學(xué)家來(lái)說(shuō)，量子物理學(xué)*出色的方面是讓他們重新審視物質(zhì)世界*深層次、*基本的概念，也就是他們的科學(xué)世界觀。
量子物理學(xué)*重要的思想是：量子世界呈現(xiàn)出概率性，而這種概率性和我們的直覺(jué)思維是有沖突的。這個(gè)思想包含了下面兩個(gè)要點(diǎn)：
首先，物理世界的運(yùn)作方式并不像時(shí)鐘發(fā)條那樣精準(zhǔn)——就算我們用□□□的方法知道了物體現(xiàn)在的狀態(tài)，這并不能保證我們可以準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)它將來(lái)的狀態(tài)。將來(lái)可能發(fā)生的事并不是預(yù)先決定好的。我們可以談?wù)摰模皇腔虼蠡蛐〉母怕识选Ｍ恚猛昝赖姆椒ㄓ^察到的物體，它現(xiàn)在的狀態(tài)并不能使我們確切地得知它過(guò)去的狀態(tài)。這個(gè)要點(diǎn)看上去不足為奇，尤其是對(duì)一些復(fù)雜系統(tǒng)(比如人的行為)來(lái)說(shuō)，但是，量子物理學(xué)卻告訴我們，這個(gè)要點(diǎn)對(duì)*簡(jiǎn)單的物體(比如一個(gè)單電子)也適用。
其次，假設(shè)有一個(gè)隱藏的物體，在我們**次觀測(cè)到它的時(shí)候，我們的直覺(jué)思維是，在被觀察到的那一刻，它的外觀和表現(xiàn)就是它被觀察到之前的樣子。比如，你打開(kāi)一個(gè)禮物盒，看到一個(gè)小巧的綠寶石，那么，你會(huì)自然而然地認(rèn)為，在你打開(kāi)盒子之前，這顆寶石就是小小的、綠色的。但是，對(duì)于量子層面的物體，也就是當(dāng)我們?cè)噲D觀察和測(cè)量像電子這樣的基本粒子時(shí)，這樣的直覺(jué)思維式世界觀卻不再適用。
也許你會(huì)想，在觀測(cè)微小物體的性質(zhì)和表現(xiàn)時(shí)，直覺(jué)思維不可靠這一點(diǎn)也不奇怪，但是大多數(shù)物理學(xué)家卻覺(jué)得，如果你思考得更深入，那么你就會(huì)覺(jué)得這里面有很大的問(wèn)題。諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者默里·蓋爾曼（Murray GellMann）曾經(jīng)說(shuō)過(guò)：“量子力學(xué)的發(fā)現(xiàn)是人類(lèi)□□上*偉大的成就之一，但它同時(shí)也是人類(lèi)*難掌握的理論之一……它違反了我們的直覺(jué)思維——確切地說(shuō)，應(yīng)該是人類(lèi)的直覺(jué)思維是建立在忽略量子效應(yīng)的基礎(chǔ)上。”
這本書(shū)*主要的目的是幫助你深入思考和理解量子物理學(xué)的定位，從而你也可能感嘆，量子物理學(xué)的世界觀是多么反直覺(jué)，并且這個(gè)事實(shí)已經(jīng)一次又一次地被實(shí)驗(yàn)室里的各種實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。在2015年，當(dāng)我還在寫(xiě)這本書(shū)的時(shí)候，世界上3個(gè)不同的實(shí)驗(yàn)室分別獨(dú)立地完成了相似的實(shí)驗(yàn)，他們的結(jié)果**次完完全全地證實(shí)了：我們賴(lài)以生存的這個(gè)世界，與我們用直覺(jué)思維形成的、經(jīng)典物理學(xué)世界觀解釋的世界，是格格不入的。在經(jīng)典物理學(xué)世界觀里，我們用直覺(jué)思維認(rèn)定每一個(gè)基本粒子都具有確定的性質(zhì)和表現(xiàn)，這和它們是否或者如何被觀測(cè)到無(wú)關(guān)。《科學(xué)》雜志把這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)納入當(dāng)年的十大科學(xué)發(fā)現(xiàn)之一。這些科學(xué)實(shí)驗(yàn)徹底改□了我們的科學(xué)世界觀，在本書(shū)中我們將詳細(xì)探討它們。
科學(xué)世界觀的改□通常是和技術(shù)革命緊密聯(lián)系在一起的，這兩者互相扶持，形成了一個(gè)從發(fā)現(xiàn)到創(chuàng)造發(fā)明的反饋式循環(huán)，如農(nóng)業(yè)科技和人類(lèi)勞動(dòng)分工的出現(xiàn)，印刷術(shù)和文化的傳播，18世紀(jì)物理學(xué)和生產(chǎn)工業(yè)化，等等。在人類(lèi)探索了量子物理學(xué)100多年后的今天，一個(gè)新型技術(shù)分支正在冉冉升起，它就是：量子技術(shù)。這個(gè)新型技術(shù)基于我們?nèi)碌目茖W(xué)世界觀。雖然這個(gè)世界觀和直覺(jué)思維相反，科學(xué)家和工程師卻可以利用量子技術(shù)完成各種新型任務(wù)：無(wú)法破解的信息加密，超高精度的重力和加速度傳感器，能以指數(shù)級(jí)速度計(jì)算并給出問(wèn)題答案的、比目前任何計(jì)算機(jī)都要快的量子計(jì)算機(jī)，等等。
我寫(xiě)這本書(shū)的目的是用淺顯易懂的語(yǔ)言，盡全力讓一個(gè)沒(méi)有物理學(xué)基礎(chǔ)，但又充滿好奇心、具有恒心的讀者，在讀書(shū)的過(guò)程中，有能力去理解和遵循我們用來(lái)解釋量子理論正確性的邏輯思維。
量子物理學(xué) 目錄
1什么是量子物理學(xué)？
1什么是量子物理學(xué)？2
量子物理學(xué)怎樣影響著我們的日常生活？4
什么是物理學(xué)理論，以及什么是物理學(xué)課題？5
為什么當(dāng)我們談?wù)撐锢頃r(shí)會(huì)使用“模型”這個(gè)詞？7
為什么2015年是量子物理學(xué)特別成功的一年？8
為什么有些物體可以用經(jīng)典物理模型來(lái)描述，而有些卻
需要用量子物理模型來(lái)描述？10
什么是組成物理世界的*基本實(shí)體？12
光在經(jīng)典物理學(xué)和量子物理學(xué)中的描述有何不同？15
光探測(cè)的離散性具有什么物理意義？16
人們有可能制造出并且探測(cè)到單光子嗎？19
量子物理學(xué)是如何被發(fā)現(xiàn)的？21
電磁場(chǎng)具有量子本質(zhì)嗎？25
2量子測(cè)量以及測(cè)量產(chǎn)生的后果29
什么是經(jīng)典物理學(xué)中的“測(cè)量”？30
什么是光的偏振？31
我們?cè)鯓哟_定或者測(cè)量光的偏振？33
如果光包含有多種偏振，會(huì)發(fā)生什么？36
如果光是純偏振光，但偏振不在H或者V方向，
會(huì)發(fā)生什么？37
這些測(cè)量偏振的結(jié)果背后有什么物理意義？39
什么是光的相干性？它扮演了什么角色？41
我們可以測(cè)量單光子的偏振嗎？43
我們?nèi)绾沃苽淦裨谀骋惶囟ǚ较蛏系募兤駪B(tài)單光子？45
你可以通過(guò)量子測(cè)量來(lái)確定單光子的偏振態(tài)嗎？45
光的偏振態(tài)在經(jīng)典物理學(xué)和量子物理學(xué)中的區(qū)別是什么？46
我們?nèi)绾晤A(yù)測(cè)光偏振態(tài)測(cè)量中的概率？47
在量子領(lǐng)域中進(jìn)行測(cè)量到底是什么意思？51
什么是互補(bǔ)測(cè)量？52
為什么宏觀物體看上去具有確定的性質(zhì)，但組成它的
量子個(gè)體卻不具備這種確定性？54
什么是我們所指的物體的“態(tài)”？55
什么是量子態(tài)？56
鮑勃有可能在實(shí)驗(yàn)上確定愛(ài)麗絲制備的量子態(tài)嗎？58
鮑勃能復(fù)制(克隆)一個(gè)光子的量子態(tài)嗎？60
什么是量子相干性？61
什么是量子力學(xué)的指導(dǎo)性原則？61
量子力學(xué)到底描述了什么？63
3應(yīng)用量子數(shù)據(jù)加密65
人類(lèi)可以利用量子物理學(xué)來(lái)創(chuàng)造出絕對(duì)安全的通信網(wǎng)絡(luò)嗎？66
加密是如何使信息保密的？66
絕大部分的加密方法都能被破譯，這是真的嗎？67
有沒(méi)有一種無(wú)法破譯的加密方式？69
文本信息在二進(jìn)制編碼中如何顯示？70
文本信息是如何被二進(jìn)制密鑰加密和解密的？71
光子的偏振態(tài)是如何被用來(lái)創(chuàng)建安全密鑰的？71
量子密鑰分發(fā)是基于哪些物理學(xué)原理？73
量子密鑰分發(fā)的工作原理是什么？75
如果有竊聽(tīng)者，情況會(huì)怎樣？78
愛(ài)麗絲和鮑勃如何得知竊聽(tīng)者伊夫是否存在？80
如果伊夫一直存在怎么辦？81
伊夫有可能使用其他更好的竊聽(tīng)方式嗎？83
量子密鑰分發(fā)的研究現(xiàn)狀是什么？83
4量子行為85
在沒(méi)有被測(cè)量的情況下，量子物體的行為是什么？86
電子和彈珠的行為有什么區(qū)別？86
為什么電子總是落到山羊上？88
如果我們改□設(shè)置，結(jié)果會(huì)怎么樣呢？89
如果我們擋住一條路徑，會(huì)發(fā)生什么？90
到目前為止，我們可以得出什么結(jié)論？91
我們可以測(cè)量電子運(yùn)動(dòng)的路徑嗎？92
為什么我們不能把同樣的邏輯用在彈珠上呢？93
什么是共軛表現(xiàn)？94
有沒(méi)有其他共軛過(guò)程的例子來(lái)說(shuō)明主要論點(diǎn)？96
一個(gè)過(guò)程如果是共軛的，會(huì)有哪些進(jìn)一步的后果？97
在雙路徑實(shí)驗(yàn)里，物質(zhì)的表現(xiàn)可不可以和光子的表現(xiàn)相同？100
光子的表現(xiàn)會(huì)不會(huì)偶爾符合經(jīng)典概率論？102
我們?nèi)绾伟焉鲜龅挠懻摽偨Y(jié)為一個(gè)物理學(xué)原理？103
在量子物理學(xué)中，什么是一次測(cè)量？104
一個(gè)量子物體可以同時(shí)出現(xiàn)在兩個(gè)地點(diǎn)嗎？104
量子密鑰分發(fā)是如何利用共軛過(guò)程這個(gè)概念的？105
量子理論如何描述具有兩種可能性的態(tài)？106
量子理論是如何描述一個(gè)擁有兩條可通過(guò)路徑的電子的？106
狀態(tài)箭頭可以用來(lái)代表宏觀物體的“態(tài)”嗎？109
結(jié)果的概率和量子可能性是如何聯(lián)系在一起的？109
一個(gè)電子是如何被“分離”進(jìn)入兩條路徑的？110
當(dāng)路徑干涉出現(xiàn)時(shí)，如何使用狀態(tài)箭頭來(lái)計(jì)算概率？111
如果我們更改其中一條路徑，會(huì)發(fā)生什么？113
我們?cè)鯓影焉厦娴南敕ǹ偨Y(jié)成一個(gè)指導(dǎo)性原則？114
如果我們進(jìn)一步改□路徑長(zhǎng)度，結(jié)果會(huì)怎樣呢？114
從上面的實(shí)驗(yàn)中我們能否推導(dǎo)出一個(gè)普適性原則？118
本章的結(jié)束語(yǔ)是什么？120
5應(yīng)用方面——用量子干涉感應(yīng)重力123
什么是感應(yīng)技術(shù)？124
感應(yīng)引力強(qiáng)度有什么用途？125
怎樣利用量子物理學(xué)來(lái)感應(yīng)引力？126
本章的引力干涉儀和前一章的電子干涉儀有什么不同？129
中子干涉儀是一個(gè)有實(shí)際意義的引力感應(yīng)器嗎？129
6量子概率和波動(dòng)性131
波這個(gè)概念是如何被引入量子理論的？132
什么是波？132
什么是波干涉？134
什么是量子概率波？135
psi波函數(shù)是如何掌控其內(nèi)部時(shí)序的？137
是什么決定了粒子內(nèi)部時(shí)鐘的循環(huán)時(shí)間或者頻率？138
我們?nèi)绾伟烟岢龅闹笇?dǎo)性原則結(jié)合成一個(gè)有條理的
量子理論？140
什么是動(dòng)量，以及什么可以改□動(dòng)量？141
什么是能量？143
薛定諤方程是怎樣描述量子物體在時(shí)空中的運(yùn)動(dòng)過(guò)程的？144
量子概率波是怎樣和概率聯(lián)系在一起的？146
能否舉一個(gè)薛定諤方程在應(yīng)用中的實(shí)例？147
一個(gè)量子粒子是如何穿過(guò)0概率區(qū)域的？149
什么是海森堡不確定性原理？150
電子既是粒子又是波的說(shuō)法正確嗎？153
7里程碑和三岔路口155
當(dāng)你來(lái)到三岔路口時(shí)，你應(yīng)該做什么？156
迄今為止，我們有哪些重要的里程碑？157
8定域?qū)嵲谡摰慕K結(jié)和貝爾測(cè)試163
物理實(shí)驗(yàn)可以探究“實(shí)在論”的本質(zhì)嗎？164
什么是相關(guān)性？它告訴了我們什么？165
能否舉一個(gè)有關(guān)相關(guān)性屬性的例子？166
能否舉一個(gè)有關(guān)相關(guān)性表現(xiàn)的例子？167
相關(guān)性是如何被計(jì)量的？168
經(jīng)典相關(guān)性和量子相關(guān)性的區(qū)別是什么？172
什么是實(shí)在論，以及我們?nèi)绾卧趯?shí)驗(yàn)里測(cè)試它？173
如何為測(cè)試實(shí)在論做好準(zhǔn)備？175
如果我們只能進(jìn)行部分測(cè)量，那會(huì)怎么樣呢？178
怎樣阻止實(shí)驗(yàn)雙方之間互通信息？181
什么是定域?qū)嵲谡摚?83
什么樣的實(shí)驗(yàn)可以推翻定域?qū)嵲谡摚?83
對(duì)于原子中釋放的光子對(duì)，是不是任何量子態(tài)都能
產(chǎn)生上述結(jié)果？191
在上述討論中，是否有任何漏洞或者瑕疵？192
什么樣的實(shí)驗(yàn)克服了潛在的瑕疵？193
約翰·貝爾對(duì)于這樣的實(shí)驗(yàn)結(jié)果做出了什么評(píng)價(jià)？193
定域?qū)嵲谡撨@一觀點(diǎn)的崩塌意味著我們必須放棄經(jīng)典
直覺(jué)和經(jīng)典物理學(xué)嗎？195
我們應(yīng)該放棄定域因果原則或者實(shí)在論嗎？
或者兩者都放棄？195
9量子糾纏和隱形傳態(tài)197
什么是量子糾纏？198
我們?nèi)绾伪硎疽粋(gè)復(fù)合體的量子態(tài)？199
我們?nèi)绾伪硎竟庾訉?duì)的量子糾纏態(tài)？201
我們?nèi)绾沃苽涮幱谪悹柤m纏態(tài)的光子對(duì)？203
貝爾糾纏態(tài)是如何違背定域?qū)嵲谡摰模?04
關(guān)于一個(gè)量子組合體的組成部分，哪些是你可以知道的？206
在實(shí)際情況中，知道了關(guān)于量子組合體所能知道的
一切將意味著什么？207
什么是我們利用量子糾纏可以做到，而沒(méi)有量子糾纏
就做不到的？209
量子糾纏是怎樣使量子態(tài)的隱形傳送□為可能的？210
在愛(ài)麗絲那里發(fā)生的事會(huì)影響鮑勃那邊嗎？213
量子態(tài)的隱形傳送是瞬時(shí)的嗎？214
人類(lèi)可以被隱形傳送嗎？215
量子態(tài)的隱形傳送有什么用？216
10應(yīng)用——量子計(jì)算217
信息是有形的嗎？218
什么是計(jì)算機(jī)？218
計(jì)算機(jī)是怎么工作的？220
單個(gè)邏輯門(mén)可以有多小？223
我們可以創(chuàng)造出使用內(nèi)在量子表現(xiàn)的計(jì)算機(jī)嗎？224
什么是量子比特？225
哪個(gè)物理原理區(qū)分了經(jīng)典計(jì)算機(jī)和量子計(jì)算機(jī)？226
量子計(jì)算機(jī)會(huì)使用哪些邏輯門(mén)？227
我們將如何操作量子計(jì)算機(jī)？231
為什么質(zhì)因數(shù)分解很難？234
量子計(jì)算機(jī)如何解決質(zhì)因數(shù)問(wèn)題？237
量子計(jì)算機(jī)還能解決計(jì)算機(jī)科學(xué)中的其他難題嗎？239
量子計(jì)算機(jī)可以解決哪些物理和化學(xué)難題？241
為什么制造量子計(jì)算機(jī)如此艱難？244
制造量子計(jì)算機(jī)的前景如何？245
用哪些方法有希望制造出量子計(jì)算機(jī)？246
11能量量子化和原子249
什么是能量量子化？250
為什么當(dāng)一個(gè)粒子受到約束時(shí)，能量會(huì)被量子化？250
在一個(gè)原子中，電子的能量是如何量子化的？253
為什么電子不會(huì)停留在勢(shì)阱的底部？256
原子如何吸收光波？257
一個(gè)原子如何輻射出光？260
經(jīng)典物理學(xué)理論中電子圍繞原子核進(jìn)行軌道運(yùn)動(dòng)的說(shuō)法，
在量子物理學(xué)理論中□成了什么？260
環(huán)形psi波函數(shù)和量子尺有什么關(guān)系？262
電子的psi波函數(shù)在三維空間是什么樣的？262
12應(yīng)用——利用量子技術(shù)感應(yīng)時(shí)間、位移和引力265
什么是基于量子物理學(xué)的感應(yīng)技術(shù)？266
什么是時(shí)間的科學(xué)定義？266
什么是時(shí)鐘？267
我們?cè)鯓硬拍苤圃斐鐾耆嗤臅r(shí)鐘？268
為什么基本量子體可以被制成□□□的時(shí)鐘？269
為什么先進(jìn)的時(shí)鐘技術(shù)非常重要？270
目前的原子鐘有多精確？272
原子鐘的基本工作原理是什么？273
□□進(jìn)的原子鐘是如何工作的？275
什么是慣性傳感器？278
什么是加速度計(jì)？279
常規(guī)加速度計(jì)是怎么工作的？280
加速度計(jì)有什么用途？281
什么是重力儀？它的用途是什么？282
常規(guī)重力儀如何工作？282
**臺(tái)量子重力儀是如何工作的？284
高級(jí)量子重力儀如何工作？285
原子干涉儀可以探測(cè)到引力波嗎？288
13量子場(chǎng)和它的激發(fā)子291
什么是經(jīng)典物理學(xué)中的粒子和場(chǎng)？292
統(tǒng)一了粒子和場(chǎng)這兩個(gè)概念的量子物理學(xué)原理是什么？294
如果我們測(cè)量一個(gè)量子場(chǎng)，會(huì)發(fā)生什么？296
網(wǎng)格的量子理論如何被應(yīng)用到光波上？298
什么是量子場(chǎng)？300
什么是光子？301
粒子和場(chǎng)是同一種事物的不同形態(tài)嗎？302
場(chǎng)和粒子的統(tǒng)一也適用于電子上嗎？302
為什么我們看不到普通物體的出現(xiàn)和消失？304
宇宙是由什么組成的？305
什么是真空？305
基本粒子是怎樣獲得質(zhì)量的？307
還有其他事實(shí)為量子場(chǎng)的存在提供證據(jù)嗎？309
對(duì)量子場(chǎng)的理解解開(kāi)了貝爾關(guān)系式的謎團(tuán)嗎？311
對(duì)量子場(chǎng)的理解解開(kāi)了量子測(cè)量的謎團(tuán)嗎？312
為什么關(guān)于量子場(chǎng)的討論被推遲到接近本書(shū)的結(jié)尾處？313
14有待解決的問(wèn)題和爭(zhēng)議315
關(guān)于量子物理學(xué)，有哪些是我們不知道的？316
什么樣的自然界是量子理論試圖告訴我們的？317
量子理論很明顯的一個(gè)問(wèn)題是什么？318
量子糾纏態(tài)是如何更新的？321
海森堡的觀點(diǎn)解決了“測(cè)量難題”嗎？323
退相干有什么用？327
“從實(shí)際情況出發(fā)”，足夠嗎？328
量子概率是私有的嗎？330
這一切都在我的腦海里嗎？334
相干性萬(wàn)歲？336
為什么貝爾關(guān)系式會(huì)出現(xiàn)？341
本書(shū)的意義是什么？342
注釋345
1什么是量子物理學(xué)？2
量子物理學(xué)怎樣影響著我們的日常生活？4
什么是物理學(xué)理論，以及什么是物理學(xué)課題？5
為什么當(dāng)我們談?wù)撐锢頃r(shí)會(huì)使用“模型”這個(gè)詞？7
為什么2015年是量子物理學(xué)特別成功的一年？8
為什么有些物體可以用經(jīng)典物理模型來(lái)描述，而有些卻
需要用量子物理模型來(lái)描述？10
什么是組成物理世界的*基本實(shí)體？12
光在經(jīng)典物理學(xué)和量子物理學(xué)中的描述有何不同？15
光探測(cè)的離散性具有什么物理意義？16
人們有可能制造出并且探測(cè)到單光子嗎？19
量子物理學(xué)是如何被發(fā)現(xiàn)的？21
電磁場(chǎng)具有量子本質(zhì)嗎？25
2量子測(cè)量以及測(cè)量產(chǎn)生的后果29
什么是經(jīng)典物理學(xué)中的“測(cè)量”？30
什么是光的偏振？31
我們?cè)鯓哟_定或者測(cè)量光的偏振？33
如果光包含有多種偏振，會(huì)發(fā)生什么？36
如果光是純偏振光，但偏振不在H或者V方向，
會(huì)發(fā)生什么？37
這些測(cè)量偏振的結(jié)果背后有什么物理意義？39
什么是光的相干性？它扮演了什么角色？41
我們可以測(cè)量單光子的偏振嗎？43
我們?nèi)绾沃苽淦裨谀骋惶囟ǚ较蛏系募兤駪B(tài)單光子？45
你可以通過(guò)量子測(cè)量來(lái)確定單光子的偏振態(tài)嗎？45
光的偏振態(tài)在經(jīng)典物理學(xué)和量子物理學(xué)中的區(qū)別是什么？46
我們?nèi)绾晤A(yù)測(cè)光偏振態(tài)測(cè)量中的概率？47
在量子領(lǐng)域中進(jìn)行測(cè)量到底是什么意思？51
什么是互補(bǔ)測(cè)量？52
為什么宏觀物體看上去具有確定的性質(zhì)，但組成它的
量子個(gè)體卻不具備這種確定性？54
什么是我們所指的物體的“態(tài)”？55
什么是量子態(tài)？56
鮑勃有可能在實(shí)驗(yàn)上確定愛(ài)麗絲制備的量子態(tài)嗎？58
鮑勃能復(fù)制(克隆)一個(gè)光子的量子態(tài)嗎？60
什么是量子相干性？61
什么是量子力學(xué)的指導(dǎo)性原則？61
量子力學(xué)到底描述了什么？63
3應(yīng)用量子數(shù)據(jù)加密65
人類(lèi)可以利用量子物理學(xué)來(lái)創(chuàng)造出絕對(duì)安全的通信網(wǎng)絡(luò)嗎？66
加密是如何使信息保密的？66
絕大部分的加密方法都能被破譯，這是真的嗎？67
有沒(méi)有一種無(wú)法破譯的加密方式？69
文本信息在二進(jìn)制編碼中如何顯示？70
文本信息是如何被二進(jìn)制密鑰加密和解密的？71
光子的偏振態(tài)是如何被用來(lái)創(chuàng)建安全密鑰的？71
量子密鑰分發(fā)是基于哪些物理學(xué)原理？73
量子密鑰分發(fā)的工作原理是什么？75
如果有竊聽(tīng)者，情況會(huì)怎樣？78
愛(ài)麗絲和鮑勃如何得知竊聽(tīng)者伊夫是否存在？80
如果伊夫一直存在怎么辦？81
伊夫有可能使用其他更好的竊聽(tīng)方式嗎？83
量子密鑰分發(fā)的研究現(xiàn)狀是什么？83
4量子行為85
在沒(méi)有被測(cè)量的情況下，量子物體的行為是什么？86
電子和彈珠的行為有什么區(qū)別？86
為什么電子總是落到山羊上？88
如果我們改□設(shè)置，結(jié)果會(huì)怎么樣呢？89
如果我們擋住一條路徑，會(huì)發(fā)生什么？90
到目前為止，我們可以得出什么結(jié)論？91
我們可以測(cè)量電子運(yùn)動(dòng)的路徑嗎？92
為什么我們不能把同樣的邏輯用在彈珠上呢？93
什么是共軛表現(xiàn)？94
有沒(méi)有其他共軛過(guò)程的例子來(lái)說(shuō)明主要論點(diǎn)？96
一個(gè)過(guò)程如果是共軛的，會(huì)有哪些進(jìn)一步的后果？97
在雙路徑實(shí)驗(yàn)里，物質(zhì)的表現(xiàn)可不可以和光子的表現(xiàn)相同？100
光子的表現(xiàn)會(huì)不會(huì)偶爾符合經(jīng)典概率論？102
我們?nèi)绾伟焉鲜龅挠懻摽偨Y(jié)為一個(gè)物理學(xué)原理？103
在量子物理學(xué)中，什么是一次測(cè)量？104
一個(gè)量子物體可以同時(shí)出現(xiàn)在兩個(gè)地點(diǎn)嗎？104
量子密鑰分發(fā)是如何利用共軛過(guò)程這個(gè)概念的？105
量子理論如何描述具有兩種可能性的態(tài)？106
量子理論是如何描述一個(gè)擁有兩條可通過(guò)路徑的電子的？106
狀態(tài)箭頭可以用來(lái)代表宏觀物體的“態(tài)”嗎？109
結(jié)果的概率和量子可能性是如何聯(lián)系在一起的？109
一個(gè)電子是如何被“分離”進(jìn)入兩條路徑的？110
當(dāng)路徑干涉出現(xiàn)時(shí)，如何使用狀態(tài)箭頭來(lái)計(jì)算概率？111
如果我們更改其中一條路徑，會(huì)發(fā)生什么？113
我們?cè)鯓影焉厦娴南敕ǹ偨Y(jié)成一個(gè)指導(dǎo)性原則？114
如果我們進(jìn)一步改□路徑長(zhǎng)度，結(jié)果會(huì)怎樣呢？114
從上面的實(shí)驗(yàn)中我們能否推導(dǎo)出一個(gè)普適性原則？118
本章的結(jié)束語(yǔ)是什么？120
5應(yīng)用方面——用量子干涉感應(yīng)重力123
什么是感應(yīng)技術(shù)？124
感應(yīng)引力強(qiáng)度有什么用途？125
怎樣利用量子物理學(xué)來(lái)感應(yīng)引力？126
本章的引力干涉儀和前一章的電子干涉儀有什么不同？129
中子干涉儀是一個(gè)有實(shí)際意義的引力感應(yīng)器嗎？129
6量子概率和波動(dòng)性131
波這個(gè)概念是如何被引入量子理論的？132
什么是波？132
什么是波干涉？134
什么是量子概率波？135
psi波函數(shù)是如何掌控其內(nèi)部時(shí)序的？137
是什么決定了粒子內(nèi)部時(shí)鐘的循環(huán)時(shí)間或者頻率？138
我們?nèi)绾伟烟岢龅闹笇?dǎo)性原則結(jié)合成一個(gè)有條理的
量子理論？140
什么是動(dòng)量，以及什么可以改□動(dòng)量？141
什么是能量？143
薛定諤方程是怎樣描述量子物體在時(shí)空中的運(yùn)動(dòng)過(guò)程的？144
量子概率波是怎樣和概率聯(lián)系在一起的？146
能否舉一個(gè)薛定諤方程在應(yīng)用中的實(shí)例？147
一個(gè)量子粒子是如何穿過(guò)0概率區(qū)域的？149
什么是海森堡不確定性原理？150
電子既是粒子又是波的說(shuō)法正確嗎？153
7里程碑和三岔路口155
當(dāng)你來(lái)到三岔路口時(shí)，你應(yīng)該做什么？156
迄今為止，我們有哪些重要的里程碑？157
8定域?qū)嵲谡摰慕K結(jié)和貝爾測(cè)試163
物理實(shí)驗(yàn)可以探究“實(shí)在論”的本質(zhì)嗎？164
什么是相關(guān)性？它告訴了我們什么？165
能否舉一個(gè)有關(guān)相關(guān)性屬性的例子？166
能否舉一個(gè)有關(guān)相關(guān)性表現(xiàn)的例子？167
相關(guān)性是如何被計(jì)量的？168
經(jīng)典相關(guān)性和量子相關(guān)性的區(qū)別是什么？172
什么是實(shí)在論，以及我們?nèi)绾卧趯?shí)驗(yàn)里測(cè)試它？173
如何為測(cè)試實(shí)在論做好準(zhǔn)備？175
如果我們只能進(jìn)行部分測(cè)量，那會(huì)怎么樣呢？178
怎樣阻止實(shí)驗(yàn)雙方之間互通信息？181
什么是定域?qū)嵲谡摚?83
什么樣的實(shí)驗(yàn)可以推翻定域?qū)嵲谡摚?83
對(duì)于原子中釋放的光子對(duì)，是不是任何量子態(tài)都能
產(chǎn)生上述結(jié)果？191
在上述討論中，是否有任何漏洞或者瑕疵？192
什么樣的實(shí)驗(yàn)克服了潛在的瑕疵？193
約翰·貝爾對(duì)于這樣的實(shí)驗(yàn)結(jié)果做出了什么評(píng)價(jià)？193
定域?qū)嵲谡撨@一觀點(diǎn)的崩塌意味著我們必須放棄經(jīng)典
直覺(jué)和經(jīng)典物理學(xué)嗎？195
我們應(yīng)該放棄定域因果原則或者實(shí)在論嗎？
或者兩者都放棄？195
9量子糾纏和隱形傳態(tài)197
什么是量子糾纏？198
我們?nèi)绾伪硎疽粋(gè)復(fù)合體的量子態(tài)？199
我們?nèi)绾伪硎竟庾訉?duì)的量子糾纏態(tài)？201
我們?nèi)绾沃苽涮幱谪悹柤m纏態(tài)的光子對(duì)？203
貝爾糾纏態(tài)是如何違背定域?qū)嵲谡摰模?04
關(guān)于一個(gè)量子組合體的組成部分，哪些是你可以知道的？206
在實(shí)際情況中，知道了關(guān)于量子組合體所能知道的
一切將意味著什么？207
什么是我們利用量子糾纏可以做到，而沒(méi)有量子糾纏
就做不到的？209
量子糾纏是怎樣使量子態(tài)的隱形傳送□為可能的？210
在愛(ài)麗絲那里發(fā)生的事會(huì)影響鮑勃那邊嗎？213
量子態(tài)的隱形傳送是瞬時(shí)的嗎？214
人類(lèi)可以被隱形傳送嗎？215
量子態(tài)的隱形傳送有什么用？216
10應(yīng)用——量子計(jì)算217
信息是有形的嗎？218
什么是計(jì)算機(jī)？218
計(jì)算機(jī)是怎么工作的？220
單個(gè)邏輯門(mén)可以有多小？223
我們可以創(chuàng)造出使用內(nèi)在量子表現(xiàn)的計(jì)算機(jī)嗎？224
什么是量子比特？225
哪個(gè)物理原理區(qū)分了經(jīng)典計(jì)算機(jī)和量子計(jì)算機(jī)？226
量子計(jì)算機(jī)會(huì)使用哪些邏輯門(mén)？227
我們將如何操作量子計(jì)算機(jī)？231
為什么質(zhì)因數(shù)分解很難？234
量子計(jì)算機(jī)如何解決質(zhì)因數(shù)問(wèn)題？237
量子計(jì)算機(jī)還能解決計(jì)算機(jī)科學(xué)中的其他難題嗎？239
量子計(jì)算機(jī)可以解決哪些物理和化學(xué)難題？241
為什么制造量子計(jì)算機(jī)如此艱難？244
制造量子計(jì)算機(jī)的前景如何？245
用哪些方法有希望制造出量子計(jì)算機(jī)？246
11能量量子化和原子249
什么是能量量子化？250
為什么當(dāng)一個(gè)粒子受到約束時(shí)，能量會(huì)被量子化？250
在一個(gè)原子中，電子的能量是如何量子化的？253
為什么電子不會(huì)停留在勢(shì)阱的底部？256
原子如何吸收光波？257
一個(gè)原子如何輻射出光？260
經(jīng)典物理學(xué)理論中電子圍繞原子核進(jìn)行軌道運(yùn)動(dòng)的說(shuō)法，
在量子物理學(xué)理論中□成了什么？260
環(huán)形psi波函數(shù)和量子尺有什么關(guān)系？262
電子的psi波函數(shù)在三維空間是什么樣的？262
12應(yīng)用——利用量子技術(shù)感應(yīng)時(shí)間、位移和引力265
什么是基于量子物理學(xué)的感應(yīng)技術(shù)？266
什么是時(shí)間的科學(xué)定義？266
什么是時(shí)鐘？267
我們?cè)鯓硬拍苤圃斐鐾耆嗤臅r(shí)鐘？268
為什么基本量子體可以被制成□□□的時(shí)鐘？269
為什么先進(jìn)的時(shí)鐘技術(shù)非常重要？270
目前的原子鐘有多精確？272
原子鐘的基本工作原理是什么？273
□□進(jìn)的原子鐘是如何工作的？275
什么是慣性傳感器？278
什么是加速度計(jì)？279
常規(guī)加速度計(jì)是怎么工作的？280
加速度計(jì)有什么用途？281
什么是重力儀？它的用途是什么？282
常規(guī)重力儀如何工作？282
**臺(tái)量子重力儀是如何工作的？284
高級(jí)量子重力儀如何工作？285
原子干涉儀可以探測(cè)到引力波嗎？288
13量子場(chǎng)和它的激發(fā)子291
什么是經(jīng)典物理學(xué)中的粒子和場(chǎng)？292
統(tǒng)一了粒子和場(chǎng)這兩個(gè)概念的量子物理學(xué)原理是什么？294
如果我們測(cè)量一個(gè)量子場(chǎng)，會(huì)發(fā)生什么？296
網(wǎng)格的量子理論如何被應(yīng)用到光波上？298
什么是量子場(chǎng)？300
什么是光子？301
粒子和場(chǎng)是同一種事物的不同形態(tài)嗎？302
場(chǎng)和粒子的統(tǒng)一也適用于電子上嗎？302
為什么我們看不到普通物體的出現(xiàn)和消失？304
宇宙是由什么組成的？305
什么是真空？305
基本粒子是怎樣獲得質(zhì)量的？307
還有其他事實(shí)為量子場(chǎng)的存在提供證據(jù)嗎？309
對(duì)量子場(chǎng)的理解解開(kāi)了貝爾關(guān)系式的謎團(tuán)嗎？311
對(duì)量子場(chǎng)的理解解開(kāi)了量子測(cè)量的謎團(tuán)嗎？312
為什么關(guān)于量子場(chǎng)的討論被推遲到接近本書(shū)的結(jié)尾處？313
14有待解決的問(wèn)題和爭(zhēng)議315
關(guān)于量子物理學(xué)，有哪些是我們不知道的？316
什么樣的自然界是量子理論試圖告訴我們的？317
量子理論很明顯的一個(gè)問(wèn)題是什么？318
量子糾纏態(tài)是如何更新的？321
海森堡的觀點(diǎn)解決了“測(cè)量難題”嗎？323
退相干有什么用？327
“從實(shí)際情況出發(fā)”，足夠嗎？328
量子概率是私有的嗎？330
這一切都在我的腦海里嗎？334
相干性萬(wàn)歲？336
為什么貝爾關(guān)系式會(huì)出現(xiàn)？341
本書(shū)的意義是什么？342
注釋345
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量子物理學(xué) 相關(guān)資料
量子物理學(xué)給現(xiàn)代社會(huì)帶來(lái)了一場(chǎng)革命，但它的預(yù)言常和我們的直覺(jué)背道而馳。雷默教授是當(dāng)代量子物理學(xué)的領(lǐng)頭人之一。他深入淺出地闡述了量子物理學(xué)的基本原理，并向大眾介紹其廣泛的應(yīng)用。這本通俗易懂的科普書(shū)引人入勝，是沒(méi)有物理背景的讀者的最佳選擇。
——曹蕙
美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院士
量子是一個(gè)當(dāng)下很時(shí)髦的詞（概念）并被冠以許多“神奇”的功能。那么，量子到底是什么呢？它能做什么又不能做什么?雷默教授是量子物理領(lǐng)域的頂*學(xué)者，在這本書(shū)里以通俗易懂、專(zhuān)業(yè)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)恼Z(yǔ)言帶我們遨游奇妙的量子世界，為普通人揭開(kāi)量子神秘的面紗。
——區(qū)澤宇
中國(guó)香港城市大學(xué)講座教授
美國(guó)物理學(xué)會(huì)會(huì)士、美國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì)會(huì)士
量子物理學(xué)的作用：我們也許不能完全理解它，但我們至少可以開(kāi)始理解它，并看到它將如何在我們的生活中得到越來(lái)越多的應(yīng)用。本書(shū)可以很好地幫助我們理解量子物理學(xué)。
——Jonathan Cowie
Science Fact & Science Fiction Concatenation
量子物理學(xué) 作者簡(jiǎn)介
[美]邁克爾·G.雷默（Michael G. Raymer），美國(guó)物理學(xué)會(huì)會(huì)士，美國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì)會(huì)士，美國(guó)俄勒岡大學(xué)物理學(xué)教授。主要研究方向?yàn)榱孔恿W(xué)、量子信息科學(xué)、非線性光學(xué)和激光物理。曾擔(dān)任《物理□□快報(bào)》(Physical Review Letters）和《現(xiàn)代光學(xué)雜志》(Journal of Modern Optics）編委會(huì)成員。
譯者
吳純白，激光物理專(zhuān)家，美國(guó)俄勒岡大學(xué)物理學(xué)博士，致力于量子和非線性光學(xué)的研究。現(xiàn)就職于德國(guó)大陸集團(tuán)（Continental AG）汽車(chē)事業(yè)部，擔(dān)任高級(jí)資深光學(xué)工程師。曾在《物理□□快報(bào)》、《美國(guó)光學(xué)學(xué)會(huì)期刊》（Journal of the Optical Society of America）等雜志上發(fā)表過(guò)多篇論文，并獲美國(guó)專(zhuān)利。博士生導(dǎo)師為本書(shū)作者邁克爾 · G.雷默。
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