The Physics Of Consciousness pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Basic Books

作者:Evan Harris Walker

出品人:

页数:384

译者:

出版时间:2000-12

价格:USD 20.00

装帧:Paperback

isbn号码:9780738204369

丛书系列:

图书标签:

• 物理学
• 物理
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• Physics
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好的，这是一本关于量子力学基础与应用的深入探讨，书名为《量子之维：从基本原理到前沿应用》。 --- 《量子之维：从基本原理到前沿应用》 内容简介 在二十世纪初掀起的物理学革命中，量子力学以前所未有的精度描绘了微观世界的奇异图景。它不仅颠覆了我们对物质、能量和实在性的经典认知，更成为了理解宇宙深层运作机制的基石。本书《量子之维：从基本原理到前沿应用》旨在为具有一定物理学或数学基础的读者，提供一个全面、深入且富有洞察力的量子力学导论与进阶指南。我们不仅会严谨地阐述从薛定谔方程到路径积分的数学框架，还将聚焦于量子信息、凝聚态物理中的前沿应用，展现量子理论的无穷魅力与实践潜力。 本书的结构设计旨在实现理论的渐进式深化和概念的清晰化，共分为五大部分，二十章。 --- 第一部分：量子理论的基石与数学结构 (Foundations and Mathematical Framework) 本部分致力于为读者打下坚实的数学和概念基础，这是理解所有量子现象的前提。我们首先回顾经典物理的局限性，特别是黑体辐射和光电效应如何催生了量子化概念。 第一章：从经典到量子的飞跃 本章追溯普朗克、爱因斯坦在能量量子化上的突破，并引入波粒二象性——光子和物质波的实验证据。我们将讨论德布罗意波长及其在宏观世界中的不可察觉性。 第二章：希尔伯特空间与态矢量 这是量子力学的数学骨架。我们详细介绍抽象的希尔伯特空间（复数域上的完备内积空间），并定义态矢量（Ket 矢量 $|psi angle$）作为系统状态的完整描述。重点讲解狄拉克符号（Bra-Ket Notation）的优雅性及其在表述叠加态中的核心作用。 第三章：算符、观测与本征值问题 物理量如何被量化？本章深入探讨厄米算符（Hermitian Operators）在量子力学中的地位，它们对应于可观测的物理量。详细解析本征值方程 $hat{A}|psi_n angle = a_n|psi_n angle$，并阐述测量过程中态的“坍缩”或“投影”假设，以及期望值的计算。 第四章：薛定谔方程的动力学 时间演化是物理学的核心。本章集中讨论含时薛定谔方程，并推导出定态薛定谔方程。通过详细解析一维无限深势阱、有限深势阱和谐振子等基本模型，读者将掌握如何运用该方程求解特定系统的行为和能级结构。 --- 第二部分：矩阵力学与角动量理论 (Matrix Mechanics and Angular Momentum Theory) 在理解波动性描述后，本书转向更抽象的矩阵力学视角，并重点剖析角动量——一个在原子和粒子物理中至关重要的量。 第五章：矩阵力学的复兴与等价性 海森堡矩阵力学的视角如何与薛定谔的波动力学殊途同归？本章通过分析算符的对易关系，证明了两种表述在物理结果上的等价性。 第六章：轨道角动量 深入研究轨道角动量算符 $hat{L} = mathbf{r} imes mathbf{p}$ 的代数结构，特别是其分量之间的对易关系 $[L_x, L_y] = ihbar L_z$。讲解如何通过选择 $L^2$ 和 $L_z$ 作为同时可观测量来确定其本征值和本征函数（球面谐函数）。 第七章：自旋与全角动量 引入微观粒子固有的内禀角动量——自旋（Spin），这是纯粹的量子特性。详细分析泡利矩阵，并展示如何利用升降算符（Ladder Operators）方法，在不依赖空间波函数的情况下，系统地推导出自旋角动量的所有可能状态。全角动量 $mathbf{J} = mathbf{L} + mathbf{S}$ 的叠加规则是连接原子能级结构的关键。 第八章：微扰论与近似方法 在实际问题中，精确求解薛定谔方程往往不可能。本章详细讲解时间无关微扰论（包括非简并和简并情况），用于计算微小扰动对能级和波函数的修正。此外，还将介绍变分法（Variational Principle）作为一种强大的近似工具。 --- 第三部分：全同粒子与相对论的初步涉猎 (Identical Particles and Relativistic Insights) 本部分将量子理论扩展到多粒子系统，并简要触及与狭义相对论的交叉点。 第九章：全同粒子与统计力学 处理由两个或多个不可区分粒子组成的系统是多体物理的起点。本章阐述费米子和玻色子在交换操作下的波函数对称性要求，并详细解释泡利不相容原理在原子电子排布中的决定性作用。 第十章：微扰论的应用：精细结构与塞曼效应 利用微扰论，我们解析氢原子光谱中的精细结构（考虑相对论修正和自旋-轨道耦合），并探讨原子在外磁场和电场中能级的分裂——塞曼效应（Zeeman Effect）和斯塔克效应（Stark Effect）。 第十一章：相对论量子力学的门径 介绍狭义相对论与量子力学的结合尝试。重点讨论克莱因-戈登方程（Klein-Gordon Equation）的局限性，并详细阐述狄拉克方程（Dirac Equation）的结构，它成功地统一了自旋和反物质的概念。 --- 第四部分：量子力学的诠释与深化 (Interpretations and Advanced Formalism) 超越基础计算，本部分探讨量子力学概念上更深层次的含义及其哲学挑战。 第十二章：散射理论 如何描述粒子间的相互作用过程？本章引入散射截面、微分截面等关键概念，并详细介绍费希曼图的前身——波恩近似（Born Approximation）以及更精确的$S$ 矩阵和路径积分（Path Integral）的初步概念框架。 第十三章：量子纠缠与贝尔不等式 纠缠态是量子世界最反直觉的现象。本章清晰定义纠缠态，引入EPR佯谬，并深入剖析贝尔不等式及其实验验证（如阿斯佩实验），阐明局部实在论在量子力学面前的失效。 第十四章：量子力学的若干诠释 量子力学给出了“如何计算”的精确答案，但“它到底意味着什么”仍然是物理学前沿议题。本章客观评述哥本哈根诠释、多世界诠释（Many-Worlds Interpretation, MWI）以及退相干理论（Decoherence）在解决测量问题上的贡献与争议。 --- 第五部分：前沿应用与现代物理 (Frontier Applications and Modern Physics) 最后一部分将理论知识与当今热门的研究方向相结合，展示量子力学的实际威力。 第十五章：凝聚态物理的量子基础 从布洛赫定理出发，解释晶体中电子的能带结构如何决定材料的导电性（导体、半导体、绝缘体）。介绍晶格振动（声子）的量子化及其在热学性质中的作用。 第十六章：半导体物理与量子器件 基于能带理论，本章深入探讨半导体的掺杂、PN结的形成，以及晶体管、激光器等现代电子器件的量子机制。 第十七章：超导性与宏观量子现象 剖析低温下材料电阻消失的奇特现象——超导电性。重点介绍BCS理论（Cooper Pair）和约瑟夫森结（Josephson Junction），这些都是宏观尺度上量子相干性的体现。 第十八章：引言：量子信息与计算 量子信息科学是二十一世纪的革命性领域。本章介绍量子比特（Qubit）的概念，如何利用叠加和纠缠实现超越经典计算能力的潜力。 第十九章：量子算法与信息编码 重点讲解Shor算法和Grover算法的基本思想，展示量子并行性如何改变密码学和搜索问题的复杂性等级。 第二十章：量子场论的远景 对量子场论（QFT）进行概览，将其视为量子力学与狭义相对论的最终结合，简要介绍量子电动力学（QED）如何将粒子视为场的激发态。 --- 本书特色 本书的叙述风格力求精确而不晦涩，深入而不失连贯性。我们采用一致的数学符号体系，并在关键概念后附有“概念辨析”专栏，用于澄清常见的误解，如概率幅与概率密度、算符与矩阵的区别等。大量的实例和习题（附有详细解答指南）贯穿全书，确保读者能够将抽象的数学工具应用于具体的物理场景。它不仅是大学高年级物理专业学生的理想教材，也是渴望全面理解现代物理学核心框架的工程师、计算机科学家和理论爱好者的必备参考书。本书的目的，是引导读者真正掌握“量子之维”的内在逻辑。

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