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理論最小值:量子力學(xué)

理論最小值:量子力學(xué)

出版社：浙江教育出版社出版時(shí)間：2023-01-01
開本： 16開 頁數(shù)： 448
中 圖 價(jià):¥74.7(6.8折) 定價(jià)  ¥109.9 登錄后可看到會(huì)員價(jià)
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理論最小值:量子力學(xué) 版權(quán)信息

  • ISBN：9787572251603
  • 條形碼：9787572251603 ; 978-7-5722-5160-3
  • 裝幀：簡裝本
  • 冊(cè)數(shù)：暫無
  • 重量：暫無
  • 所屬分類：>

理論最小值:量子力學(xué) 本書特色

l 弦論之父萊昂納德·薩斯坎德量子力學(xué)入門級(jí)經(jīng)典之作。
l 關(guān)于愛因斯坦和玻爾的世紀(jì)論戰(zhàn)，提出了不同的看法。10講內(nèi)容清晰揭示量子力學(xué)的根本，幫助讀者輕松入門。
l 美國國家科學(xué)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(xué) 內(nèi)容簡介

很多人認(rèn)為量子力學(xué)復(fù)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(xì)節(jié)”這種反直覺的描述，在量子力學(xué)的語境下是接近成立的。量子力學(xué)研究的是微觀粒子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，它比經(jīng)典力學(xué)更為基礎(chǔ)和普遍。量子力學(xué)推動(dòng)了現(xiàn)代科技的進(jìn)步。因此，了解量子力學(xué)，能夠幫助我們更好地理解現(xiàn)實(shí)世界。但對(duì)于人類來說，微觀粒子無法直接感知，因此學(xué)習(xí)起來困難重重。弦論之父、斯坦福大學(xué)教授萊昂納德·薩斯坎德，數(shù)十年來致力于為大眾科普物理學(xué)知識(shí)。他的“理論*小值”系列圖書一經(jīng)出版便廣受好評(píng)，成為廣大師生推崇的學(xué)習(xí)資料。在本書中，他通過10講內(nèi)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(tǒng)中是否存在“蝴蝶效應(yīng)”、微觀粒子是否擁有無數(shù)種狀態(tài)等復(fù)雜又吸引人的問題，幫助讀者輕松掌握量子力學(xué)。

理論最小值:量子力學(xué) 目錄

作者序1 神奇的量子力學(xué)

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(shí)候應(yīng)用全新的思考邏輯了

第1講 系統(tǒng)與實(shí)驗(yàn)

第2講 量子態(tài)

第3講 量子力學(xué)基本原理

第4講 時(shí)間與變化

第5講 不確定性與時(shí)間依賴

第6講 復(fù)合系統(tǒng)：糾纏

第7講 量子糾纏進(jìn)階

第8講 粒子和波函數(shù)

第9講 粒子動(dòng)力學(xué)

第10講 諧振子

附錄


展開全部

理論最小值:量子力學(xué) 節(jié)選

第1講 系統(tǒng)與實(shí)驗(yàn)
自旋與量子比特
粒子物理學(xué)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(zhì)量，也可以沒有。一個(gè)電子當(dāng)然不同于一個(gè)夸克或者一個(gè)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(gè)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(gè)帶指向的小箭頭，但這個(gè)樸素圖像過于經(jīng)典，無法精確地表現(xiàn)真實(shí)的情況。電子的自旋大概是*具量子力學(xué)味道的物理系統(tǒng)了，對(duì)它進(jìn)行的任何經(jīng)典力學(xué)圖像化的嘗試都將不得要領(lǐng)。
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(gè)值得研究的系統(tǒng)。實(shí)際上，這個(gè)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(tǒng)。
孤立的量子自旋正好給出了一類簡單系統(tǒng)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(jì)算機(jī)中用來定義狀態(tài)的邏輯比特。很多系統(tǒng)，甚至可能是所有系統(tǒng)，都能通過量子比特的組合方式來構(gòu)造。因此在學(xué)習(xí)它的時(shí)候，我們同時(shí)也在學(xué)習(xí)更多量子比特之外的內(nèi)容。
實(shí)驗(yàn)，以及不斷重復(fù)
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(jīng)典力學(xué)》的第 1 講中，我們的討論始于一個(gè)非常簡單的確定性系統(tǒng)：一枚硬幣，它只能顯示正（H）或反（T）兩個(gè)面。我們稱其為帶有H和T兩個(gè)態(tài)的雙態(tài)系統(tǒng)，或者比特。更加形式化地，我們引入一個(gè)“自由度”σ，它可以取兩個(gè)值：+1和-1。H態(tài)可以表示為：
σ = + 1
而 T 態(tài)則可以表示為：
σ = -1
在經(jīng)典力學(xué)中，這就是態(tài)空間的全部內(nèi)容。系統(tǒng)要么處于態(tài)σ = + 1，要么處于態(tài)σ = -1，不會(huì)處于兩者之間。在量子力學(xué)里，我們認(rèn)為這樣的系統(tǒng)是一個(gè)量子比特。
《理論*小值：經(jīng)典力學(xué)》也討論了一些簡單的演化定律，它告訴我們態(tài)如何從一個(gè)時(shí)刻變化到另一個(gè)時(shí)刻。*簡單的定律就是沒有任何變化，如果我們從某個(gè)離散的時(shí)刻n
進(jìn)行到下一個(gè)時(shí)刻 n+1，演化的規(guī)律可以寫作：
σ (n + 1) = σ (n) （1-1）
現(xiàn)在讓我們挖出在《理論*小值：經(jīng)典力學(xué)》中未被關(guān)注的隱藏假設(shè)：一次實(shí)驗(yàn)中涉及的東西超出被研究的系統(tǒng)本身，還包括了用于測量的儀器 和測量結(jié)果的記錄。對(duì)于雙態(tài)系統(tǒng)來說，儀器會(huì)和（自旋）系統(tǒng)相互作用，并記錄σ的值。把儀器想象成一個(gè)黑箱，黑箱有一個(gè)用來顯示測量結(jié)果的窗口，外邊還有一個(gè)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(gè)指向?qū)?huì)影響測量結(jié)果。我們先讓它指向z軸方向（如圖1-1 所示）。
初始時(shí)，我們并不知道是σ = +1還是σ = -1，我們的目的就是做一個(gè)實(shí)驗(yàn)來找到σ的取值。
在儀器和自旋發(fā)生相互作用之前，窗口是空白的（在圖中標(biāo)記為問號(hào)），當(dāng)對(duì)σ進(jìn)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(shù)值。這一整套過程就構(gòu)成了一個(gè)用于測量σ的非常簡單的實(shí)驗(yàn)。
現(xiàn)在我們已經(jīng)測量過一次σ了，然后把儀器重置到初態(tài)，而不去擾動(dòng)自旋，再次測量σ的數(shù)值。假設(shè)演化定律遵從公式1-1，我們應(yīng)該得到和**次相同的結(jié)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(fù)多少次測量，結(jié)果都將是一樣的。這是件好事，因?yàn)榭梢杂眠@種方法來確認(rèn)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果。換句話說就是：與儀器的**次相互作用把系統(tǒng)制備到了兩個(gè)態(tài)中的一個(gè)，后續(xù)的實(shí)驗(yàn)則確認(rèn)了這個(gè)態(tài)。到目前為止，經(jīng)典物理學(xué)和量子力學(xué)之間還沒有差別。
接下來讓我們玩點(diǎn)新東西。在使用儀器 測量自旋也就是制備好系統(tǒng)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(huì)發(fā)現(xiàn)倒置的儀器測量的結(jié)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(fā)生對(duì)換。根據(jù)這些結(jié)果，我們可以得出結(jié)論：σ是一個(gè)與空間方向相關(guān)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(huì)得到一個(gè)相反的讀數(shù)。有一個(gè)簡單的解釋是：儀器所測量的正是矢量在該儀器內(nèi)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(rèn)定自旋是一個(gè)矢量，那我們就可以很自然地使用三個(gè)分量σx 、σy和σz來描述它。當(dāng)把儀器指向上方時(shí)，我們就是在測量σz 。
到目前為止，量子力學(xué)和經(jīng)典力學(xué)之間還沒有差別。只有當(dāng)我們把儀器轉(zhuǎn)動(dòng)到某個(gè)任意的角度時(shí)差別才出現(xiàn)，比如弧度 π/2（90°）。儀器在開始時(shí)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(zhuǎn)動(dòng)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(gè)矢量在向上方向上的分量，那結(jié)果應(yīng)該為0。為什么呢？起始時(shí)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(gè)。無論儀器被轉(zhuǎn)到了什么方向，它都絕對(duì)不會(huì)給出σ =±1之外的任何答案。如果自旋真的是個(gè)矢量的話，那也算是非常奇特的一個(gè)了。
盡管如此，我們還是發(fā)現(xiàn)了一些有趣的東西。假定我們依照下列步驟重復(fù)操作很多次，即：
● 開始時(shí) 指向z軸方向，制備到σ=+1。
● 把儀器旋轉(zhuǎn)到x軸的方向。
● 測量σ。
重復(fù)這個(gè)實(shí)驗(yàn)，儀器將吐出一串包含+1和-1的隨機(jī)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(fù)的次數(shù)非常多，就會(huì)發(fā)現(xiàn)σ =+1的事件數(shù)和σ = -1的事件數(shù)在統(tǒng)計(jì)上是一樣多的。換句話說，σ的平均值是 0。經(jīng)典的結(jié)果應(yīng)該是σ在x 軸上的分量為0，我們發(fā)現(xiàn)這個(gè)結(jié)論要被取代，變成：多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)的平均值為0。

理論最小值:量子力學(xué) 作者簡介

萊昂納德·薩斯坎德
世界知名理論物理學(xué)家，斯坦福大學(xué)教授。美國國家科學(xué)院院士，美國藝術(shù)與科學(xué)院院士，弦論的創(chuàng)始人之一。他和他所領(lǐng)導(dǎo)的研究小組進(jìn)行了多年的研究，蕞終提出了一個(gè)震驚世界的觀點(diǎn)：宇宙的發(fā)展需要外在的力量參與而非自身發(fā)展。
阿特·弗里德曼
數(shù)據(jù)顧問，曾在惠普做了15年軟件工程師。他一生都在學(xué)習(xí)物理學(xué)。

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