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量子力学是现代物理学的基石，推动了科学技术的快速发展。在今天，量子依然是新闻热点。

本书将为广大科技爱好者系统、严谨地介绍量子力学的基本原理和应用。读者需要熟悉高中物理和数学的相关内容，愿意学习科学的思维方式.虽然量子力学是一门有着神秘面纱、打破生活常识、颠覆人类认知的现代科学，但是读者只要愿意随着本书一起思考，就一定能够清楚地了解量子力学理论的基本概念，最终全面认识它在科学体系中的作用和对现代技术的贡献。

本书的叙述方式是一边讲解科学理论，一边介绍重要的实验现象和科学原理的应用。本书在第一篇中依次讲解了状态叠加、波粒二象性、不确定原理等基本概念；在第二篇中介绍了量子力学在凝聚态物理和基本粒子物理领域中的应用。同时，对由量子力学催生的现代电子技术，也着重做了介绍。

第1篇量子力学的基本原理

第1章物质内部是虚空的2

1.1什么是微观世界？2

1.2微观世界是什么样子的？3

1.3卢瑟福实验和行星模型4

1.4重建现代物理的物质观6

1.5自然界的四种相互作用6

第2章量子态的可叠加性9

2.1两个量子态的随意组合9

2.2复数的复习10

2.3概率和相位11

2.4我是一片“云”的波函数12

2.5爱因斯坦和玻尔的论战13

2.6中微子振荡14

2.7量子比特15

2.8量子计算机简介17

第3章波粒二象性20

3.1自由粒子的波函数20

3.2电子的双缝干涉实验22

3.3光的波粒二象性24

3.4波粒二象性和量子力学的测量26

3.5中微子振荡的机制27

第4章不确定原理29

4.1不同动量的粒子状态组合29

4.2位置和动量之间的不确定原理31

4.3原子为什么这样坚硬？32

4.4压垮原子的力量33

4.5能量与时间之间的不确定原理34

第5章量子力学的测量问题35

5.1科学和哲学35

5.2测量和波函数的坍缩36

5.3薛定谔的猫论37

第6章带电粒子和电磁场的相互作用40

6.1从牛顿定律到薛定谔方程40

6.2电磁场41

6.3矢量势43

6.4矢量势在量子力学中的角色44

6.5双缝干涉实验和对力的反思45

6.6规范不变性和杨米尔斯场论46

第7章隧道效应49

7.1能够渗透的波函数49

7.2能够穿越的粒子51

7.3波函数渗透对物质世界的影响52

7.4扫描隧道显微镜54

7.5闪存背后的量子力学55

第8章什么是量子？60

8.1盒子中的粒子61

8.2振动的粒子63

8.3氢原子的能级66

8.4光谱67

8.5原子钟和计量系统69

第9章角动量和自旋71

9.1经典物理复习：角动量72

9.2量子角动量的奇怪规则73

9.3角动量和原子的能级76

9.4自旋77

9.5角动量的相加78

9.6粒子磁矩和角动量的测量79

9.7光子的自旋81

9.8核磁共振83

9.9用自旋来记忆的磁性存储器85

9.10使用光子自旋的量子通信87

第10章玻色子和费米子91

10.1全同粒子的概念92

10.2玻色子和费米子92

10.3泡利不相容原理和原子结构94

10.4“坚强”的费米气96

10.5铁磁性的起源98

10.6玻色子和黑体辐射问题100

10.7激光原理103

10.8玻色爱因斯坦凝聚106

第11章量子纠缠108

11.1什么是量子纠缠？108

11.2爱因斯坦的困惑109

11.3贝尔定理111

11.4量子纠缠的实验检测116

11.5重新认识量子力学117

11.6量子纠缠的应用119

第2篇量子力学对物质世界的解释

第12章从原子到分子122

12.1原子能级结构的总结122

12.2离子键和共价键124

12.3元素周期表的量子解读127

12.4分子之间的相互作用128

12.5分子光谱和全球变暖131

12.6量子化学和世界复杂性133

第13章晶体里面的量子力学135

13.1能带理论136

13.2绝缘体138

13.3金属140

13.4声子142

第14章半导体的量子物理145

14.1什么是半导体？146

14.2p型、n型半导体和空穴147

14.3pn结150

14.4场效应管和CMOS技术152

14.5CMOS传感器和光伏发电156

14.6发光二极管159

第15章量子点与介观物理学162

15.1介观物理学简介162

15.2量子点的特性163

15.3量子走进你家——量子点电视165

第16章二维量子力学与石墨烯168

16.1石墨烯和它的结构168

16.2奇妙的石墨烯能带172

16.3石墨烯的应用175

第17章宏观量子现象——超导177

17.1超导的机制178

17.2永不消逝的电流180

17.3迈斯纳效应和磁通量的量子化182

17.4约瑟夫森结186

17.5超导计算机189

第18章量子场论简介191

18.1物质不灭的破灭191

18.2什么是场？193

18.3场的量子化与粒子的诞生194

18.4零点能的困惑和宇宙的命运196

18.5为什么粒子是一个点？198

18.6量子场论中的相互作用200

18.7对称性和量子力学201

18.8量子场论中的发散困难和重整化207

第19章引力波和引力子210

19.1从狭义到广义相对论210

19.2引力波214

19.3引力子和量子引力的困难216

第20章弦论简介219

20.1弦上奏出的粒子220

20.2弦与弦的相互作用222

20.3超弦和十维时空223

结语225

参考文献226

戴瑾，毕业于北京大学物理系。早年从事理论物理学研究。赴美国德克萨斯大学留学，加入了诺贝尔物理奖获得者温伯格的研究小组，师从基础物理突破奖获得者JoesephPolchinski教授，获得博士学位。与Polchinski共同创造了超弦理论中的D-膜分支。后又在无线通信和半导体芯片领域工作二十余年。现任某半导体公司高管。

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书籍介绍

量子力学是现代物理学的基石，推动了科学技术的快速发展。在今天，量子依然是新闻热点。

本书将为广大科技爱好者系统、严谨地介绍量子力学的基本原理和应用。读者需要熟悉高中物理和数学的相关内容，愿意学习科学的思维方式.虽然量子力学是一门有着神秘面纱、打破生活常识、颠覆人类认知的现代科学，但是读者只要愿意随着本书一起思考，就一定能够清楚地了解量子力学理论的基本概念，最终全面认识它在科学体系中的作用和对现代技术的贡献。

本书的叙述方式是一边讲解科学理论，一边介绍重要的实验现象和科学原理的应用。本书在第一篇中依次讲解了状态叠加、波粒二象性、不确定原理等基本概念；在第二篇中介绍了量子力学在凝聚态物理和基本粒子物理领域中的应用。同时，对由量子力学催生的现代电子技术，也着重做了介绍。