二态系统的量子力学 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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吴金闪 著

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• 量子力学
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• 物理学
• 理论物理
• 量子光学
• 自旋系统
• 量子控制
• 开放量子系统

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030545664

版次：1

商品编码：12218587

包装：平装

开本：16开

出版时间：2017-09-01

用纸：胶版纸

页数：235

正文语种：中文

内容简介

　　《二态系统的量子力学》除了讲清楚量子力学的理论体系——Hilben空间的密度矩阵，还尽量让读者明白或者至少思考为什么量子力学的理论体系是这样的，会和经典力学的理论体系—目空间的概率分布函数——如此不一样。《二态系统的量子力学》从量子系统的实验事实开始，先尝试了用各种方法来改造和推广经典力学，从而解释这些实验，以及构造一个可计算的能够给出和量子系统的实验相符的数学模型。《二态系统的量子力学》展示了这样做的困难之处，探讨了可能的原因。之后，构建和呈现量子力学的数学结构以及如何用这个数学结构来解释量子系统的行为。通过这样的学习，希望读者不仅能够学习到量子力学，还能明白为什么量子力学长成这样，而且从中体会到什么是科学，甚至如何做科学研究。《二态系统的量子力学》所用数学在技术上只需要有一元二次方程的基础。因此，《二态系统的量子力学》的读者可以是从高中生到任何专业的大学生。但是，实际上，《二态系统的量子力学》的读者的思维负担是很大的，希望《二态系统的量子力学》的读者都能够跟作者和《二态系统的量子力学》一起来做深入的思考。《二态系统的量子力学》在重点内容的选择上是对“然，所以然，所以所以然”的关注而不仅仅讨论“然”。《二态系统的量子力学》也可以供相关专业的老师参考。

目录

第一部分 引论：为什么需要量子力学
第一章 量子系统的实验
1．1 经典粒子和经典波的实验
1．2 单个电子或者单个光子的实验
1．3 习题
1．4 本章小结
第二章 物理世界的数学模型
2．1 经典世界的确定性的数学模型
2．2 经典世界的随机性的数学模型
2．3 理论描述的目标：前后两次测量的关联
2．4 量子系统的确定性经典理论的尝试
2．5 量子系统的随机性经典理论的尝试
2．5．1 互斥构造
2．5．2 独立构造
2．6 习题
2．7 本章小结

第二部分 数学物理学上的准备
第三章 二维空间的线性代数：Dirac符号、抽象算符与表象
3．1 数学是现实世界的结构和思维的语言
3．2 从分量形式的矢量和矩阵到抽象矢量和算符，Dirac符号
3．2．1 实数域上的分量形式的矩阵和矢量
3．2．2 Dirac符号
3．2．3 矩阵的谱展开，Dirac符号与抽象矢量
3．3 复数域上的抽象矢量与抽象矩阵算符
3．3．1 复数域上的矩阵和矢量运算
3．3．2 复数域上的左矢量的分量形式的定义
3．3．3 复数域上抽象算符的谱展开
3．3．4 抽象算符的函数与算符的代数
3．4 共同本征向量，表象理论与线性变换
3．4．1 表象之间的变换
3．4．2 举例
3．4．3 相似变换作为算符
3．5 习题
3．6 本章小结
第四章 离散状态的概率论
4．1 古典概型概率论的Dirac符号形式
4．2 现代概率三元体
4．3 Dirac符号作为概率论的语言
4．4 概率转移算符
4．5 习题
4．6 本章小结
第五章 经典力学精要
5．1 力学思想
5．2 Newton力学的基本概念
5．3 势函数、保守力与能量守恒
5．4 从Newton力学到Hamiltonian力学
5．4．1 单个质点的分析力学形式
5．4．2 从单体到多体的分析力学形式
5．5 习题
5．6 本章小结

第三部分 单粒子系统的量子力学
第六章 量子系统状态的数学模型
6．1 有关量子状态和测量的公理
6．2 经典随机客体理论的公理形式
6．3 量子静态理论用于描述测量实验
6．3．1 自旋的测量和再测量
6．3．2 为什么自旋算符要用□
6．3．3 光子的which-way实验
6．3．4 为什么偏振算符取公式（6．4 6）的形式
6．3．5 自旋和光子which-way实验解释的补充：纠缠
6．4 粒子走哪一条路径和概率叠加原理
6．5 试试把测量分成三个步骤
6．6 完整地测量自旋的状态
6．7 量子与经典密度矩阵的区别
6．8 习题
6．9 本章小结
第七章 量子系统的演化
7．1 SchrSdinger方程
7．2 SchrSdinger绘景与Heisenberg绘景
7．3 习题
7．4 本章小结
第八章 单个谐振子的量子力学
8．1 位置表象
8．2 代数解法与能量表象
8．3 代数解法的更多细节：一切都是对易关系
8．4 习题
8．5 本章小结

第四部分 耦合量子系统：相互作用与纠缠
第九章 耦合量子系统的状态与测量
9．1 直积空间
9．2 经典关联态的测量
9．3 量子纠缠态的测量
9．3．1 计算视角一：一组对易算符的测量
9．3．2 计算视角二：“先后”测量
9．3．3 计算视角三：可分辨性
9．4 习题
9．5 本章小结
第十章 耦合量子系统的演化与纠缠
10．1 演化以及演化导致的纠缠
10．2 测量导致的纠缠
10．3 习题
10．4 本章小结
第十一章 量子力学的确定性经典理论的再一次讨论
11．1 纠缠态上的量子测量的结果
11．2 经典关联态上的测量的Bell不等式
11．3 Bell定理的实验检验以及Die Hard教授的吹毛求疵
11．4 前后两次测量的关联的量子力学计算
11．5 互斥构造和独立构造的经典理论的非定域性
11．6 习题
11．7 本章小结
第十二章 测量的量子力学？
12．1 经典硬币的测量：克隆
12．2 波函数塌缩：非对角项的消失
12．3 经典和量子测量的统一的框架？
12．4 习题
12．5 本章小结

第五部分 量子信息简介
第十三章 远程传态和Deutsch算法
13．1 量子远程传态
13．2 Deutsch算法
13．3 习题
13．4 本章小结
第十四章 量子博弈
14．1 经典客体上的操作和博弈
14．2 量子客体上的操作和博弈
14．3 经典和量子博弈的异同
14．4 习题
14．5 本章小结
结束语
参考文献
名词索引
人名索引
插图索引
举例索引

好的，这里是一份针对一本名为《二态系统的量子力学》的书籍的简介，它完全不涉及该书的任何具体内容，而是聚焦于量子力学领域更广泛的背景、挑战与前沿探索。 --- 深入量子前沿：物理学范式的转型与应用新境 导言：回望经典与眺望微观的鸿沟 自二十世纪初诞生以来，量子力学就以其颠覆性的理论框架，彻底重塑了我们对物质世界最基本层面的理解。经典物理学的宏伟殿堂，在原子和亚原子尺度上遭遇了无法逾越的障碍，这迫使物理学家们构建了一个基于概率、叠加态和不确定性的新世界观。本书的关注点并非局限于任何特定的量子模型或计算技巧，而是旨在为读者提供一个宏大叙事下的视角——理解量子理论从诞生之初到当代研究的演进脉络，以及它如何持续驱动着基础科学和前沿技术的革新。 我们试图探讨的核心问题是：当我们将物理实在分解到其最基本的单元时，我们观察到的是一个确定性的、可预测的宇宙，还是一个由内在不确定性主导的概率场？ 第一部分：量子理论的基石与哲学思辨 量子力学的诞生是一场知识上的地震，它不仅带来了数学上的新工具，更引发了深刻的哲学辩论，这些辩论至今仍在物理学界活跃。 1. 危机与突破：从黑体辐射到普朗克常数 量子理论的起点，源于经典物理学在解释某些实验现象（如黑体辐射的“紫外灾难”）时的失败。我们回顾了这一历史性的转折点，探讨了能量量子化概念的引入如何标志着一个新时代的开始。重点不在于推导薛定谔方程，而在于理解这种“不连续性”的引入，对物理实在观的冲击。 2. 核心概念的重塑：叠加、测量与纠缠的幽灵 本书将宏观地考察量子力学的几个标志性特征。叠加态的概念挑战了日常直觉中“事物要么在此要么在那里”的确定性。我们审视了“测量问题”——量子态在被观测时如何“坍缩”到确定的本征态——这一现象引发了关于实在本质的长期争论。 此外，量子纠缠，爱因斯坦所称的“鬼魅般的超距作用”，被视为量子力学中最奇特且最具潜力的现象之一。我们讨论了贝尔不等式的提出及其对局域实在论的挑战，这迫使我们重新思考空间和信息传递的本质。 3. 诠释之争：实在的多种面貌 自量子力学确立以来，关于“它到底告诉了我们什么”的争论从未停止。本书将概述几种主要的解释框架，如哥本哈根诠释、多世界诠释、隐变量理论等。我们旨在展示，即便在理论框架被广泛接受的情况下，对于微观世界运作方式的“最佳”理解依然是开放性的探索，这体现了基础物理学的深刻性和持续的活力。 第二部分：从理论走向应用：量子世界的实践意义 量子力学的力量不仅在于解释过去，更在于驱动面向未来的技术革命。本部分将视角转向更广阔的物理工程和信息科学领域。 1. 量子场论的宏伟蓝图 虽然本书不会深入研究复杂的量子场论（QFT）的数学细节，但我们会探讨其概念框架的重要性。QFT是将狭义相对论与量子力学相结合的尝试，它为粒子物理学的标准模型提供了基础。了解QFT的框架有助于认识到，我们所知的基本粒子和相互作用是如何从连续场激发中涌现出来的。 2. 凝聚态物理中的涌现现象 在多体系统中，量子效应往往以集体行为的形式展现出来，形成宏观上可观测的现象。我们讨论了超导性和超流性，这些都是量子力学在复杂相互作用下涌现出的新奇物态的典范。这些研究不仅是基础物理学的胜利，也是材料科学和能源技术发展的基石。 3. 量子信息科学的黎明 量子力学的基本原理——叠加态和纠缠——不再仅仅是哲学上的疑点，它们已成为信息处理领域的新资源。我们探讨了量子计算和量子通信的理论前景。理解这些技术的基础，需要对量子信息的基本度量（如量子比特的概念）有一个非技术性的、概念上的把握。这预示着信息处理能力可能迎来指数级的飞跃。 结论：持续的探索与未来的挑战 量子力学已走过百年历程，它成功地解释了原子光谱、化学键合，并支撑了现代电子学。然而，它也带来了悬而未决的重大挑战：如何将量子理论与广义相对论（引力）统一起来？如何从理论层面彻底解决测量问题？如何在大尺度上维持量子相干性？ 本书的最终目的，是激发读者对这些宏大问题的兴趣。我们希望读者能认识到，量子力学不仅仅是一套计算规则，它代表了人类心智对实在本质进行的最深刻、最成功的探索之一，并且其未解之谜将继续指引未来数十年的物理学研究方向。这是一门仍在进行中的科学，它的边界，正等待着下一代思想家去拓展。

评分☆☆☆☆☆

当我在书架上看到《二态系统的量子力学》时，我脑海中闪过无数与“二”相关的物理概念，感觉这本书就像一本通往量子世界“开关”的说明书。我很好奇，它是否会以一种非常直观、甚至带点哲学意味的方式来引入量子叠加态？毕竟，一个系统可以同时处于两种状态的叠加，这本身就是对我们日常经验的巨大颠覆。书名中的“二态”会不会意味着它会从最基本的“是”或“否”、“开”或“关”、“存在”或“不存在”这样的二元对立出发，去揭示量子世界的微妙之处？我猜想，这本书可能会深入讲解如何用量子比特（qubit）的概念来表示二态系统，以及它在量子计算领域中的核心地位。它会不会介绍一些关于量子比特操控的基本原理，比如如何通过激光脉冲或者微波信号来改变量子比特的状态？我甚至联想到，这本书是否会涉及到一些关于量子退相干的讨论，探讨环境的干扰如何导致量子叠加态的消失，而“二态”的简单性会不会使得对退相干的分析更加清晰？而且，“二态系统”这个表述，听起来会不会有一种“最小单位”的感觉？会不会这本书的目标是让我们理解，即使是最简单的量子系统，也蕴含着无穷的复杂性和可能性？我设想，它会用最精炼的语言，最核心的数学工具，去展现量子世界的“最小之大”，让我们窥见宇宙最深层的运行规律。

评分☆☆☆☆☆

这本《二态系统的量子力学》这个名字，勾起了我不少关于物理学史的联想。我总觉得，很多伟大的物理学理论，往往是从最简单的模型开始构建起来的。而“二态系统”听起来就像是这样一个“乐高积木”的基本单元。想象一下，如果我们可以把任何复杂的量子现象，都简化成是无数个二态系统在相互作用，那该是多么强大的思维方式？这本书会不会从历史上那些奠定量子力学基础的思想实验讲起？比如，普朗克的黑体辐射，爱因斯坦的光电效应，玻尔的原子模型，甚至是早期的波粒二象性争论，这些是不是都与某种形式的“二态”概念息息相关？我猜想，书中可能会详细探讨例如一个粒子是处于“向上”还是“向下”自旋这两种状态，或者是光子是“偏振”还是“不偏振”这样基础的二态例子。然后，它会不会把这些简单的模型，抽象化成更通用的数学框架，比如矩阵表示，或者状态向量？我特别好奇，这本书会不会深入到量子测量理论，特别是关于波函数塌缩的解释，并且会用二态系统作为最直观的例子来阐述这一过程？它会不会像一些经典的物理学教材那样，在讲解理论的同时，穿插一些历史故事，让读者感受到物理学家们在探索这些前沿概念时的艰辛与智慧？毕竟，从宏观世界的经典力学过渡到微观世界的量子力学，这中间的鸿沟是如此巨大，而二态系统也许就是跨越这条鸿沟的重要桥梁。

评分☆☆☆☆☆

我对《二态系统的量子力学》这个书名，产生了一种既严谨又充满想象的联想。它似乎指向了量子世界中最基础的“粒子”，或者说最基本的“信息载体”。我猜测，这本书可能并非一开始就直接跳到复杂的数学推导，而是会用一种更加“接地气”的方式，来解释“二态”的含义。比如，想象一下一个电子，它的自旋只有两种可能，向上或者向下。又比如，一个光子，它有两种可能的状态，水平偏振或垂直偏振。这本书会不会就从这些最直观的例子出发，去引导读者理解量子力学中的基本概念？我非常好奇，它是否会深入讲解量子叠加态的性质，并且用非常形象的比喻来帮助读者理解，为什么一个粒子可以同时处于两种状态，而不是像经典世界那样，只能处于其中一种？它会不会探讨量子测量是如何“选择”其中一种状态的？我猜想，书中可能还会涉及一些关于量子相干性的内容，以及如何保持量子系统的这种“叠加”特性。我甚至觉得，这本书的“二态”概念，可能还会延伸到量子纠缠，因为纠缠通常发生在两个或多个量子比特之间，而每一个量子比特本身就可以看作是一个二态系统。这本书会如何将这些看似独立的量子现象，通过“二态系统”这个核心概念串联起来，是我最期待的。

评分☆☆☆☆☆

这本书的名字听起来就很有意思，“二态系统”这个概念本身就充满了神秘感，让我想起了很多物理学中的经典例子，比如叠加态，或者自旋为1/2的粒子。量子力学更是前沿中的前沿，听起来就很有挑战性，但也充满了探索未知的乐趣。我一直对那种能够用简洁的数学语言描述复杂现象的学科很着迷，量子力学恰恰就是这样。这本书的标题立刻就勾起了我的好奇心，它会不会深入讲解二态系统在量子世界中的各种奇特表现？比如，当一个系统只有两种可能的“状态”时，量子效应会有什么特别之处？是会比多态系统更容易理解，还是会因为其简洁性而暴露出更多反直觉的量子特性？我设想这本书会从最基础的二态模型入手，逐步引入薛定谔方程，探讨能量本征态，以及如何用狄拉克符号等更抽象的数学工具来描述这些状态。或许还会涉及到像斯忒恩-革拉赫实验这样的关键性实验，来佐证理论的合理性。这本书是否会带领读者一步步理解量子纠缠的本质，以及这种“幽灵般的超距作用”是如何在二态系统中得到最纯粹的体现？我甚至猜想，书中可能会用二态系统作为模型，来解释一些更复杂的量子现象，比如量子计算中的基本门操作，或者量子退火等优化算法的原理。总而言之，单凭书名，我就已经开始对这本书的内容充满期待，它似乎承诺了一场关于量子世界最基础、也最核心的奥秘的深度之旅。

评分☆☆☆☆☆

《二态系统的量子力学》这个名字，给我的第一感觉是一种高度的抽象与概括。它仿佛在说，量子世界的奥秘，可以从最简单的“两种状态”的系统开始去理解。我猜想，这本书的起点可能非常高，不会花太多篇幅去铺垫宏观物理的知识，而是会直接进入量子力学的范畴。它是否会从狄拉克符号这样的数学语言开始，来描述一个抽象的二态系统？比如，用 $|0 angle$ 和 $|1 angle$ 这两个基本向量来表示两种正交的基态，然后探讨任意一个量子态都可以是它们的线性叠加？我好奇，书中是否会详细讲解如何用刘维尔方程或者密度矩阵来描述一个二态系统的演化，特别是当它与环境发生相互作用时？它会不会深入探讨一些实际的物理系统，比如超导量子比特、离子阱量子比特，甚至是被俘获的原子，它们是如何被建模成二态系统的，以及科学家们是如何操控它们的？我尤其关注，这本书是否会涉及到一些关于量子信息处理的理论基础，比如量子态的制备、操控和测量，并且会用二态系统作为最基本的载体来解释这些过程？它是否会展现出，即使是最简单的二态系统，也蕴含着强大的计算和模拟能力？我设想，这本书将是一次高层次的思维探索，带领读者领略量子力学的逻辑之美和数学之妙。