出版案例从量子到宇宙

　　内容简介：

　　本书以各种不可思议的量子现象为主线，以物理学家们所做的各种令人惊奇的实验为脉络，循序渐进地介绍了人类探索量子世界的整个过程。作为一本科普读物，本书涵盖了波粒二象性、叠加态、概率幅、纠缠态、隧道效应、电子云、超流体、量子真空涨落、费曼图、超弦理论等量子力学中引人入胜的大部分内容，也介绍了扫描隧道显微镜、量子计算机、量子隐形传态等量子工程技术，同时还把相关的历史趣事穿插其中。另外，书中还介绍了一些与量子物理相关的粒子物理、相对论、宇宙学等内容，其中就包括了目前更前沿的领域，如反物质、希格斯粒子、暗物质、平行宇宙，以及引力波等。

　　作者简介：

　　高鹏，男，哈工大威海校区应用化学系教师，在哈工大总校取得学士、硕士和博士学位。参与多项科研课题，出版教材一部，发表专业20余篇，2006年被评为校级优秀教师。主讲以量子物理为基础的专业课《结构化学》已经十几年，并先后开设公共选修课《化学元素趣谈》、《不可思议的量子世界》和《从量子到宇宙》，讲课旁征博引、生动风趣，深受学生欢迎。

　　目　　录：

　　1 光的本性之争：光是粒子还是波? 001

　　1.1 惠更斯的波动学说 001

　　1.2 牛顿的粒子学说 002

　　1.3 杨氏双缝干涉实验 003

　　1.4 泊松的乌龙球 004

　　1.5 光就是电磁波 006

　　2 电磁波能量谜团：能量竟然不连续? 007

　　2.1 黑体辐射谜团 007

　　2.2 光电效应谜团 009

　　2.3 原子光谱谜团 010

　　2.4 石破天惊的量子化假设 011

　　3 量子化与连续性之辩 014

　　3.1 芝诺悖论：你能追上乌龟吗? 014

　　3.2 玄而又玄的无穷 015

　　3.3 时空是量子化的 017

　　3.4 运动是连续的吗? 017

　　3.5 量子化才是世界的本质 018

　　4 光的波粒二象性 020

　　4.1 爱因斯坦的光子理论 020

　　4.2 光子理论是牛顿粒子论的回马枪吗? 022

　　4.3 原子能量量子化与原子光谱 024

　　4.4 量子理论与光的本性 026

　　5 爱因斯坦的疑问：什么是光子? 028

　　5.1 光与电磁波：剪不断理还乱 028

　　5.2 波动光学与量子光学：为什么有两种? 0305.3 光的偏振：光子也会思考吗? 031

　　5.4 光速不变：相对中的绝对 034

　　5.5 静止质量为零：有还是没有? 035

　　6 实物粒子的波粒二象性 038

　　6.1 德布罗意的惊人假设 038

　　6.2 实物粒子波动性的观察 041

　　6.3 实物粒子的双缝干涉实验 042

　　6.4 德布罗意波的应用 045

　　7 量子力学的建立 047

　　7.1 薛定谔的波动力学 047

　　7.2 概率构成的物质波 049

　　7.3 玻尔的对应原理 051

　　7.4 海森堡的矩阵力学 052

　　7.5 量子力学正式建立 054

　　7.6 概率论与决定论的争论：上帝掷骰子吗?0568 单个粒子的波粒二象性 059

　　8.1 单个电子的双缝干涉实验 059

　　8.2 概率波与概率幅 061

　　8.3 观察电子的轨迹 065

　　8.4 跟人类捉迷藏的电子 067

　　9 量子力学正统解释：哥本哈根解释 068

　　9.1 不确定原理 068

　　9.2 互补原理 070

　　9.3 叠加态：人为测量竟如此重要? 072

　　9.4 波函数坍缩 076

　　附录量子计算机 077

　　10 神奇的量子隧道效应 079

　　10.1 隧道效应：穿墙而过不是梦 079

　　10.2 扫描隧道显微镜 081

　　11 独辟蹊径的路径积分 084

　　11.1 路径积分：所有路径求和 084

　　11.2 路径积分对双缝实验的解释 086

　　11.3 路径积分的广泛应用 088

　　11.4 费曼图：物理学家的看图说话 089

　　12 坚持决定论的隐变量理论 093

　　12.1 德布罗意的导波理论 093

　　12.2 玻姆的量子势理论 095

　　13 量子力学的其他解释 098

　　13.1 意识论：我思故我在? 098

　　13.2 热力学不可逆过程 099

　　13.3 退相干理论 100

　　13.4 GRW理论 101

　　13.5 多世界理论：人人都能创造平行宇宙 10214 人类和光子的博弈 106

　　14.1 单光子偏振实验 106

　　14.2 单光子广角干涉实验 108

　　14.3 单光子延迟选择实验 110

　　14.4 量子擦除实验 113

　　15 幽灵般的超距作用：纠缠态之谜 115

　　15.1 玻尔与爱因斯坦过招 115

　　15.2 EPR佯谬：纠缠态登场 119

　　15.3 纠缠态的实验证明 120

　　15.4 GHZ三粒子纠缠 124

　　15.5 量子隐形传态: 超空间传送能实现吗?12516 原子内部的世界 128

　　16.1 古人的物质组成观点 128

　　16.2 原子论的胜利 129

　　16.3 原子还不是最小 130

　　16.4 原子内部结构 132

　　16.5 原子结构的初期模型 134

　　16.6 电子云：电子在哪儿? 136

　　16.7 电子云节面之谜 139

　　16.8 电子的自旋 140

　　16.9 电子自旋之谜 142

　　17 组成世界的基本粒子 145

　　17.1 物质的镜像：反物质 145

　　17.2 宇宙隐形人：中微子 148

　　17.3 世界的基石：夸克 149

　　17.4 世界的基石：轻子 152

　　17.5 四种基本力和力的传递粒子 153

　　17.6 上帝粒子：希格斯粒子 156

　　17.7 标准模型 157

　　附录高速粒子对狭义相对论的检验 158

　　18 宏观量子现象：玻色–爱因斯坦凝聚 161

　　18.1 费米子与玻色子 161

　　18.2 泡利不相容原理 163

　　18.3 玻色.爱因斯坦凝聚 165

　　18.4 液氦超流现象 168

　　19 量子场论 171

　　19.1 场与粒子的统一 171

　　19.2 粒子的产生与转化 172

　　19.3 真空里隐藏的奥秘 174

　　19.4 再析费曼图：时间能倒流吗? 177

　　19.5 量子电动力学：精确度惊人的预测 180

　　19.6 量子色动力学：夸克禁闭 182

　　20 超弦理论：万物至理? 183

　　20.1 统一理论的探索 183

　　20.2 宇宙的琴弦：超弦理论 185

　　20.3 M理论：终极理论? 188

　　20.4 平行宇宙 190

　　附录是否存在交叉宇宙? 191

　　21 宇宙大爆炸 193

　　21.1 膨胀的宇宙 193

　　21.2 广义相对论与宇宙学 196

　　21.3 宇宙理论的发展 199

　　21.4 宇宙的演化 202

　　21.5 恒星的演化 204

　　21.6 暗物质与暗能量之谜 208

　　21.7 时空的颤抖：引力波 210

　　后记 215

　　参考文献 217

　　谁要是不为量子理论感到震惊，那就是因为他还不了解量子理论。

　　——尼尔斯·玻尔

　　我想我可以相当有把握地说，没有人能理解量子力学。

　　——理查德·费曼