量子里程碑Ⅰ 顧樵 9787030827784 【台灣高等教育出版社】

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書名：量子里程碑Ⅰ
ISBN：9787030827784
出版社：科學
著編譯者：顧樵
頁數：348
所在地：中國大陸 *此為代購商品
書號：1745901
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內容簡介
以海森伯1925年創建矩陣力學為起點，量子力學已經走過了整整一個世紀。《量子里程碑I》通過一系列專題來展示該學科百年來的里程碑式跨越。從量子力學核心知識出發，進人*大熵原理、輻射與物質相互作用、量子信息學、量子生物學、天體物理學與宇宙學等領域，特別講述宇宙加速膨脹與暗能量、黑洞與霍金輻射、中微子理論及應用前景、地球氣候的物理模型、量子糾纏及阿秒物理學等諾貝爾獎專題。從大學本科知識出發，以追根溯源、深人淺出、細緻詳盡的方式，逐漸推進到前沿熱點。追求嚴謹的學術論述，生動的科普解說，真實的歷史故事。
I卷為1～11章 。

目錄

目錄

前言
第1章 量子與黑體輻射 1
1 1 從芝諾悖論說起 1
1 2 黑體輻射的概念 2
1 3 黑體輻射的實驗規律 6
1 4 黑體輻射的理論研究 7
1 4 1 維恩分佈 8
1 4 2 輻射模密度 9
1 4 3 瑞利–金斯公式 13
1 5 普朗克黑體輻射公式 14
1 6 黑體輻射公式的應用 20
1 6 1 普朗克公式的推論 20
1 6 2 波長分佈與頻率分佈 22
1 6 3 固體比熱的量子理論 23
1 7 芝諾悖論的解除 25
第2章 量子世界的不確定性——測不准原理 27
2 1 海森伯的故事 27
2 1 1 天之驕子 27
2 1 2 矩陣力學 28
2 1 3 測不准關係 31
2 1 4 物理學之外 33
2 2 算符的對易關係 34
2 3 算符對易的物理意義 36
2 4 測不准關係 38
2 4 1 一般性推導 38
2 4 2 傅里葉變換 41
2 4 3 電子單縫衍射 42
2 4 4 勢阱中的小球 43
2 5 測不准關係的應用 44
2 5 1 自由粒子 44
2 5 2 諧振子 45
2 5 3 基態氫原子 48
2 5 4 含時情況：自由粒子波包 52
2 5 5 估算能量 53
2 5 6 超導中的測不准關係 54
2 6 能量–時間測不准關係58
2 6 1 一個簡單的推導方法 58
2 6 2 作為一般性測不准關係的推論 59
2 6 3 從相對論推導測不准關係 60
2 6 4 關於測不准關係的爭論 62
第3章 量子體系的統計方法——薛定諤方程 66
3 1 波函數 66
3 1 1 從”軌道”到”概率” 66
3 1 2 波函數的性質 70
3 1 3 力學量的平均值和期待值 72
3 2 薛定諤方程 73
3 2 1 電子雙縫衍射 73
3 2 2 自由粒子的波函數 76
3 2 3 薛定諤方程的建立 77
3 2 4 薛定諤方程的本征解 80
3 3 薛定諤方程的一般解 82
3 4 求解量子體系的一般方法 84
3 5 一個實例：雙原子分子的能級 90
3 5 1 莫爾斯勢 90
3 5 2 諧振子近似 91
3 5 3 精確解 92
3 5 4 與測量結果相比較 93
3 6 關於量子力學統計方法的討論 94
第4章 量子隧穿 97
4 1 什麼是量子隧穿 97
4 2 方形勢壘 98
4 3 任意勢壘 104
4 3 1 任意勢壘的透射係數 104
4 3 2 透射係數的估算 105
4 3 3 隧穿效應發生的條件 107
4 4 原子核的 α 衰變 108
4 5 隧穿效應的應用 111
4 5 1 冷電子發射 111
4 5 2 熱核聚變 112
4 5 3 隧道二極管 114
4 5 4 掃描隧道顯微鏡 115
4 5 5 原子鐘 116
4 5 6 化學與生物方面的應用 117
第5章 量子躍遷 119
5 1 含時微擾論方程 119
5 2 躍遷概率與典型的躍遷過程 121
5 2 1 躍遷概率 121
5 2 2 常微擾 122
5 2 3 費米黃金規則 125
5 2 4 週期性微擾 126
5 3 偶極近似 128
5 4 原子與光場的相互作用 130
5 4 1 吸收 130
5 4 2 受激發射 131
5 4 3 自發發射 131
5 5 愛因斯坦方程 132
5 5 1 非相干微擾光場 132
5 5 2 愛因斯坦方程中的躍遷速率 133
5 5 3 躍遷速率 136
5 6 激光 137
5 6 1 激光產生的物理機制 137
5 6 2 激光的量子特性 140
5 7 自發發射與合作自發發射 141
5 7 1 自發發射：熒光 141
5 7 2 合作自發發射：超熒光和超輻射 142
第6章 泡利矩陣與電子自旋 145
6 1 泡利矩陣 145
6 1 1 基本性質 145
6 1 2 自旋向上和自旋向下 149
6 1 3 雙態體系問題 152
6 2 自旋 154
6 2 1 氫原子的軌道磁矩 154
6 2 2 自旋和自旋 1/2 156
6 3 電子自旋 158
6 3 1 電子”自轉角動量” 158
6 3 2 施特恩–格拉赫實驗 160
6 4 自旋的矩陣表示 163
6 4 1 自旋矩陣 163
6 4 2 自旋角動量的投影 165
6 5 電子自旋的相對論量子力學描述 167
6 6 電子自旋的機制究竟是什麼？ 172
第7章 固體的量子理論 176
7 1 固體中的電子：兩種模型 176
7 2 自由電子氣模型 177
7 2 1 三維無限深勢阱模型 177
7 2 2 費米能級 178
7 2 3
第1模型 180
7 3 能帶形成的機制 182
7 4 克勒尼希–彭尼模型 183
7 5 能帶論 185
7 5 1 週期勢場中的薛定諤方程 185
7 5 2 電子的能量方程及能帶 187
7 5 3 允帶和禁帶 190
7 5 4 布裡淵區 192
7 6 半導體 194
7 6 1 半導體的基本性質 195
7 6 2 半導體內電場 196
7 6 3 半導體載流子的定解問題 199
7 7 光子晶體 201
7 8 量子統計力學 204
7 8 1 三粒子體系 204
7 8 2 N粒子體系 207
7 8 3 *概然布居數 210
7 8 4 參數的物理意義 212
7 8 5 量子統計分佈與平均粒子數 214
7 9 量子統計力學的應用215
7 9 1 化學勢與費米能級 215
7 9 2 黑體輻射與平均光子數 216
7 9 3 晶格振動、聲子與德拜模型 218
7 10 石墨烯 223
7 10 1 石墨烯：碳原子網 223
7 10 2 石墨烯的能帶結構 225
7 10 3 奇特的量子效應 227
7 10 4 石墨烯的狄拉克方程 228
第8章 輻射場的量子態 230
8 1 量子諧振子 230
8 2 算符代數法 231
8 2 1 哈密頓算符的代數形式 232
8 2 2 基態和任意本征態 234
8 2 3 數態和數態表像 237
8 3 單模輻射場與量子諧振子 238
8 3 1 無損耗傳輸線的量子化 238
8 3 2 單模輻射場的量子化 240
8 4 光子數態 243
8 5 相干態 245
8 5 1 數態的相干疊加 245
8 5 2 相干態的基本性質 247
8 5 3 平移算符 249
8 5 4 非正交性 251
8 5 5 完備性 252
8 5 6 高斯波包 253
8 6 壓縮態 254
8 6 1 非第1光 255
8 6 2 雙光子相干態 257
8 6 3 壓縮態的物理圖像 259
第9章 薛定諤貓態 261
9 1 量子疊加原理 261
9 2 薛定諤貓態的概念 262
9 3 薛定諤貓態的量子統計性質 264
9 3 1 數值解與討論 264
9 3 2 偶相干態和奇相干態 267
9 4 薛定諤貓態的相干性269
9 4 1 薛定諤貓態的退相干 269
9 4 2 用位相調製維持相干性 270
9 4 3 位相調製的實驗方案 273
第10章 單模場與單原子的相互作用 275
10 1 二能級原子 275
10 2 JCM模型的精確解 277
10 3 含時JCM體系 280
10 3 1 含時JCM體系的表述 280
10 3 2 含時JCM體系的性質 281
10 4 真空態 282
10 5 相干態 285
10 5 1 相干態JCM體系 285
10 5 2 光子數分佈 287
10 6 JCM體系的製備——腔模QED 288
第11章 *大熵原理 291
11 1 熵的定義 291
11 1 1 克勞修斯熵與玻爾茲曼熵 291
11 1 2 吉布斯熵：統計熵 292
11 1 3 熵與信息 294
11 1 4 熵的基本性質 295
11 2 量子熵 298
11 2 1 混合態的量子熵：正交集 299
11 2 2 混合態的量子熵：非正交集 302
11 2 3 熵動力學 305
11 3 *大熵原理：一個簡單例子 310
11 3 1 一個簡單例子 311
11 3 2 一般表述 315
11 3 3 玻爾茲曼分佈 316
11 3 4 分佈函數的熵 318
11 4 輻射場的*大熵原理 319
11 4 1 量子熵的*大化 320
11 4 2 熱平衡中的輻射場 320
11 4 3 平均光子數與量子熵 323
11 4 4 光子統計的一般性計算 325
11 4 5 熱場的光子統計性質 327
11 4 6 熱場的量子起伏 329
11 5 噪聲中的相干態 329
11 5 1 熵的*大化 330
11 5 2 兩個特殊情況 332
11 5 3 輻射場的性質 334
11 6 噪聲中的壓縮態 338
11 6 1 Yuen哈密頓量 339
11 6 2 熵的*大化 340
11 6 3 輻射場的性質 342
11 7 結論 347
第12章 生物光子輻射的量子理論349
12 1 合作效應與合作輻射 349
12 2 三能級系統的Exciplex模型 351
12 2 1 理論建立的實驗基礎 351
12 2 2 系統的哈密頓和主方程 353
12 2 3 系統的耦合運動方程 355
12 2 4 密度算子的穩態解 359
12 3 生物分子的激發態 363
12 4 發射強度 369
12 5 強度關聯 371
12 6 系統的動力學 374
12 6 1 激發態動力學方程 375
12 6 2 合作輻射：超輻射 378
12 6 3 合作輻射：超熒光 381
12 7 理論與實驗結果的比較 386
12 8 應用舉例 391
12 9 結論 392
第13章 生命體系的非第1光 395
13 1 生命體系的若干非第1現象 395
13 2 生物光子場與 DNA 聲子庫的相互作用 397
13 3 疊加態體系的動力學性質 399
13 3 1 密度算符的含時解 399
13 3 2 輻射場的一般性質 400
13 3 3 量子熵 401
13 3 4 Wehrl熵 404
13 3 5 光子統計熵 406
13 3 6 光場熵對平均光子數的依賴性 408
13

精彩書摘
第1章 量子與黑體輻射
柏林大學教授普朗克用六年時間找到一個小不點”量子”。量子就像一粒大米，它是一碗米飯的*小單元。普朗克研究的熱輻射系統就像一碗米飯，在他眼中則是一粒粒大米的組合。普朗克以其骨子裡的執著硬是把一個個量子累加起來，結果加出了熱輻射公式。這是一個從地球到宇宙都管用的普適法則。它不但在當時用於煉鋼溫度控制，後來用於測量太陽表面溫度，竟然在百年之後還可以極其精準地描述宇宙微波背景輻射（NASA（美國國家航空航天局）的科學家還因此拿了諾貝爾大獎）。更重要的是，量子概念奠定了量子力學大廈的基石，而量子力學已經成為21世紀科學、技術和工程發展的前

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