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量子物理學 版權(quán)信息
- ISBN：9787568062367
- 條形碼：9787568062367 ; 978-7-5680-6236-7
- 裝幀：簡裝本
- 冊數(shù)：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
量子物理學 本書特色
1900年左右，物理學家發(fā)現(xiàn)了像電子、質(zhì)子和中子這樣的粒子。這些發(fā)現(xiàn)被認可，使得他們能夠預測原子的內(nèi)部行為。然而，當他們將預測與實際的實驗結(jié)果對比時卻發(fā)現(xiàn)，經(jīng)典物理學和力學的原理遠不能解釋原子尺度的現(xiàn)象。這種認識的形成，使量子物理學的出現(xiàn)成了人類□□上*重要的智力運動之一。今天，量子物理學無處不在：它解釋了我們的計算機如何工作，激光如何通過互聯(lián)網(wǎng)傳輸信息，并允許科學家準確地預測自然界中幾乎所有粒子的行為。物理學的運用，一直是調(diào)查與我們的世界和宇宙相關(guān)的*廣泛問題的根本。
雖然眾所周知，量子物理學領(lǐng)域和原理幾乎可以被無限應用，但是，要理解出現(xiàn)這種情況的根本原因遠沒有那么容易。本書中，量子物理學家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是當今科學的一個關(guān)鍵因素，也是人人都需知、可知的科普知識。
量子物理學 內(nèi)容簡介
本書是2020年國家出版基金項目，是的經(jīng)典科普作品。1900年左右，物理學家發(fā)現(xiàn)了像電子、質(zhì)子和中子這樣的粒子。這些發(fā)現(xiàn)被認可，使得他們能夠預測原子的內(nèi)部行為。然而，當他們將預測與實際的實驗結(jié)果對比時卻發(fā)現(xiàn)，經(jīng)典物理學和力學的原理遠不能解釋原子尺度的現(xiàn)象。這種認識的形成，使量子物理學的出現(xiàn)成了人類歷史上*重要的智力運動之一。今天，量子物理學無處不在：它解釋了我們的計算機如何工作，激光如何通過互聯(lián)網(wǎng)傳輸信息，并允許科學家準確地預測自然界中幾乎所有粒子的行為。物理學的運用，一直是調(diào)查與我們的世界和宇宙相關(guān)的*廣泛問題的根本。雖然眾所周知，量子物理學領(lǐng)域和原理幾乎可以被無限應用，但是，要理解出現(xiàn)這種情況的根本原因遠沒有那么容易。本書中，量子物理學家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是當今科學的一個關(guān)鍵因素，也是人人都需知、可知的科普知識。
量子物理學量子物理學 前言
序
本書向非科研人員詳細地解釋了量子物理學到底是什么，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)的科學技術(shù)。“什么才是所有人都需要了解的量子物理學？”當我在思考如何回答這個問題的時候，我意識到，盡管量子物理學是一門涉及范圍非常廣的學科，但是關(guān)于它的一本科普讀物不應該試圖面面俱到。與其回答剛才那個問題，我不如問我自己，什么才是量子物理學中*博大精深的思想，同時這種思想是每一個人都能理解的？對于很多物理學家來說，量子物理學*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，也就是他們的科學世界觀。
量子物理學*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思維是有沖突的。這個思想包含了下面兩個要點：
首先，物理世界的運作方式并不像時鐘發(fā)條那樣精準——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確地預測它將來的狀態(tài)。將來可能發(fā)生的事并不是預先決定好的。我們可以談論的，只是或大或小的概率而已。同理，用完美的方法觀察到的物體，它現(xiàn)在的狀態(tài)并不能使我們確切地得知它過去的狀態(tài)。這個要點看上去不足為奇，尤其是對一些復雜系統(tǒng)(比如人的行為)來說，但是，量子物理學卻告訴我們，這個要點對*簡單的物體(比如一個單電子)也適用。
其次，假設有一個隱藏的物體，在我們**次觀測到它的時候，我們的直覺思維是，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，你打開一個禮物盒，看到一個小巧的綠寶石，那么，你會自然而然地認為，在你打開盒子之前，這顆寶石就是小小的、綠色的。但是，對于量子層面的物體，也就是當我們試圖觀察和測量像電子這樣的基本粒子時，這樣的直覺思維式世界觀卻不再適用。
也許你會想，在觀測微小物體的性質(zhì)和表現(xiàn)時，直覺思維不可靠這一點也不奇怪，但是大多數(shù)物理學家卻覺得，如果你思考得更深入，那么你就會覺得這里面有很大的問題。諾貝爾物理學獎獲得者默里·蓋爾曼（Murray GellMann）曾經(jīng)說過：“量子力學的發(fā)現(xiàn)是人類□□上*偉大的成就之一，但它同時也是人類*難掌握的理論之一……它違反了我們的直覺思維——確切地說，應該是人類的直覺思維是建立在忽略量子效應的基礎(chǔ)上。”
這本書*主要的目的是幫助你深入思考和理解量子物理學的定位，從而你也可能感嘆，量子物理學的世界觀是多么反直覺，并且這個事實已經(jīng)一次又一次地被實驗室里的各種實驗所證實。在2015年，當我還在寫這本書的時候，世界上3個不同的實驗室分別獨立地完成了相似的實驗，他們的結(jié)果**次完完全全地證實了：我們賴以生存的這個世界，與我們用直覺思維形成的、經(jīng)典物理學世界觀解釋的世界，是格格不入的。在經(jīng)典物理學世界觀里，我們用直覺思維認定每一個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到無關(guān)。《科學》雜志把這項發(fā)現(xiàn)納入當年的十大科學發(fā)現(xiàn)之一。這些科學實驗徹底改□了我們的科學世界觀，在本書中我們將詳細探討它們。
科學世界觀的改□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)科技和人類勞動分工的出現(xiàn)，印刷術(shù)和文化的傳播，18世紀物理學和生產(chǎn)工業(yè)化，等等。在人類探索了量子物理學100多年后的今天，一個新型技術(shù)分支正在冉冉升起，它就是：量子技術(shù)。這個新型技術(shù)基于我們?nèi)碌目茖W世界觀。雖然這個世界觀和直覺思維相反，科學家和工程師卻可以利用量子技術(shù)完成各種新型任務：無法破解的信息加密，超高精度的重力和加速度傳感器，能以指數(shù)級速度計算并給出問題答案的、比目前任何計算機都要快的量子計算機，等等。
我寫這本書的目的是用淺顯易懂的語言，盡全力讓一個沒有物理學基礎(chǔ)，但又充滿好奇心、具有恒心的讀者，在讀書的過程中，有能力去理解和遵循我們用來解釋量子理論正確性的邏輯思維。
量子物理學 目錄
1什么是量子物理學？
1什么是量子物理學？2
量子物理學怎樣影響著我們的日常生活？4
什么是物理學理論，以及什么是物理學課題？5
為什么當我們談論物理時會使用“模型”這個詞？7
為什么2015年是量子物理學特別成功的一年？8
為什么有些物體可以用經(jīng)典物理模型來描述，而有些卻
需要用量子物理模型來描述？10
什么是組成物理世界的*基本實體？12
光在經(jīng)典物理學和量子物理學中的描述有何不同？15
光探測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到單光子嗎？19
量子物理學是如何被發(fā)現(xiàn)的？21
電磁場具有量子本質(zhì)嗎？25
2量子測量以及測量產(chǎn)生的后果29
什么是經(jīng)典物理學中的“測量”？30
什么是光的偏振？31
我們怎樣確定或者測量光的偏振？33
如果光包含有多種偏振，會發(fā)生什么？36
如果光是純偏振光，但偏振不在H或者V方向，
會發(fā)生什么？37
這些測量偏振的結(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
你可以通過量子測量來確定單光子的偏振態(tài)嗎？45
光的偏振態(tài)在經(jīng)典物理學和量子物理學中的區(qū)別是什么？46
我們?nèi)绾晤A測光偏振態(tài)測量中的概率？47
在量子領(lǐng)域中進行測量到底是什么意思？51
什么是互補測量？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
鮑勃有可能在實驗上確定愛麗絲制備的量子態(tài)嗎？58
鮑勃能復制(克隆)一個光子的量子態(tài)嗎？60
什么是量子相干性？61
什么是量子力學的指導性原則？61
量子力學到底描述了什么？63
3應用量子數(shù)據(jù)加密65
人類可以利用量子物理學來創(chuàng)造出絕對安全的通信網(wǎng)絡嗎？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
有沒有一種無法破譯的加密方式？69
文本信息在二進制編碼中如何顯示？70
文本信息是如何被二進制密鑰加密和解密的？71
光子的偏振態(tài)是如何被用來創(chuàng)建安全密鑰的？71
量子密鑰分發(fā)是基于哪些物理學原理？73
量子密鑰分發(fā)的工作原理是什么？75
如果有竊聽者，情況會怎樣？78
愛麗絲和鮑勃如何得知竊聽者伊夫是否存在？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
在沒有被測量的情況下，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□設置，結(jié)果會怎么樣呢？89
如果我們擋住一條路徑，會發(fā)生什么？90
到目前為止，我們可以得出什么結(jié)論？91
我們可以測量電子運動的路徑嗎？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
有沒有其他共軛過程的例子來說明主要論點？96
一個過程如果是共軛的，會有哪些進一步的后果？97
在雙路徑實驗里，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)會不會偶爾符合經(jīng)典概率論？102
我們?nèi)绾伟焉鲜龅挠懻摽偨Y(jié)為一個物理學原理？103
在量子物理學中，什么是一次測量？104
一個量子物體可以同時出現(xiàn)在兩個地點嗎？104
量子密鑰分發(fā)是如何利用共軛過程這個概念的？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擁有兩條可通過路徑的電子的？106
狀態(tài)箭頭可以用來代表宏觀物體的“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
一個電子是如何被“分離”進入兩條路徑的？110
當路徑干涉出現(xiàn)時，如何使用狀態(tài)箭頭來計算概率？111
如果我們更改其中一條路徑，會發(fā)生什么？113
我們怎樣把上面的想法總結(jié)成一個指導性原則？114
如果我們進一步改□路徑長度，結(jié)果會怎樣呢？114
從上面的實驗中我們能否推導出一個普適性原則？118
本章的結(jié)束語是什么？120
5應用方面——用量子干涉感應重力123
什么是感應技術(shù)？124
感應引力強度有什么用途？125
怎樣利用量子物理學來感應引力？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
中子干涉儀是一個有實際意義的引力感應器嗎？129
6量子概率和波動性131
波這個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)部時序的？137
是什么決定了粒子內(nèi)部時鐘的循環(huán)時間或者頻率？138
我們?nèi)绾伟烟岢龅闹笇栽瓌t結(jié)合成一個有條理的
量子理論？140
什么是動量，以及什么可以改□動量？141
什么是能量？143
薛定諤方程是怎樣描述量子物體在時空中的運動過程的？144
量子概率波是怎樣和概率聯(lián)系在一起的？146
能否舉一個薛定諤方程在應用中的實例？147
一個量子粒子是如何穿過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法正確嗎？153
7里程碑和三岔路口155
當你來到三岔路口時，你應該做什么？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)和貝爾測試163
物理實驗可以探究“實在論”的本質(zhì)嗎？164
什么是相關(guān)性？它告訴了我們什么？165
能否舉一個有關(guān)相關(guān)性屬性的例子？166
能否舉一個有關(guān)相關(guān)性表現(xiàn)的例子？167
相關(guān)性是如何被計量的？168
經(jīng)典相關(guān)性和量子相關(guān)性的區(qū)別是什么？172
什么是實在論，以及我們?nèi)绾卧趯嶒灷餃y試它？173
如何為測試實在論做好準備？175
如果我們只能進行部分測量，那會怎么樣呢？178
怎樣阻止實驗雙方之間互通信息？181
什么是定域?qū)嵲谡摚?83
什么樣的實驗可以推翻定域?qū)嵲谡摚?83
對于原子中釋放的光子對，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
什么樣的實驗克服了潛在的瑕疵？193
約翰·貝爾對于這樣的實驗結(jié)果做出了什么評價？193
定域?qū)嵲谡撨@一觀點的崩塌意味著我們必須放棄經(jīng)典
直覺和經(jīng)典物理學嗎？195
我們應該放棄定域因果原則或者實在論嗎？
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)绾伪硎疽粋復合體的量子態(tài)？199
我們?nèi)绾伪硎竟庾訉Φ牧孔蛹m纏態(tài)？201
我們?nèi)绾沃苽涮幱谪悹柤m纏態(tài)的光子對？203
貝爾糾纏態(tài)是如何違背定域?qū)嵲谡摰模?04
關(guān)于一個量子組合體的組成部分，哪些是你可以知道的？206
在實際情況中，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
在愛麗絲那里發(fā)生的事會影響鮑勃那邊嗎？213
量子態(tài)的隱形傳送是瞬時的嗎？214
人類可以被隱形傳送嗎？215
量子態(tài)的隱形傳送有什么用？216
10應用——量子計算217
信息是有形的嗎？218
什么是計算機？218
計算機是怎么工作的？220
單個邏輯門可以有多小？223
我們可以創(chuàng)造出使用內(nèi)在量子表現(xiàn)的計算機嗎？224
什么是量子比特？225
哪個物理原理區(qū)分了經(jīng)典計算機和量子計算機？226
量子計算機會使用哪些邏輯門？227
我們將如何操作量子計算機？231
為什么質(zhì)因數(shù)分解很難？234
量子計算機如何解決質(zhì)因數(shù)問題？237
量子計算機還能解決計算機科學中的其他難題嗎？239
量子計算機可以解決哪些物理和化學難題？241
為什么制造量子計算機如此艱難？244
制造量子計算機的前景如何？245
用哪些方法有希望制造出量子計算機？246
11能量量子化和原子249
什么是能量量子化？250
為什么當一個粒子受到約束時，能量會被量子化？250
在一個原子中，電子的能量是如何量子化的？253
為什么電子不會停留在勢阱的底部？256
原子如何吸收光波？257
一個原子如何輻射出光？260
經(jīng)典物理學理論中電子圍繞原子核進行軌道運動的說法，
在量子物理學理論中□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應用——利用量子技術(shù)感應時間、位移和引力265
什么是基于量子物理學的感應技術(shù)？266
什么是時間的科學定義？266
什么是時鐘？267
我們怎樣才能制造出完全相同的時鐘？268
為什么基本量子體可以被制成□□□的時鐘？269
為什么先進的時鐘技術(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？279
常規(guī)加速度計是怎么工作的？280
加速度計有什么用途？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
**臺量子重力儀是如何工作的？284
高級量子重力儀如何工作？285
原子干涉儀可以探測到引力波嗎？288
13量子場和它的激發(fā)子291
什么是經(jīng)典物理學中的粒子和場？292
統(tǒng)一了粒子和場這兩個概念的量子物理學原理是什么？294
如果我們測量一個量子場，會發(fā)生什么？296
網(wǎng)格的量子理論如何被應用到光波上？298
什么是量子場？300
什么是光子？301
粒子和場是同一種事物的不同形態(tài)嗎？302
場和粒子的統(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
還有其他事實為量子場的存在提供證據(jù)嗎？309
對量子場的理解解開了貝爾關(guān)系式的謎團嗎？311
對量子場的理解解開了量子測量的謎團嗎？312
為什么關(guān)于量子場的討論被推遲到接近本書的結(jié)尾處？313
14有待解決的問題和爭議315
關(guān)于量子物理學，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問題是什么？318
量子糾纏態(tài)是如何更新的？321
海森堡的觀點解決了“測量難題”嗎？323
退相干有什么用？327
“從實際情況出發(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
相干性萬歲？336
為什么貝爾關(guān)系式會出現(xiàn)？341
本書的意義是什么？342
注釋345
1什么是量子物理學？2
量子物理學怎樣影響著我們的日常生活？4
什么是物理學理論，以及什么是物理學課題？5
為什么當我們談論物理時會使用“模型”這個詞？7
為什么2015年是量子物理學特別成功的一年？8
為什么有些物體可以用經(jīng)典物理模型來描述，而有些卻
需要用量子物理模型來描述？10
什么是組成物理世界的*基本實體？12
光在經(jīng)典物理學和量子物理學中的描述有何不同？15
光探測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到單光子嗎？19
量子物理學是如何被發(fā)現(xiàn)的？21
電磁場具有量子本質(zhì)嗎？25
2量子測量以及測量產(chǎn)生的后果29
什么是經(jīng)典物理學中的“測量”？30
什么是光的偏振？31
我們怎樣確定或者測量光的偏振？33
如果光包含有多種偏振，會發(fā)生什么？36
如果光是純偏振光，但偏振不在H或者V方向，
會發(fā)生什么？37
這些測量偏振的結(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
你可以通過量子測量來確定單光子的偏振態(tài)嗎？45
光的偏振態(tài)在經(jīng)典物理學和量子物理學中的區(qū)別是什么？46
我們?nèi)绾晤A測光偏振態(tài)測量中的概率？47
在量子領(lǐng)域中進行測量到底是什么意思？51
什么是互補測量？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
鮑勃有可能在實驗上確定愛麗絲制備的量子態(tài)嗎？58
鮑勃能復制(克隆)一個光子的量子態(tài)嗎？60
什么是量子相干性？61
什么是量子力學的指導性原則？61
量子力學到底描述了什么？63
3應用量子數(shù)據(jù)加密65
人類可以利用量子物理學來創(chuàng)造出絕對安全的通信網(wǎng)絡嗎？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
有沒有一種無法破譯的加密方式？69
文本信息在二進制編碼中如何顯示？70
文本信息是如何被二進制密鑰加密和解密的？71
光子的偏振態(tài)是如何被用來創(chuàng)建安全密鑰的？71
量子密鑰分發(fā)是基于哪些物理學原理？73
量子密鑰分發(fā)的工作原理是什么？75
如果有竊聽者，情況會怎樣？78
愛麗絲和鮑勃如何得知竊聽者伊夫是否存在？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
在沒有被測量的情況下，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□設置，結(jié)果會怎么樣呢？89
如果我們擋住一條路徑，會發(fā)生什么？90
到目前為止，我們可以得出什么結(jié)論？91
我們可以測量電子運動的路徑嗎？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
有沒有其他共軛過程的例子來說明主要論點？96
一個過程如果是共軛的，會有哪些進一步的后果？97
在雙路徑實驗里，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)會不會偶爾符合經(jīng)典概率論？102
我們?nèi)绾伟焉鲜龅挠懻摽偨Y(jié)為一個物理學原理？103
在量子物理學中，什么是一次測量？104
一個量子物體可以同時出現(xiàn)在兩個地點嗎？104
量子密鑰分發(fā)是如何利用共軛過程這個概念的？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擁有兩條可通過路徑的電子的？106
狀態(tài)箭頭可以用來代表宏觀物體的“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
一個電子是如何被“分離”進入兩條路徑的？110
當路徑干涉出現(xiàn)時，如何使用狀態(tài)箭頭來計算概率？111
如果我們更改其中一條路徑，會發(fā)生什么？113
我們怎樣把上面的想法總結(jié)成一個指導性原則？114
如果我們進一步改□路徑長度，結(jié)果會怎樣呢？114
從上面的實驗中我們能否推導出一個普適性原則？118
本章的結(jié)束語是什么？120
5應用方面——用量子干涉感應重力123
什么是感應技術(shù)？124
感應引力強度有什么用途？125
怎樣利用量子物理學來感應引力？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
中子干涉儀是一個有實際意義的引力感應器嗎？129
6量子概率和波動性131
波這個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)部時序的？137
是什么決定了粒子內(nèi)部時鐘的循環(huán)時間或者頻率？138
我們?nèi)绾伟烟岢龅闹笇栽瓌t結(jié)合成一個有條理的
量子理論？140
什么是動量，以及什么可以改□動量？141
什么是能量？143
薛定諤方程是怎樣描述量子物體在時空中的運動過程的？144
量子概率波是怎樣和概率聯(lián)系在一起的？146
能否舉一個薛定諤方程在應用中的實例？147
一個量子粒子是如何穿過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法正確嗎？153
7里程碑和三岔路口155
當你來到三岔路口時，你應該做什么？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)和貝爾測試163
物理實驗可以探究“實在論”的本質(zhì)嗎？164
什么是相關(guān)性？它告訴了我們什么？165
能否舉一個有關(guān)相關(guān)性屬性的例子？166
能否舉一個有關(guān)相關(guān)性表現(xiàn)的例子？167
相關(guān)性是如何被計量的？168
經(jīng)典相關(guān)性和量子相關(guān)性的區(qū)別是什么？172
什么是實在論，以及我們?nèi)绾卧趯嶒灷餃y試它？173
如何為測試實在論做好準備？175
如果我們只能進行部分測量，那會怎么樣呢？178
怎樣阻止實驗雙方之間互通信息？181
什么是定域?qū)嵲谡摚?83
什么樣的實驗可以推翻定域?qū)嵲谡摚?83
對于原子中釋放的光子對，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
什么樣的實驗克服了潛在的瑕疵？193
約翰·貝爾對于這樣的實驗結(jié)果做出了什么評價？193
定域?qū)嵲谡撨@一觀點的崩塌意味著我們必須放棄經(jīng)典
直覺和經(jīng)典物理學嗎？195
我們應該放棄定域因果原則或者實在論嗎？
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)绾伪硎疽粋復合體的量子態(tài)？199
我們?nèi)绾伪硎竟庾訉Φ牧孔蛹m纏態(tài)？201
我們?nèi)绾沃苽涮幱谪悹柤m纏態(tài)的光子對？203
貝爾糾纏態(tài)是如何違背定域?qū)嵲谡摰模?04
關(guān)于一個量子組合體的組成部分，哪些是你可以知道的？206
在實際情況中，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
在愛麗絲那里發(fā)生的事會影響鮑勃那邊嗎？213
量子態(tài)的隱形傳送是瞬時的嗎？214
人類可以被隱形傳送嗎？215
量子態(tài)的隱形傳送有什么用？216
10應用——量子計算217
信息是有形的嗎？218
什么是計算機？218
計算機是怎么工作的？220
單個邏輯門可以有多小？223
我們可以創(chuàng)造出使用內(nèi)在量子表現(xiàn)的計算機嗎？224
什么是量子比特？225
哪個物理原理區(qū)分了經(jīng)典計算機和量子計算機？226
量子計算機會使用哪些邏輯門？227
我們將如何操作量子計算機？231
為什么質(zhì)因數(shù)分解很難？234
量子計算機如何解決質(zhì)因數(shù)問題？237
量子計算機還能解決計算機科學中的其他難題嗎？239
量子計算機可以解決哪些物理和化學難題？241
為什么制造量子計算機如此艱難？244
制造量子計算機的前景如何？245
用哪些方法有希望制造出量子計算機？246
11能量量子化和原子249
什么是能量量子化？250
為什么當一個粒子受到約束時，能量會被量子化？250
在一個原子中，電子的能量是如何量子化的？253
為什么電子不會停留在勢阱的底部？256
原子如何吸收光波？257
一個原子如何輻射出光？260
經(jīng)典物理學理論中電子圍繞原子核進行軌道運動的說法，
在量子物理學理論中□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應用——利用量子技術(shù)感應時間、位移和引力265
什么是基于量子物理學的感應技術(shù)？266
什么是時間的科學定義？266
什么是時鐘？267
我們怎樣才能制造出完全相同的時鐘？268
為什么基本量子體可以被制成□□□的時鐘？269
為什么先進的時鐘技術(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？279
常規(guī)加速度計是怎么工作的？280
加速度計有什么用途？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
**臺量子重力儀是如何工作的？284
高級量子重力儀如何工作？285
原子干涉儀可以探測到引力波嗎？288
13量子場和它的激發(fā)子291
什么是經(jīng)典物理學中的粒子和場？292
統(tǒng)一了粒子和場這兩個概念的量子物理學原理是什么？294
如果我們測量一個量子場，會發(fā)生什么？296
網(wǎng)格的量子理論如何被應用到光波上？298
什么是量子場？300
什么是光子？301
粒子和場是同一種事物的不同形態(tài)嗎？302
場和粒子的統(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
還有其他事實為量子場的存在提供證據(jù)嗎？309
對量子場的理解解開了貝爾關(guān)系式的謎團嗎？311
對量子場的理解解開了量子測量的謎團嗎？312
為什么關(guān)于量子場的討論被推遲到接近本書的結(jié)尾處？313
14有待解決的問題和爭議315
關(guān)于量子物理學，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問題是什么？318
量子糾纏態(tài)是如何更新的？321
海森堡的觀點解決了“測量難題”嗎？323
退相干有什么用？327
“從實際情況出發(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
相干性萬歲？336
為什么貝爾關(guān)系式會出現(xiàn)？341
本書的意義是什么？342
注釋345
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量子物理學 相關(guān)資料
量子物理學給現(xiàn)代社會帶來了一場革命，但它的預言常和我們的直覺背道而馳。雷默教授是當代量子物理學的領(lǐng)頭人之一。他深入淺出地闡述了量子物理學的基本原理，并向大眾介紹其廣泛的應用。這本通俗易懂的科普書引人入勝，是沒有物理背景的讀者的最佳選擇。
——曹蕙
美國國家科學院院士
量子是一個當下很時髦的詞（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*學者，在這本書里以通俗易懂、專業(yè)嚴謹?shù)恼Z言帶我們遨游奇妙的量子世界，為普通人揭開量子神秘的面紗。
——區(qū)澤宇
中國香港城市大學講座教授
美國物理學會會士、美國光學學會會士
量子物理學的作用：我們也許不能完全理解它，但我們至少可以開始理解它，并看到它將如何在我們的生活中得到越來越多的應用。本書可以很好地幫助我們理解量子物理學。
——Jonathan Cowie
Science Fact & Science Fiction Concatenation
量子物理學 作者簡介
[美]邁克爾·G.雷默（Michael G. Raymer），美國物理學會會士，美國光學學會會士，美國俄勒岡大學物理學教授。主要研究方向為量子力學、量子信息科學、非線性光學和激光物理。曾擔任《物理□□快報》(Physical Review Letters）和《現(xiàn)代光學雜志》(Journal of Modern Optics）編委會成員。
譯者
吳純白，激光物理專家，美國俄勒岡大學物理學博士，致力于量子和非線性光學的研究。現(xiàn)就職于德國大陸集團（Continental AG）汽車事業(yè)部，擔任高級資深光學工程師。曾在《物理□□快報》、《美國光學學會期刊》（Journal of the Optical Society of America）等雜志上發(fā)表過多篇論文，并獲美國專利。博士生導師為本書作者邁克爾 · G.雷默。
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