量子力学的奥秘和困惑

本书与正规的教科书的区别在于，这本书尽量不用复杂的数学工具，而是侧重物理实验的介绍和物理概念的解释。本书第一章力求解释清楚在一维势垒问题上经典力学和量子力学的区别，并且介绍量子力学的基本方法，讨论量子力学历史上著名的"薛定谔猫"。第二章介绍量子力学中的双缝干涉实验。这个实验的现象是经典力学无法解释的，但是量子力学却可以解释。第三章将介绍斯特恩-盖拉赫实验。第四章介绍EPR实验和贝尔不等式。第五章讨论的"粒子走哪条路"的问题和"量子橡皮"问题。第六章讨论的三光子纠缠态问题和哈迪佯谬，都是近年来量子力学研究的热点问题。以上六章的讨论都是围绕着实验进行的。量子力学中争论的问题，归根结底是实验问题而不是理论问题。第七章对量子力学中关于"测量"问题的各种理论做简单介绍。第八章，总结了量子力学的困惑。

第1章 一维势垒实验和量子力学“三阶段论”
1.1 引言
1.2 经典力学一维势垒问题
1.3 量子力学一维势垒问题
1.4 量子力学“三阶段论”
1.5 普朗克常量
1.6 量子力学挑战了经典物理学
思考题
第2章 双缝干涉实验和波粒二象性
2.1 水波通过双缝时的干涉现象
2.2 电子束通过双缝时的干涉现象
2.3 微观粒子的波粒二象性
2.4 单个电子的干涉现象
2.5 干涉条纹的计算机模拟
2.6 对于宏观粒子干涉现象的探索
2.7 双缝干涉现象的三阶段论描述
思考题
第3章 一维势阱和束缚态能级
3.1 经典一维无限深方势阱模型
3.2 量子一维无限深方势阱模型
3.3 一维无限深方势阱的定态
3.4 本征态和叠加态
3.5 波包
3.6 一维双-方势阱的定态
3.7 一维双-方势阱的叠加态
3.8 先后两次测量不同的物理量
3.9 对于量子力学三阶段论的一些注释
思考题
第4章 量子力学中的物理量
4.1 物理量的平均值和均方根差
4.2 坐标-动量不确定度关系
4.3 能量-时间不确定度关系
4.4 守恒定律和不确定度关系
4.5 玻尔互补原理
4.6 关于不确定度关系和互补原理的附注
思考题
第5章 施特恩--格拉赫实验和粒子自旋
5.1 施特恩-格拉赫实验
5.2 粒子的自旋量子数
5.3 先后两次测量相同方向自旋
5.4 先后两次测量不同方向自旋
5.5 “粒子束重新合并”
5.6 广义的不确定度关系
5.7 经典力学中的角动量与量子力学中的自旋
5.8 光的偏振
思考题
第6章 测量和哥本哈根诠释
6.1 “被测量系统”和“测量仪器”的区别
6.2 量子力学测量参与了粒子状态的确定
6.3 “测量决定命运”
6.4 测量前后系统的状态
6.5 薛定谔方程和测量
6.6 “薛定谔猫佯谬”
6.7 量子力学教科书对哥本哈根诠释的阐述
思考题
第7章 EPR实验和贝尔不等式
7.1 EPR思想实验
7.2 纠缠态
7.3 “经典队”和“量子队”的纸牌游戏
7.4 贝尔不等式
7.5 EPR实验证实量子力学的预言
7.6 EPR实验中的三阶段论
7.7 对EPR实验的一些讨论
思考题
第8章 量子力学与经典直观逻辑的对立
8.1 关于粒子运动的三个经典直观逻辑命题
8.2 探测粒子“走哪条路”
8.3 一个简单的量子橡皮实验
8.4 篮球比赛和LG不等式
8.5 查看粒子“在哪一边”
8.6 量子推迟选择实验
8.7 “哈迪佯谬”
8.8 关于“经典直观逻辑”的讨论
思考题
第9章 量子力学在信息传递中的应用
9.1 信息传递的速度
9.2 保密通信中的密钥分发
9.3 BB84量子密钥分发协议
9.4 RSA密码系统
9.5 量子安全直接通信
9.6 量子隐形传态
9.7 反事实量子通信方案
9.8 小结
思考题
第10章 量子力学的困惑
10.1 “量子力学三阶段论”带来的困惑
10.2 波函数是几率波还是物质波？
10.3 波函数是定域性的吗？
10.4 粒子“在哪里”和粒子“如何运动”？
10.5 量子系统和测量仪器之间的界限在哪里？
10.6 “量子力学的困惑”是对物理学家的激励
思考题
参考文献
附录A 量子势垒穿透系数的计算
附录B 双缝干涉的数值模拟程序
附录C 双缝干涉现象的解释
附录D 一维无限深方势阱的量子力学计算
附录E 一维双--方势阱的量子力学计算
附录F 电子的自旋
附录G 光的偏振
附录H 一个简单的“退相干”模型
附录I 德布罗意--玻姆理论
附录J 对于纠缠态的讨论
附录K 对“量子橡皮”的解释
附录L 伊利泽--威德曼问题的量子力学计算
附录M 对哈迪佯谬的量子力学解释
附录N 不可克隆定理
附录O RSA密钥方案
附录P 量子隐形传输原理
附录Q 思考题的参考答案
索引
后记