量子力学的奥秘和困惑
作者：（中国）丁鄂江
出版时间：2019年版
内容简介
在量子力学中，粒子的运动可以被分为三个阶段研究：首先根据粒子的初始条件确定初始波函数；然后由薛定谔方程计算波函数的演化；最后用测量仪器来发现粒子的所测物理量最终的状态。《量子力学的奥秘和困惑》以量子力学三阶段论为主线，通过几个典型实验的研究，深人浅出地论述了量子力学基本概念和方法，揭示了量子力学的奥秘，同时也介绍了量子力学理论中存在的争论和令人困惑之处。《量子力学的奥秘和困惑》的讨论基于量子力学的哥本哈根诠释，但是也简略地涉及了量子力学中的其他诠释。
目录
目录
第1章 一维势垒实验和量子力学“三阶段论” 1
1.1 引言 1
1.2 经典力学一维势垒问题 2
1.3 量子力学一维势垒问题 5
1.4 量子力学“三阶段论” 6
1.5 普朗克常量 10
1.6 量子力学挑战了经典物理学 12
思考题 14
第2章 双缝干涉实验和波粒二象性 15
2.1 水波通过双缝时的干涉现象 15
2.2 电子束通过双缝时的干涉现象 16
2.3 微观粒子的波粒二象性 19
2.4 单个电子的干涉现象 21
2.5 干涉条纹的计算机模拟 23
2.6 对于宏观粒子干涉现象的探索 27
2.7 双缝干涉现象的三阶段论描述 28
思考题 30
第3章 一维势阱和束缚态能级 31
3.1 经典一维无限深方势阱模型 31
3.2 量子一维无限深方势阱模型 33
3.3 一维无限深方势阱的定态 35
3.4 本征态和叠加态 37
3.5 波包 40
3.6 一维双-方势阱的定态 42
3.7 一维双-方势阱的叠加态 44
3.8 先后两次测量不同的物理量 47
3.9 对于量子力学三阶段论的一些注释 48
思考题 50
第4章 量子力学中的物理量 51
4.1 物理量的平均值和均方根差 51
4.2 坐标-动量不确定度关系 53
4.3 能量-时间不确定度关系 55
4.4 守恒定律和不确定度关系 59
4.5 玻尔互补原理 60
4.6 关于不确定度关系和互补原理的附注 62
思考题 64
第5章 施特恩--格拉赫实验和粒子自旋 65
5.1 施特恩-格拉赫实验 65
5.2 粒子的自旋量子数 68
5.3 先后两次测量相同方向自旋 69
5.4 先后两次测量不同方向自旋 70
5.5 “粒子束重新合并” 72
5.6 广义的不确定度关系 75
5.7 经典力学中的角动量与量子力学中的自旋 76
5.8 光的偏振 77
思考题 79
第6章 测量和哥本哈根诠释 80
6.1 “被测量系统”和“测量仪器”的区别 80
6.2 量子力学测量参与了粒子状态的确定 82
6.3“测量决定命运”84
6.4 测量前后系统的状态 86
6.5 薛定谔方程和测量 88
6.6“薛定谔猫佯谬” 92
6.7 量子力学教科书对哥本哈根诠释的阐述 94
思考题 99
第7章 EPR实验和贝尔不等式 100
7.1 EPR思想实验 100
7.2 纠缠态 102
7.3 “经典队”和“量子队”的纸牌游戏 106
7.4 贝尔不等式 108
7.5 EPR实验证实量子力学的预言 112
7.6 EPR实验中的三阶段论 116
7.7 对EPR实验的一些讨论 118
思考题 120
第8章 量子力学与经典直观逻辑的对立 121
8.1 关于粒子运动的三个经典直观逻辑命题 121
8.2 探测粒子“走哪条路” 123
8.3 一个简单的量子橡皮实验 126
8.4 篮球比赛和LG不等式 129
8.5 查看粒子“在哪一边” 130
8.6 量子推迟选择实验 132
8.7 “哈迪佯谬”136
8.8 关于“经典直观逻辑”的讨论 139
思考题 142
第9章 量子力学在信息传递中的应用 143
9.1 信息传递的速度 143
9.2 保密通信中的密钥分发 146
9.3 BB84量子密钥分发协议 148
9.4 RSA密码系统 153
9.5 量子安全直接通信 155
9.6 量子隐形传态 157
9.7 反事实量子通信方案 159
9.8 小结 162
思考题 163
第10章 量子力学的困惑 164
10.1 “量子力学三阶段论”带来的困惑 164
10.2 波函数是几率波还是物质波？ 167
10.3 波函数是定域性的吗？169
10.4 粒子“在哪里”和粒子“如何运动”？ 171
10.5 量子系统和测量仪器之间的界限在哪里？ 173
10.6 “量子力学的困惑”是对物理学家的激励 175
思考题 177
参考文献 178
附录A 量子势垒穿透系数的计算 183
附录B 双缝干涉的数值模拟程序 187
附录C 双缝干涉现象的解释 190
附录D 一维无限深方势阱的量子力学计算 192
附录E 一维双--方势阱的量子力学计算 196
附录F 电子的自旋 201
附录G 光的偏振 207
附录H 一个简单的“退相干”模型 209
附录I 德布罗意--玻姆理论 213
附录J 对于纠缠态的讨论 215
附录K 对“量子橡皮”的解释 218
附录L 伊利泽--威德曼问题的量子力学计算 224
附录M 对哈迪佯谬的量子力学解释 226
附录N 不可克隆定理 228
附录O RSA密钥方案 230
附录P 量子隐形传输原理 232
附录Q 思考题的参考答案 235
索引 244
后记 249
