量子物理學(xué)（精裝全彩版）

1什么是量子物理學(xué)？
1什么是量子物理學(xué)？2
量子物理學(xué)怎樣影響著我們的日常生活？4
什么是物理學(xué)理論，以及什么是物理學(xué)課題？5
為什么當(dāng)我們談?wù)撐锢頃r(shí)會(huì)使用“模型”這個(gè)詞？7
為什么2015年是量子物理學(xué)特別成功的一年？8
為什么有些物體可以用經(jīng)典物理模型來描述，而有些卻
需要用量子物理模型來描述？10
什么是組成物理世界的最基本實(shí)體？12
光在經(jīng)典物理學(xué)和量子物理學(xué)中的描述有何不同？15
光探測(cè)的離散性具有什么物理意義？16
人們有可能制造出并且探測(cè)到單光子嗎？19
量子物理學(xué)是如何被發(fā)現(xiàn)的？21
電磁場(chǎng)具有量子本質(zhì)嗎？25
2量子測(cè)量以及測(cè)量產(chǎn)生的后果29
什么是經(jīng)典物理學(xué)中的“測(cè)量”？30
什么是光的偏振？31
我們?cè)鯓哟_定或者測(cè)量光的偏振？33
如果光包含有多種偏振，會(huì)發(fā)生什么？36
如果光是純偏振光，但偏振不在H或者V方向，
會(huì)發(fā)生什么？37
這些測(cè)量偏振的結(jié)果背后有什么物理意義？39
什么是光的相干性？它扮演了什么角色？41
我們可以測(cè)量單光子的偏振嗎？43
我們?nèi)绾沃苽淦裨谀骋惶囟ǚ较蛏系募兤駪B(tài)單光子？45
你可以通過量子測(cè)量來確定單光子的偏振態(tài)嗎？45
光的偏振態(tài)在經(jīng)典物理學(xué)和量子物理學(xué)中的區(qū)別是什么？46
我們?nèi)绾晤A(yù)測(cè)光偏振態(tài)測(cè)量中的概率？47
在量子領(lǐng)域中進(jìn)行測(cè)量到底是什么意思？51
什么是互補(bǔ)測(cè)量？52
為什么宏觀物體看上去具有確定的性質(zhì)，但組成它的
量子個(gè)體卻不具備這種確定性？54
什么是我們所指的物體的“態(tài)”？55
什么是量子態(tài)？56
鮑勃有可能在實(shí)驗(yàn)上確定愛麗絲制備的量子態(tài)嗎？58
鮑勃能復(fù)制(克隆)一個(gè)光子的量子態(tài)嗎？60
什么是量子相干性？61
什么是量子力學(xué)的指導(dǎo)性原則？61
量子力學(xué)到底描述了什么？63
3應(yīng)用量子數(shù)據(jù)加密65
人類可以利用量子物理學(xué)來創(chuàng)造出絕對(duì)安全的通信網(wǎng)絡(luò)嗎？66
加密是如何使信息保密的？66
絕大部分的加密方法都能被破譯，這是真的嗎？67
有沒有一種無法破譯的加密方式？69
文本信息在二進(jìn)制編碼中如何顯示？70
文本信息是如何被二進(jìn)制密鑰加密和解密的？71
光子的偏振態(tài)是如何被用來創(chuàng)建安全密鑰的？71
量子密鑰分發(fā)是基于哪些物理學(xué)原理？73
量子密鑰分發(fā)的工作原理是什么？75
如果有竊聽者，情況會(huì)怎樣？78
愛麗絲和鮑勃如何得知竊聽者伊夫是否存在？80
如果伊夫一直存在怎么辦？81
伊夫有可能使用其他更好的竊聽方式嗎？83
量子密鑰分發(fā)的研究現(xiàn)狀是什么？83
4量子行為85
在沒有被測(cè)量的情況下，量子物體的行為是什么？86
電子和彈珠的行為有什么區(qū)別？86
為什么電子總是落到山羊上？88
如果我們改變?cè)O(shè)置，結(jié)果會(huì)怎么樣呢？89
如果我們擋住一條路徑，會(huì)發(fā)生什么？90
到目前為止，我們可以得出什么結(jié)論？91
我們可以測(cè)量電子運(yùn)動(dòng)的路徑嗎？92
為什么我們不能把同樣的邏輯用在彈珠上呢？93
什么是共軛表現(xiàn)？94
有沒有其他共軛過程的例子來說明主要論點(diǎn)？96
一個(gè)過程如果是共軛的，會(huì)有哪些進(jìn)一步的后果？97
在雙路徑實(shí)驗(yàn)里，物質(zhì)的表現(xiàn)可不可以和光子的表現(xiàn)相同？100
光子的表現(xiàn)會(huì)不會(huì)偶爾符合經(jīng)典概率論？102
我們?nèi)绾伟焉鲜龅挠懻摽偨Y(jié)為一個(gè)物理學(xué)原理？103
在量子物理學(xué)中，什么是一次測(cè)量？104
一個(gè)量子物體可以同時(shí)出現(xiàn)在兩個(gè)地點(diǎn)嗎？104
量子密鑰分發(fā)是如何利用共軛過程這個(gè)概念的？105
量子理論如何描述具有兩種可能性的態(tài)？106
量子理論是如何描述一個(gè)擁有兩條可通過路徑的電子的？106
狀態(tài)箭頭可以用來代表宏觀物體的“態(tài)”嗎？109
結(jié)果的概率和量子可能性是如何聯(lián)系在一起的？109
一個(gè)電子是如何被“分離”進(jìn)入兩條路徑的？110
當(dāng)路徑干涉出現(xiàn)時(shí)，如何使用狀態(tài)箭頭來計(jì)算概率？111
如果我們更改其中一條路徑，會(huì)發(fā)生什么？113
我們?cè)鯓影焉厦娴南敕偨Y(jié)成一個(gè)指導(dǎo)性原則？114
如果我們進(jìn)一步改變路徑長度，結(jié)果會(huì)怎樣呢？114
從上面的實(shí)驗(yàn)中我們能否推導(dǎo)出一個(gè)普適性原則？118
本章的結(jié)束語是什么？120
5應(yīng)用方面——用量子干涉感應(yīng)重力123
什么是感應(yīng)技術(shù)？124
感應(yīng)引力強(qiáng)度有什么用途？125
怎樣利用量子物理學(xué)來感應(yīng)引力？126
本章的引力干涉儀和前一章的電子干涉儀有什么不同？129
中子干涉儀是一個(gè)有實(shí)際意義的引力感應(yīng)器嗎？129
6量子概率和波動(dòng)性131
波這個(gè)概念是如何被引入量子理論的？132
什么是波？132
什么是波干涉？134
什么是量子概率波？135
psi波函數(shù)是如何掌控其內(nèi)部時(shí)序的？137
是什么決定了粒子內(nèi)部時(shí)鐘的循環(huán)時(shí)間或者頻率？138
我們?nèi)绾伟烟岢龅闹笇?dǎo)性原則結(jié)合成一個(gè)有條理的
量子理論？140
什么是動(dòng)量，以及什么可以改變動(dòng)量？141
什么是能量？143
薛定諤方程是怎樣描述量子物體在時(shí)空中的運(yùn)動(dòng)過程的？144
量子概率波是怎樣和概率聯(lián)系在一起的？146
能否舉一個(gè)薛定諤方程在應(yīng)用中的實(shí)例？147
一個(gè)量子粒子是如何穿過0概率區(qū)域的？149
什么是海森堡不確定性原理？150
電子既是粒子又是波的說法正確嗎？153
7里程碑和三岔路口155
當(dāng)你來到三岔路口時(shí)，你應(yīng)該做什么？156
迄今為止，我們有哪些重要的里程碑？157
8定域?qū)嵲谡摰慕K結(jié)和貝爾測(cè)試163
物理實(shí)驗(yàn)可以探究“實(shí)在論”的本質(zhì)嗎？164
什么是相關(guān)性？它告訴了我們什么？165
能否舉一個(gè)有關(guān)相關(guān)性屬性的例子？166
能否舉一個(gè)有關(guān)相關(guān)性表現(xiàn)的例子？167
相關(guān)性是如何被計(jì)量的？168
經(jīng)典相關(guān)性和量子相關(guān)性的區(qū)別是什么？172
什么是實(shí)在論，以及我們?nèi)绾卧趯?shí)驗(yàn)里測(cè)試它？173
如何為測(cè)試實(shí)在論做好準(zhǔn)備？175
如果我們只能進(jìn)行部分測(cè)量，那會(huì)怎么樣呢？178
怎樣阻止實(shí)驗(yàn)雙方之間互通信息？181
什么是定域?qū)嵲谡摚?83
什么樣的實(shí)驗(yàn)可以推翻定域?qū)嵲谡摚?83
對(duì)于原子中釋放的光子對(duì)，是不是任何量子態(tài)都能
產(chǎn)生上述結(jié)果？191
在上述討論中，是否有任何漏洞或者瑕疵？192
什么樣的實(shí)驗(yàn)克服了潛在的瑕疵？193
約翰·貝爾對(duì)于這樣的實(shí)驗(yàn)結(jié)果做出了什么評(píng)價(jià)？193
定域?qū)嵲谡撨@一觀點(diǎn)的崩塌意味著我們必須放棄經(jīng)典
直覺和經(jīng)典物理學(xué)嗎？195
我們應(yīng)該放棄定域因果原則或者實(shí)在論嗎？
或者兩者都放棄？195
9量子糾纏和隱形傳態(tài)197
什么是量子糾纏？198
我們?nèi)绾伪硎疽粋€(gè)復(fù)合體的量子態(tài)？199
我們?nèi)绾伪硎竟庾訉?duì)的量子糾纏態(tài)？201
我們?nèi)绾沃苽涮幱谪悹柤m纏態(tài)的光子對(duì)？203
貝爾糾纏態(tài)是如何違背定域?qū)嵲谡摰模?04
關(guān)于一個(gè)量子組合體的組成部分，哪些是你可以知道的？206
在實(shí)際情況中，知道了關(guān)于量子組合體所能知道的
一切將意味著什么？207
什么是我們利用量子糾纏可以做到，而沒有量子糾纏
就做不到的？209
量子糾纏是怎樣使量子態(tài)的隱形傳送變?yōu)榭赡艿模?10
在愛麗絲那里發(fā)生的事會(huì)影響鮑勃那邊嗎？213
量子態(tài)的隱形傳送是瞬時(shí)的嗎？214
人類可以被隱形傳送嗎？215
量子態(tài)的隱形傳送有什么用？216
10應(yīng)用——量子計(jì)算217
信息是有形的嗎？218
什么是計(jì)算機(jī)？218
計(jì)算機(jī)是怎么工作的？220
單個(gè)邏輯門可以有多小？223
我們可以創(chuàng)造出使用內(nèi)在量子表現(xiàn)的計(jì)算機(jī)嗎？224
什么是量子比特？225
哪個(gè)物理原理區(qū)分了經(jīng)典計(jì)算機(jī)和量子計(jì)算機(jī)？226
量子計(jì)算機(jī)會(huì)使用哪些邏輯門？227
我們將如何操作量子計(jì)算機(jī)？231
為什么質(zhì)因數(shù)分解很難？234
量子計(jì)算機(jī)如何解決質(zhì)因數(shù)問題？237
量子計(jì)算機(jī)還能解決計(jì)算機(jī)科學(xué)中的其他難題嗎？239
量子計(jì)算機(jī)可以解決哪些物理和化學(xué)難題？241
為什么制造量子計(jì)算機(jī)如此艱難？244
制造量子計(jì)算機(jī)的前景如何？245
用哪些方法有希望制造出量子計(jì)算機(jī)？246
11能量量子化和原子249
什么是能量量子化？250
為什么當(dāng)一個(gè)粒子受到約束時(shí)，能量會(huì)被量子化？250
在一個(gè)原子中，電子的能量是如何量子化的？253
為什么電子不會(huì)停留在勢(shì)阱的底部？256
原子如何吸收光波？257
一個(gè)原子如何輻射出光？260
經(jīng)典物理學(xué)理論中電子圍繞原子核進(jìn)行軌道運(yùn)動(dòng)的說法，
在量子物理學(xué)理論中變成了什么？260
環(huán)形psi波函數(shù)和量子尺有什么關(guān)系？262
電子的psi波函數(shù)在三維空間是什么樣的？262
12應(yīng)用——利用量子技術(shù)感應(yīng)時(shí)間、位移和引力265
什么是基于量子物理學(xué)的感應(yīng)技術(shù)？266
什么是時(shí)間的科學(xué)定義？266
什么是時(shí)鐘？267
我們?cè)鯓硬拍苤圃斐鐾耆嗤臅r(shí)鐘？268
為什么基本量子體可以被制成最完美的時(shí)鐘？269
為什么先進(jìn)的時(shí)鐘技術(shù)非常重要？270
目前的原子鐘有多精確？272
原子鐘的基本工作原理是什么？273
最先進(jìn)的原子鐘是如何工作的？275
什么是慣性傳感器？278
什么是加速度計(jì)？279
常規(guī)加速度計(jì)是怎么工作的？280
加速度計(jì)有什么用途？281
什么是重力儀？它的用途是什么？282
常規(guī)重力儀如何工作？282
第一臺(tái)量子重力儀是如何工作的？284
高級(jí)量子重力儀如何工作？285
原子干涉儀可以探測(cè)到引力波嗎？288
13量子場(chǎng)和它的激發(fā)子291
什么是經(jīng)典物理學(xué)中的粒子和場(chǎng)？292
統(tǒng)一了粒子和場(chǎng)這兩個(gè)概念的量子物理學(xué)原理是什么？294
如果我們測(cè)量一個(gè)量子場(chǎng)，會(huì)發(fā)生什么？296
網(wǎng)格的量子理論如何被應(yīng)用到光波上？298
什么是量子場(chǎng)？300
什么是光子？301
粒子和場(chǎng)是同一種事物的不同形態(tài)嗎？302
場(chǎng)和粒子的統(tǒng)一也適用于電子上嗎？302
為什么我們看不到普通物體的出現(xiàn)和消失？304
宇宙是由什么組成的？305
什么是真空？305
基本粒子是怎樣獲得質(zhì)量的？307
還有其他事實(shí)為量子場(chǎng)的存在提供證據(jù)嗎？309
對(duì)量子場(chǎng)的理解解開了貝爾關(guān)系式的謎團(tuán)嗎？311
對(duì)量子場(chǎng)的理解解開了量子測(cè)量的謎團(tuán)嗎？312
為什么關(guān)于量子場(chǎng)的討論被推遲到接近本書的結(jié)尾處？313
14有待解決的問題和爭(zhēng)議315
關(guān)于量子物理學(xué)，有哪些是我們不知道的？316
什么樣的自然界是量子理論試圖告訴我們的？317
量子理論很明顯的一個(gè)問題是什么？318
量子糾纏態(tài)是如何更新的？321
海森堡的觀點(diǎn)解決了“測(cè)量難題”嗎？323
退相干有什么用？327
“從實(shí)際情況出發(fā)”，足夠嗎？328
量子概率是私有的嗎？330
這一切都在我的腦海里嗎？334
相干性萬歲？336
為什么貝爾關(guān)系式會(huì)出現(xiàn)？341
本書的意義是什么？342
注釋345