以海森伯1925年创建矩阵力学为起点，量子力学已经走过了整整一个世纪。本书通过一系列专题来展示该学科百年来的里程碑式跨越。从量子力学核心知识出发，进入最大熵原理、辐射与物质相互作用、量子信息学、量子生物学、天体物理学与宇宙学等领域，特别讲述宇宙加速膨胀与暗能量、黑洞与霍金辐射、中微子理论及应用前景、地球气候的物理模型、量子纠缠及阿秒物理学等诺贝尔奖专题。从大学本科知识出发，以追根溯源、深入浅出、细致详尽的方式，逐渐推进到前沿热点。追求严谨的学术论述，生动的科普解说，真实的历史故事。
II卷为第12～20章。
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本科：1977 年，考入西北大学物理学系激光专业，1982 年 3 月毕业。
硕士和博士：1989 年，在西北大学现代物理研究所师从侯伯宇教授、张纪岳教授获得理学博士学位，研究方向为量子光学。1989年：获得理学博士学位(量子光学)，1991年晋升为副教授；
1991—今: 德国国际生物物理研究所(教授)，1995年以来任生物光子实验室主任
2010—今: Chief Scientist, International Institute of Quantum Biology, Germany1994年由于提出描述生物光子动力学与稳态行为的“顾参数”而获得德国生物物理研究所奖励。
目录
第1章 量子与黑体辐射
1.1 黑体辐射的概念 1
1.2 黑体辐射的实验规律 2
1.3 黑体辐射的经典理论 6
1.4 黑体辐射的研究
1.4.1 维恩的理论 8
1.4.2 瑞利-金斯 9
1.4.3 瑞利-金斯公式 14
1.5 普朗克的公式
1.5.1 普朗克公式的形式 20
1.5.2 普朗克公式的推证 20
1.6 黑体辐射公式的应用
1.6.1 波长分布的峰值 22
1.6.2 黑体的角量子论 23
第2章 光子 神秘的粒子——光的本性
2.1 光是什么
2.1.1 光的微粒说 27
2.1.2 光的波动说 27
2.1.3 光的量子说 28
2.1.4 波粒二象性 31
2.2 算符的对易关系
2.2.1 算符对易关系的意义 34
2.3 算符的对易关系
2.3.1 坐标和动量的对易关系 38
2.3.2 角动量的对易关系 41
2.3.3 电子自旋的对易关系 42
2.4 算符的应用
2.4.1 角动量的应用 43
2.5 几个简单的例子
2.5.1 自由粒子 45
2.5.2 谐振子 54
2.5.3 氢原子及类氢离子 58
2.5.4 矩阵力学的几个要点 59
2.6 能量-时间的不确定关系
2.6.1 作为单缝衍射不确定关系的推证 58
2.6.2 作为一般的推导方法 59
2.6.3 关于测不准关系的讨论 60
第3章 粒子 微观世界的另一半——实物粒子
3.1 从“粒子”到“波”
3.1.1 德布罗意的假设 66
3.1.2 德布罗意的验证 70
3.1.3 波函数的归一化和物理意义 72
3.2 薛定谔方程的建立
3.2.1 定态薛定谔方程 73
3.2.2 自由粒子的波函数 76
3.2.3 定态薛定谔方程的求解 80
3.2.4 薛定谔方程的本征解 82
3.3 几个简单的例子
3.3.1 势阱中的粒子——分立能级 90
3.3.2 隧道效应 91
3.3.3 谐振子 92
3.3.4 与氢原子的比较 93
第4章 原子 微观世界的基石
4.1 早期量子论的方法与结论
4.1.1 玻尔的量子论 94
4.2 元素周期表
4.2.1 元素的周期性 97
4.3 原子壳层
4.3.1 泡利不相容原理 104
4.3.2 原子的电子组态 105
4.3.3 朗德间隔定则 107
4.3.4 原子的磁矩 108
4.3.5 塞曼效应 111
4.3.6 隧道效应 111
4.3.7 核磁共振 112
4.3.8 扫描隧道显微镜 115
4.3.9 原子钟 116
4.3.10 原子干涉仪 119
4.4 分子 化学键与分子的结构
4.4.1 离子键 121
4.4.2 共价键 121
4.4.3 金属键 122
4.4.4 范德瓦尔斯键 125
4.5 固体 晶体的结构
4.5.1 晶体的微观结构 126
4.5.2 晶体的宏观对称性 130
4.6 电子与光的相互作用
4.6.1 光电效应 136
4.6.2 康普顿散射 140
4.7 自发发射、受激发射、激光
4.7.1 自发发射与受激发射 141
4.7.2 粒子数反转、光放大和激光 142
第5章 电子 神奇的粒子——自旋和磁矩
5.1 泡利不相容原理
5.1.1 泡利不相容原理的提出 145
5.1.2 泡利不相容原理的内容 150
5.1.3 泡利不相容原理的应用 152
5.2 电子的自旋角动量
5.2.1 自旋角动量的发现 154
5.2.2 自旋角动量的性质 158
5.3 电子的自旋磁矩
5.3.1 自旋磁矩的提出 159
5.3.2 自旋磁矩的性质 160
5.3.3 自旋磁矩的测量 163
5.4 电子自旋的相对论量子力学描述
5.4.1 电子自旋的相对论量子力学描述 167
5.5 电子的自旋角动量是电子的固有属性
5.5.1 电子的自旋角动量是电子的固有属性 172
第6章 固体 电子的海洋——能带理论
6.1 自由电子模型 176
6.2 三维自由电子模型 177
6.3 能带理论的基本思想 178
6.4 能带形成的机制 180
6.5 能带理论的成功与应用 182
6.6 金属、半导体和绝缘体的能带结构 185
6.7 电子的能态密度 187
6.8 电子的热容量 190
6.9 半导体 194
6.9.1 半导体的基本性质 195
6.9.2 半导体的实际应用 196
6.9.3 半导体的载流子的输运 199
第7章 原子核 物质的更深层次
7.1 原子核的组成 204
7.2 原子核的性质 207
7.3 原子核的结合能 215
7.4 原子核的衰变 215
7.5 原子核的裂变 216
7.6 原子核的聚变 221
7.7 原子核的辐射 223
7.8 原子核的磁矩 225
7.9 原子核的宇称 226
7.10 穆斯堡尔效应 227
7.11 核磁共振 230
第8章 粒子 物质的最小单元
8.1 粒子的发现 230
8.2 粒子的分类 231
8.2.1 轻子 232
8.2.2 强子 234
8.2.3 规范玻色子 237
8.3 粒子的相互作用 238
8.3.1 强相互作用 240
8.3.2 电磁相互作用 243
8.3.3 弱相互作用 245
8.4 粒子的对称性 247
8.4.1 对称性的基本性质 247
8.4.2 守恒量 250
8.5 粒子的分类 252
8.5.1 轻子 253
8.5.2 强子 254
8.5.3 规范玻色子 257
8.5.4 希格斯粒子 259
第9章 量子纠缠 神奇的量子现象
9.1 量子纠缠的提出 261
9.2 量子纠缠的制备 262
9.3 量子纠缠的特性 263
9.4 量子纠缠的应用 269
第10章 量子信息 量子世界的新应用
10.1 量子比特 275
10.2 量子隐形传态 277
10.3 量子密码 280
10.3.1 经典密码系统 281
10.3.2 量子密码系统 282
10.4 量子计算 285
10.4.1 量子算法 287
10.4.2 量子计算机的物理实现 288
第11章 量子测量 量子世界的观测
11.1 量子测量的基本原理 291
11.1.1 态的坍缩与测量公设 291
11.1.2 测量的数学描述 292
11.1.3 测量的物理过程 294
11.1.4 测量的结果 295
11.2 量子测量的类型 298
11.2.1 投影测量与一般测量 298
11.2.2 混合态的测量与正交测量 299
11.3 量子测量的应用 305
11.3.1 量子测量的一个例子 305
11.3.2 量子测量的应用 309
11.4 量子测量的极限 319
11.4.1 量子测量的极限 319
11.4.2 量子测量的海森堡极限 320
11.4.3 量子测量的散粒噪声极限 323
11.4.4 量子测量的压缩极限 325
11.4.5 量子测量的标准量子极限 327
11.5 量子测量的应用 329
11.5.1 量子精密测量 330
11.5.2 量子传感 332
11.5.3 量子成像 334
11.5.4 量子通信 339
11.5.5 量子计算 340
第12章 量子场论 粒子物理的基石
12.1 量子场论的基本思想 349
12.2 经典场论的量子化 351
12.2.1 标量场的量子化 352
12.2.2 电磁场的量子化 359
12.2.3 电子场的量子化 371
12.3 量子场论的对称性 379
12.3.1 对称性的基本概念 380
12.3.2 对称性与守恒律 382
12.3.3 对称性的自发破缺 388
12.4 量子场论的应用 391
12.4.1 量子电动力学 391
12.4.2 量子色动力学 395
12.4.3 电弱统一理论 401
12.4.4 标准模型 406
12.5 量子场论的发展 410
12.5.1 量子场论的早期发展 410
12.5.2 量子场论的现代发展 412
12.5.3 量子场论的挑战与展望 416
第13章 量子引力 探索时空的量子本质
13.1 量子引力的基本问题 419
13.2 量子引力的主要理论 421
13.2.1 圈量子引力 421
13.2.2 弦理论 424
13.2.3 其他量子引力理论 428
13.3 量子引力的实验探索 430
13.3.1 量子引力的观测效应 430
13.3.2 量子引力的实验验证 432
13.4 量子引力的哲学意义 434
13.4.1 时空的本质 434
13.4.2 量子引力与哲学 436
第14章 量子宇宙学 探索宇宙的起源与演化
14.1 宇宙的起源 439
14.1.1 大爆炸理论 439
14.1.2 宇宙的暴胀 442
14.2 宇宙的演化 445
14.2.1 宇宙的膨胀 445
14.2.2 宇宙的结构形成 448
14.3 量子宇宙学的基本概念 451
14.3.1 时空的量子化 451
14.3.2 宇宙的波函数 453
14.4 量子宇宙学的主要理论 455
14.4.1 哈特尔-霍金无边界假设 455
14.4.2 其他量子宇宙学理论 457
14.5 量子宇宙学的观测检验 459
14.5.1 宇宙微波背景辐射 459
14.5.2 宇宙的大尺度结构 462
14.5.3 引力波 464
第15章 黑洞 时空的奇点
15.1 黑洞的概念 472
15.2 黑洞的形成 475
15.2.1 恒星的演化 475
15.2.2 黑洞的形成过程 479
15.3 黑洞的性质 482
15.3.1 黑洞的质量 482
15.3.2 黑洞的电荷 484
15.3.3 黑洞的角动量 486
15.4 黑洞的热力学 487
15.4.1 黑洞的温度 487
15.4.2 黑洞的熵 489
15.5 黑洞的量子效应 492
15.5.1 黑洞的霍金辐射 492
15.5.2 黑洞的信息悖论 498
15.5.3 黑洞的量子引力效应 502
15.6 黑洞的观测 505
15.6.1 黑洞的间接观测 505
15.6.2 黑洞的直接观测 508
15.6.3 黑洞的多信使观测 514
15.7 黑洞的研究意义 517
15.7.1 黑洞与引力波 517
15.7.2 黑洞与量子引力 519
第16章 中微子 幽灵粒子
16.1 中微子的标准模型 528
16.1.1 中微子的产生 528
16.1.2 中微子的性质 529
16.2 中微子的振荡 532
16.2.1 中微子的质量 532
16.2.2 中微子的振荡机制 537
16.3 中微子实验 533
16.3.1 实验装置与探测原理 533
16.3.2 实验结果 536
16.4 中微子振荡的量子理论 538
16.4.1 中微子的味本征态 538
16.4.2 中微子的质量本征态 540
16.4.3 中微子振荡的物理意义 542
16.4.4 实验验证 545
16.4.5 关于实验的说明 547
16.5 中微子振荡的新进展 548
16.6 中微子研究的新意义 558
16.6.1 中微子的质量上限 558
16.6.2 中微子的质量本征态 559
16.6.3 中微子的味本征态 562
16.6.4 高能中微子的产生 564
16.6.5 高能中微子的探测 565
16.6.6 中微子的“标准模型”粒子数 565
16.6.7 中微子的自旋性质 566
16.7 中微子技术的应用前景 562
16.7.1 核反应堆的应用前景 563
16.7.2 海洋的应用前景 564
16.7.3 其他可能的应用 564
第17章 核 应用的广阔前景
17.1 核技术的应用 566
17.2 放射性化学与核化学 570
17.3 核医学 574
17.4 核工业 577
17.4.1 核燃料的生产 577
17.4.2 核反应堆的原理 580
17.4.3 核反应堆的类型 583
17.4.4 核裂变的应用 587
17.4.5 核聚变的应用 589
17.5 核技术的不同方法 591
17.5.1 粒子束治疗法 592
17.5.2 粒子束诊断法 593
17.6 核诊断的技术 595
17.6.1 核诊断的技术 595
17.6.2 核诊断的方法分析 597
17.6.3 核诊断的应用 597
17.6.4 200MeV核诊断的性能 599
17.7 核诊断的巨大的潜力 601
17.7.1 核诊断的巨大的潜力 601
17.7.2 核诊断的应用 602
17.7.3 核诊断的新应用 604
17.7.4 核诊断的展望 606
17.8 核诊断的应用 609
17.8.1 核诊断的未来 612
17.8.2 核诊断成为一项产业 613
17.8.3 核诊断的应用 613
第18章 地球物理中的核子辐射
18.1 放射性测量的基本原理 620
18.2 影响测量的主要因素 621
18.2.1 放射性物质的迁移 622
18.2.2 辐射场的变化 623
18.3 地球物理勘探 625
18.3.1 地球物理勘探的原理 625
18.4 油气资源勘探的进一步讨论 628
18.5 若干重要问题的讨论 631
第19章 看不见的量子纠缠
19.1 量子纠缠的基本概念 632
19.2 量子纠缠的产生与实验 634
19.3 微观叠加态与宏观叠加态的综合 636
19.4 纠缠态描述之争 637
19.5 纠缠态概述 638
19.5.1 EPR 佯谬 639
19.5.2 纠缠的度量 639
19.5.3 纠缠的性质 640
19.6 几个不同形式的界说 641
19.6.1 一种奇怪的关联 642
19.6.2 量子非定域性 642
19.6.3 量子关联不等式 645
19.7 近期的实验检验 646
19.7.1 近期的实验检验 646
19.7.2 近期的实验检验 649
19.8 最新的实验检验 653
19.9 最新的理论检验 653
19.9.1 爱因斯坦的观点 654
19.9.2 玻尔对问题的回应 655
19.9.3 玻尔的物理学 656
19.10 量子态传输 659
19.10.1 量子态传输 659
19.10.2 实验过程与进展 661
19.10.3 实验过程与进展 663
19.11 量子计算的物理实现 664
19.12 量子通信的实现 668
19.13 生命运动中的量子纠缠 668
19.13.1 生命运动中的量子纠缠现象 669
19.13.2 生命运动中的量子纠缠现象 671
第20章 时间与空间的量子纠缠
20.1 时间与空间的物理学 675
20.2 时间与空间的测量与时间 678
20.3 时间与空间的量子纠缠 681
20.4 时间与空间的量子化 684
20.5 时间与空间的量子化的进展 685
20.6 时间与空间的量子化 687
20.7 时间与空间的应用 691
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