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理論最小值:量子力學 版權信息
- ISBN：9787572251603
- 條形碼：9787572251603 ; 978-7-5722-5160-3
- 裝幀：簡裝本
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
理論最小值:量子力學 本書特色
l 弦論之父萊昂納德·薩斯坎德量子力學入門級經典之作。
l 關于愛因斯坦和玻爾的世紀論戰，提出了不同的看法。10講內容清晰揭示量子力學的根本，幫助讀者輕松入門。
l 美國國家科學院院士肖恩·卡羅爾推薦之作、《自然》《出版人周刊》等媒體盛贊之作。
l 湛廬文化出品。
理論最小值:量子力學 內容簡介
很多人認為量子力學復雜而神秘。比如，“我了解一輛車子的全部狀況，卻無法說出其中任何一部分的細節”這種反直覺的描述，在量子力學的語境下是接近成立的。量子力學研究的是微觀粒子的運動規律，它比經典力學更為基礎和普遍。量子力學推動了現代科技的進步。因此，了解量子力學，能夠幫助我們更好地理解現實世界。但對于人類來說，微觀粒子無法直接感知，因此學習起來困難重重。弦論之父、斯坦福大學教授萊昂納德·薩斯坎德，數十年來致力于為大眾科普物理學知識。他的“理論*小值”系列圖書一經出版便廣受好評，成為廣大師生推崇的學習資料。在本書中，他通過10講內容，清晰地解答了什么是量子糾纏、信息的傳播速度能否超過光速、量子系統中是否存在“蝴蝶效應”、微觀粒子是否擁有無數種狀態等復雜又吸引人的問題，幫助讀者輕松掌握量子力學。
理論最小值:量子力學 目錄
作者序1 神奇的量子力學
作者序2 從美麗走向矚目
前言 咱們希爾伯特之地見
引言 是時候應用全新的思考邏輯了
第1講 系統與實驗
第2講 量子態
第3講 量子力學基本原理
第4講 時間與變化
第5講 不確定性與時間依賴
第6講 復合系統：糾纏
第7講 量子糾纏進階
第8講 粒子和波函數
第9講 粒子動力學
第10講 諧振子
附錄
展開全部
理論最小值:量子力學 節選
第1講 系統與實驗
自旋與量子比特
粒子物理學中引入了“自旋”（spin）這一概念。除了空間中的位置，粒子還有其他屬性，比如，它們可以帶電，也可以不帶電；可以有質量，也可以沒有。一個電子當然不同于一個夸克或者一個中微子。但即便是同類型的粒子，只用位置并不能描述它的全部信息。還是來說說電子吧，電子擁有一個額外的自由度，被稱作自旋。從*樸素的角度來說，自旋可以圖像化為一個帶指向的小箭頭，但這個樸素圖像過于經典，無法精確地表現真實的情況。電子的自旋大概是*具量子力學味道的物理系統了，對它進行的任何經典力學圖像化的嘗試都將不得要領。
我們可以抽象出自旋這一思想，然后忘掉它原本是附著在電子上的，量子自旋本身就是一個值得研究的系統。實際上，這個從電子身上剝離下來的量子自旋，正是*簡單又*具特色的量子系統。
孤立的量子自旋正好給出了一類簡單系統的例子，我們稱之為量子比特（qubit），它在量子世界中扮演的角色恰如計算機中用來定義狀態的邏輯比特。很多系統，甚至可能是所有系統，都能通過量子比特的組合方式來構造。因此在學習它的時候，我們同時也在學習更多量子比特之外的內容。
實驗，以及不斷重復
讓我們用盡可能簡單的例子來具體化這一思想。在《理論*小值：經典力學》的第 1 講中，我們的討論始于一個非常簡單的確定性系統：一枚硬幣，它只能顯示正（H）或反（T）兩個面。我們稱其為帶有H和T兩個態的雙態系統，或者比特。更加形式化地，我們引入一個“自由度”σ，它可以取兩個值：+1和-1。H態可以表示為：
σ = + 1
而 T 態則可以表示為：
σ = -1
在經典力學中，這就是態空間的全部內容。系統要么處于態σ = + 1，要么處于態σ = -1，不會處于兩者之間。在量子力學里，我們認為這樣的系統是一個量子比特。
《理論*小值：經典力學》也討論了一些簡單的演化定律，它告訴我們態如何從一個時刻變化到另一個時刻。*簡單的定律就是沒有任何變化，如果我們從某個離散的時刻n
進行到下一個時刻 n+1，演化的規律可以寫作：
σ (n + 1) = σ (n) （1-1）
現在讓我們挖出在《理論*小值：經典力學》中未被關注的隱藏假設：一次實驗中涉及的東西超出被研究的系統本身，還包括了用于測量的儀器 和測量結果的記錄。對于雙態系統來說，儀器會和（自旋）系統相互作用，并記錄σ的值。把儀器想象成一個黑箱，黑箱有一個用來顯示測量結果的窗口，外邊還有一個向上的箭頭。向上的箭頭很重要，它表示了儀器自己在空間中的指向，而這個指向將會影響測量結果。我們先讓它指向z軸方向（如圖1-1 所示）。
初始時，我們并不知道是σ = +1還是σ = -1，我們的目的就是做一個實驗來找到σ的取值。
在儀器和自旋發生相互作用之前，窗口是空白的（在圖中標記為問號），當對σ進行了測量之后，窗口顯示出+1或者-1。通過讀取儀器，我們就能測量出σ的數值。這一整套過程就構成了一個用于測量σ的非常簡單的實驗。
現在我們已經測量過一次σ了，然后把儀器重置到初態，而不去擾動自旋，再次測量σ的數值。假設演化定律遵從公式1-1，我們應該得到和**次相同的結果。如果之前為σ = +1，第二次還是σ = +1；反之都是σ = -1。無論重復多少次測量，結果都將是一樣的。這是件好事，因為可以用這種方法來確認實驗的結果。換句話說就是：與儀器的**次相互作用把系統制備到了兩個態中的一個，后續的實驗則確認了這個態。到目前為止，經典物理學和量子力學之間還沒有差別。
接下來讓我們玩點新東西。在使用儀器 測量自旋也就是制備好系統之后，我們將儀器倒置，再次測量σ（如圖1-2所示）。如果原先制備的是σ=+1，我們會發現倒置的儀器測量的結果是σ =-1。類似地，如果原先是σ = -1，倒置的儀器記錄的是σ = +1。換句話說就是，倒置儀器使得σ =+1和σ = -1 發生對換。根據這些結果，我們可以得出結論：σ是一個與空間方向相關的自由度。舉例思考，假如σ是某種帶指向的矢量，那么我們很自然地期待倒置儀器會得到一個相反的讀數。有一個簡單的解釋是：儀器所測量的正是矢量在該儀器內嵌方向軸上的分量。但這樣的解釋在所有的情況下都說得通嗎？
如果我們認定自旋是一個矢量，那我們就可以很自然地使用三個分量σx 、σy和σz來描述它。當把儀器指向上方時，我們就是在測量σz 。
到目前為止，量子力學和經典力學之間還沒有差別。只有當我們把儀器轉動到某個任意的角度時差別才出現，比如弧度 π/2（90°）。儀器在開始時指向上方（向上箭頭指向z軸方向），自旋被制備到σ =+1。接著轉動儀器 使得向上箭頭指向x軸方向（如圖1-3所示），這自然是在測量自旋的x分量σx。
如果σ真的代表一個矢量在向上方向上的分量，那結果應該為0。為什么呢？起始時我們可以確定σ是指向z軸方向的，自然說明它在x軸上的分量為0。但令我們驚訝的是，我們測出的σx并不是σx=0，而是σx=+1和σx =-1兩者中的一個。無論儀器被轉到了什么方向，它都絕對不會給出σ =±1之外的任何答案。如果自旋真的是個矢量的話，那也算是非常奇特的一個了。
盡管如此，我們還是發現了一些有趣的東西。假定我們依照下列步驟重復操作很多次，即：
● 開始時 指向z軸方向，制備到σ=+1。
● 把儀器旋轉到x軸的方向。
● 測量σ。
重復這個實驗，儀器將吐出一串包含+1和-1的隨機序列。也就是說，決定論（determinism）被打破了，而且是以一種特別的方式打破的。如果我們重復的次數非常多，就會發現σ =+1的事件數和σ = -1的事件數在統計上是一樣多的。換句話說，σ的平均值是 0。經典的結果應該是σ在x 軸上的分量為0，我們發現這個結論要被取代，變成：多次重復實驗的平均值為0。
理論最小值:量子力學 作者簡介
萊昂納德·薩斯坎德
世界知名理論物理學家，斯坦福大學教授。美國國家科學院院士，美國藝術與科學院院士，弦論的創始人之一。他和他所領導的研究小組進行了多年的研究，蕞終提出了一個震驚世界的觀點：宇宙的發展需要外在的力量參與而非自身發展。
阿特·弗里德曼
數據顧問，曾在惠普做了15年軟件工程師。他一生都在學習物理學。
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