具体描述
内容简介
量子力学和相对论是二十世纪物理学的两大支柱。即使是对于大学物理系的师生和专业的物理学家来说，这两门学科也意味着高深的学问，很少有人宣称精通相对论或量子力学。如何让非物理专业的人们，尤其是少年朋友们，理解量子力学的基础知识是许多人的愿望。世界各地的学者为此做了一些非常有益的尝试，却鲜有特别的成功。本书重点放在介绍量子力学的思想和它的应用成就上。作者用小朋友都能听得懂的语言讲述量子力学，整本书读起来更像是故事而不是物理的专业教科书，是叙述一个事件，而不是冷冰冰地向人灌输高深的学问。作者确信许多人在阅读完本书能激发起以后深入了解量子力学的兴趣。
作者简介
曹则贤，中国科学院物理研究所研究员。曾著：《薄膜物理》，Springer出版社；《至美无相》，中国科学技术大学出版社；《物理学咬文嚼字》，World Scientific出版社。
目录
作者序之一作者序之二
补充说明
第1章 引子
1.1宇宙如棋局
1.2绚丽的光谱
1.3黑体辐射——从电灯到光量子
1.4能量量子——光电效应与固体比热
1.5康普顿效应
1.6弗兰克-赫兹实验
1.7巴尔末老师的数字游戏
第2章 氢原子模型与旧量子力学
2.1原子结构
2.2氢原子的发光与电子跃迁
2.3原子的行星模型
2.4量子化方案
第3章 什么是量子
3.1quantum的字面意义
3.2基本单位的重要性
3.3连续与分立
3.4生活中的量子智慧
3.5能量也是分立的
第4章 谱线强度与矩阵力学
4.1克拉默斯的努力
4.2海森堡的半截子论文
4.3矩阵与矩阵力学
4.4费米的黄金规则
第5章 波动力学与薛定谔方程
5.1德布罗意的物质波
5.2薛定谔方程
5.3量子力学是本征值问题
5.4波动力学与矩阵力学的等价性
5.5氢原子问题薛定谔方程的解
5.6算符、波函数与希尔伯特空间
5.7波函数的几率诠释
5.8量子力学动力学与守恒量
第6章 自旋
6.1塞曼效应
6.2斯特恩-盖拉赫实验
6.3自己转的电子
6.4自旋与泡利矩阵
6.5粒子的自旋标签
6.6选择定则
6.7量子力学的代数
第7章 量子的眼睛看化学
7.1量子数的组合
7.2构建原则
7.3元素周期表
第8章 量子态
8.1定态薛定谔方程与能量本征态
8.2共同本征态
8.3费米子与玻色子
8.4光的单缝衍射与双缝干涉
8.5量子态叠加
8.6量子测量假说
8.7薛定谔的猫
8.8警惕线性思维
第9章 定态薛定谔方程的解
9.1一维无限深势阱
9.2一维谐振子
9.3一维周期势场
9.4二维无限深圆势阱
第10章 固体能带论与量子限域效应
10.1能带理论与固体导电行为
10.2量子限域效应与纳米技术
第11章 量子隧穿现象
11.1崂山道士与火车
11.2量子隧穿效应
11.3看见原子
11.4超导隧道效应
第12章 量子电子学与激光
12.1光的吸收与发射
12.2受激辐射
12.3激光
第13章 相对论量子力学
13.1狭义相对论
13.2相对论量子力学的尝试
13.3狄拉克方程
13.4自旋是内禀自由度
13.5反粒子与反物质
外篇 量子力学关键人物与事件
附录A 矩阵的数学
附录B 微分与偏微分
附录C 复数、复函数与复变函数
后记
精彩书摘
《量子力学（少年版）》 作者：曹则贤量子力学与相对论并称近代物理学的两大支柱。量子力学在20世纪是天才头脑中的智力风暴，在21世纪则必然要化为常识。本书循着量子力学发展的历史脉络，用关键的人物、物理事件与数学思想构筑量子力学的知识体系，引导读者在体会如何创造知识的愉悦中不知不觉走进量子力学的世界。这是一本科学家为自家少年撰写的严肃的量子力学入门书，其着眼点不止在于量子力学知识体系的介绍，更着重强调量子力学在经典物理的基础上被创建的过程细节。本书适于任何智识阶层的读者修习量子力学。
第一章 引子
1.1 宇宙如棋局
物理学的任务是认识这个我们存在于其间的宇宙，包括它的物质构成以及其中事物如何存在所应遵循的规律。这是怎样的一项事业呢？著名物理学家费曼 (Richard Feynman)在一期名为《发现的乐趣》访谈中把宇宙比喻成棋局，而物理学家研究宇宙好比是通过对棋盘上发生之现象的观察，逐步辨认出棋子的性质（种类、多少、大小、形状、颜色、味道、质量、电荷、自旋…），并猜出下棋的规则 （图1.1）。这个比喻当然不能完全反映宇宙和关于宇宙之研究的全部事实，但确实是一个非常形象的、深刻的比喻。回忆一下你在很小的时候—也许你还不认识字呢—开始几次看到下棋的情形。你很好奇，你看到有不同颜色、标记、数量的棋子，（忽略下棋人的存在）你看到棋子忽而走到这里，忽而又走到那里。你觉得很有趣，也感到很困惑：这些棋子叫什么名字？各有几个？它们是如何移动位置的？是按照什么样的策略决定应该这么走而不是那么走呢？如果没人来教你，而且你还保持着足够的好奇心的话，这些问题就会一直困扰着你。等到你看了足够多、思考了足够多以后，你会慢慢明白，这是一个两人的游戏，双方各有一将（帅）、一对士相（象）车马炮和五个小卒，马走日字象飞田，车走直线炮翻山，等等，于是你就猜透了这中国象棋的游戏玩法。人类中的物理学家理解宇宙的努力，大致也是这样的过程。
量子理论诞生于二十世纪初。它的发展过程，像极了费曼描述的通过观察棋盘上的现象从而得出游戏规则的努力。当然，量子物理学家们开始时观察的不是棋盘，而是发光现象。对，就是来自天空的星光还有炉膛里的火光。要探究的规则当然包括发光的规则，但却绝不仅局限于此。量子力学的发展，其所触及的和产出的，都远远超出物理学家们当初的想象。量子力学和相对论并称当代物理学的两大支柱。它们不仅是物理学家们的智力游戏，它们还彻底地改变了人类的生活方式。
此时刻，量子力学对于你不再是一片黑暗。你看那远方，有一丝亮光在向你发出召唤。请跟随本书，循着这亮光，开始理解量子力学。
图1.1. 宇宙如棋局，物理学家的工作是辨认宇宙这盘棋的物质基础和玩法。
1.2 绚丽的光谱
大约是1665年的某一天，伟大的牛顿 (Isaac Newton)得到了一块棱镜。在一个阳光灿烂的日子，牛顿，置身于剑桥大学一间拉上窗帘的房间里，向着一束自窗帘的破洞射入的阳光举起了他的棱镜。奇迹出现了，白色的阳光经过棱镜后，在对面的墙上映出了绚丽的光带－按着红橙黄绿蓝靛紫的顺序 （图1.2）。牛顿在1671年把这个现象命名为光谱 (spectrum，和spectre, 即幻影、幽灵，有关), 这可是歌德用来描述幽灵般的影像残留的一个词。想想看吧，本来似乎是白色的阳光，经过透明的棱镜，竟然变出了彩虹色，实在是透着诡异。彩虹，那可是天上的景象。
图1.2. 牛顿把棱镜放到阳光经过的路上，看到了绚丽的光谱。
看到了光谱的牛顿继续展示他的聪明。他让光谱落到一块有缝的木板上，这样就只有一种颜色，比如绿色，的光通过木板。让这绿色的光通过另一个棱镜，绿光仍然是绿光。但如果把所有颜色的光带都通过一个倒过来的、同样的棱镜，这些彩色的光带又聚集到了一起，呈现出原来的白色。这两个实验的结果说明什么？它们说明阳光里混合着不同颜色的光—那些彩色的光就藏在阳光的白色中。
关于阳光的另一个重大秘密，也将很快被揭晓。
1814年，德国，巴伐利亚，一家光学器件公司里，年轻的夫琅和费 (Joseph von Fraunhofer)那时已是磨制玻璃镜片的高手。公司里有的是磨制好的棱镜，估计比牛顿手里的棱镜要大而且有更高的光洁度。阳光经过夫琅和费的棱镜被分解成更宽大、更清晰的光带，从而泄露了一个重要的秘密：光带上看似不规则地布满了或粗或细的暗条纹（图1.3）。也就是说，在太阳光谱的一些特定位置上，阳光是弱的或者是缺失的。怎么回事？夫琅和费弄不明白这些暗线是怎么回事，但他做了一项了不起的工作.他测定了太阳光谱里所有576条暗线的波长，并作了标记。这些暗线条也被命名为夫琅和费线。
图1.3. 太阳光谱照片，明亮的背景上布满密密麻麻的暗线。最底下的一行德文字为“交夫琅和费处理。多谢。1814-1815”。
差不多45年后，德国科学家基尔霍夫 (Gustav Kirchhoff)和本生 (Robert Bunsen)发现一些夫琅和费线同一些元素的发射线(亮线)位置是重合的，从而判定太阳光谱上的暗线是阳光在传播路径上被吸收造成的。也就是说，如果一个元素能发射某些特定波长的光，也就一定会吸收那些特定波长的光。这个事实后来在发展量子力学的过程中起到过重要的作用。这个事实还告诉我们，元素会发射或吸收特定波长的光，则光谱线可以用来作元素分析。今天我们能够知道遥远星体的构成，比如太阳就是仅由氢和氦两种元素构成的，就是凭借光谱分析得到的。
物体在高温时会发光，这一点我们的老祖宗早就注意到了。不同的东西燃烧，可能会表现出不同的颜色，这是由燃烧物质中的元素决定的。 比如，用铁丝蘸上盐水在火苗上烧，火焰会发黄。这是因为钠元素会发射出强烈的黄光的原因 （今天我们知道是波长分别为5889.9?和5895.9 ?的双线）。到了十九世纪，确切地说是在1860年前后，由于玻璃制造技术的进步，人们已经很容易地能用棱镜分辨出挨得很近的谱线。那么，面对如图1.4 那样的光谱， 你觉得它们有什么特征需要好好研究呢？
图1.4. 钠的黄色双线。
（很不）容易想到，以下几个方面的光谱特征是需要研究理解的：1）谱线的位置，即波长或者频率(它们俩成反比关系)。为什么某个元素只发射一些特定波长的谱线呢？2）谱线的相对强度； 3） 谱线的宽度。后两点可概括如下：为什么同样条件下一个元素的光谱线有强弱、宽窄的区别？4）后来我们还会发现，把发射体置于电场或者磁场中，其发射的谱线会发生不同方式的分裂。咦，怎么回事呢？我们会看到，就是为了回答上述问题的努力，主导了量子力学的发展。
发光谱线的位置、强弱、宽窄，以及在电磁场下如何分裂，这四个发光的特征是由什么样的物理决定的呢？带着这个疑问，让我们踏上量子力学的学习之旅。
……
用户评价
哇，这本书的封面设计真的太吸引人了！那深邃的星空背景，搭配着若隐若现的量子符号，瞬间就勾起了我的好奇心。我一直觉得科学的世界充满了神秘感，尤其是量子力学，听起来就觉得无比高深。但这本书的名字叫“少年版”，这让我觉得是不是有什么特别的方式来解读这个复杂的领域呢？我猜想，它可能用了很多生动有趣的例子，就像在讲故事一样，把那些抽象的概念变得触手可及。我特别期待书中会不会有一些小实验或者小小的思维游戏，能让我亲身去感受量子世界的奇妙。毕竟，光是想象那些粒子的不确定性，就足够让人脑洞大开了。我一直在思考，我们所处的这个世界，是不是真的像书中所描绘的那样，隐藏着无数我们尚未理解的规律？这本书会不会让我对“现实”本身产生新的认识？我希望它能点燃我对科学的热情，让我开始主动去探索更多关于宇宙和物质本质的问题。
评分这本书的排版方式让我眼前一亮。我喜欢那种图文并茂的设计，感觉阅读起来会更加轻松愉快。那些精美的插图，我猜测它们一定是精心设计的，能够直观地展现那些抽象的量子现象。比如，想象一下如何用图来解释叠加态，或者量子纠缠，这本身就是一项挑战。如果这本书做到了，那真是太棒了！我一直对科学插画的魅力着迷，它们能将枯燥的公式和理论转化为视觉盛宴。我希望这本书的插画不仅仅是装饰，而是真正能够帮助我理解那些难以想象的量子概念。或许，会有一些卡通形象来引导我们进入量子世界，或者用类比的方式来解释一些悖论。这种亲切的风格，我想一定能让像我这样对物理不太感冒的人，也能兴趣盎然地读下去。我甚至可以想象，这本书的扉页上会不会有一些特别的寄语，鼓励我们保持探索的精神。
评分这本书的作者让我充满了期待。我总是觉得，一个好的科普作家，不仅仅是知识的传授者，更是思想的启迪者。如果作者能够用一种非常接地气的方式来讲解量子力学，那将是莫大的幸运。我希望他/她能够站在读者的角度，去思考我们可能会遇到的困惑，然后用最简洁、最易懂的语言来解答。我猜想，书中或许会穿插一些科学家的小故事，讲述他们是如何一步步探索量子世界的，他们的坚持和智慧，也许能成为我们学习路上的指路明灯。我特别喜欢那种能够引发思考的写作方式，不仅仅是告诉我们“是什么”，更重要的是引导我们去思考“为什么”。我希望这本书能让我明白，量子力学并非遥不可及，它其实与我们的生活息息相关，只是我们还没有发现其中的联系。
评分我一直对宇宙的奥秘充满了向往，而量子力学无疑是其中最令人着迷的部分之一。这本书的书名让我觉得它可能提供了一个绝佳的入门途径。我希望它能够帮助我理解那些听起来天马行空的量子现象，比如粒子的波粒二象性，还有那个著名的薛定谔的猫。我甚至在想，这本书会不会涉及到一些关于平行宇宙或者时间旅行的可能性，那些在科幻小说中常见的概念，在量子力学中或许真的有所依据？我非常期待能够通过这本书，初步领略到量子世界的奇妙之处，并且能够对我们生活中的一些日常现象，产生一些新的思考。我希望它能够打开我的视野，让我看到一个比我原本想象中更加广阔、更加神秘的宇宙。
评分这本书的语言风格是我最看重的一点。我讨厌那种枯燥乏味的学术腔调，我需要的是一种能够打动我、激发我好奇心的文字。我希望这本书能够像朋友一样，用一种轻松愉快的语气和我交流，带领我一步步走进量子力学的世界。我希望它能够避免使用过多晦涩难懂的专业术语，即使有，也能够用通俗易懂的方式进行解释。我甚至在想，会不会有一些幽默的段子或者巧妙的比喻，让我在笑声中理解那些复杂的概念。我希望阅读这本书的过程，能够是一种享受，而不是一种负担。我更希望，读完这本书，我能够获得一种全新的视角来看待周围的世界，并且对科学产生更深的敬畏和喜爱。
评分用过了，很好的商品，性价比高，物流快，一直信赖京东，还会一如既往的支持京东，相信有更多物美价廉的商品。
评分不错的科普书籍，通俗易懂，适于业余爱好者阅读。
评分用过了，很好的商品，性价比高，物流快，一直信赖京东，还会一如既往的支持京东，相信有更多物美价廉的商品。
评分很不错，包装也好，纸也不错，字迹清晰
评分买了放在家里看，京东物流的确不错，服务态度也很好。
评分给读物理的老大学生看的，价格有点高，凑单一本民国教材，有优惠券使用。
评分听过作者讲座，所以买的，写书的状态很好，轻松的语调讲深刻的东西。
评分好，非常喜欢曹老师
评分哈哈哈还好还好哈哈哈还好还好
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