人人都該懂的量子力學（簡體書）

• 量子力學如何應用於對抗溫室效應？

為什麼一些金屬材料可以導電，而絕緣體材料則可以完全阻斷電流？

半導體與量子力學有什麼關係？

超導現象是量子特性的表現？

如何用量子力學加密信息？

量子計算機運算速度如何？

在《人人都該懂的量子力學》中，阿拉斯泰爾·雷將帶領任何一位有意願了解量子力學的讀者深入日常生活，解析日常生活背後的量子力學原理。

• 《人人都該懂的量子力學》屬於湛廬文化重磅推出的“新核心素養”系列圖書之一。本系列圖書致力於推廣通識閱讀，擴展讀者的閱讀面，培養批判性思考的能力。其中涵蓋了哲學、心理學、法律、藝術、物理學、生物科技等諸多人文科學和自然科學的知識，其中《人人都該懂的量子力學》避開了難以理解的量子力學原理，解釋了很多日常生活中的量子力學現象，討論了量子力學原理在計算機、超導體、全球變暖中的應用和表現形式，讓你一本書了解量子力學貼近生活的基礎面向。

[英]阿拉斯泰爾·雷（Alastair Rae）

曾擔任《歐洲物理學雜志》編輯。他寫作的《量子力學》一書已成為該領域的暢銷教材，目前已出版至第四版，被翻譯成了六種語言。此外，他還寫作了《量子物理學：幻覺還是現實》一書，吸引了大量讀者。

• 拓展知識廣度與深度，培養批判性思考能力，通識讀本“新核心素養”系列重磅推出！

現代大學的學術分科太過專門，知識被嚴重割裂，於是通識教育與通識閱讀應運而生。本書系目的在於讓讀者對不同的學科有所認識，能將不同的知識融會貫通，培養獨立思考能力，成為一個兼備人文素養與科學素養的全方面發展的公民。

• 探究量子力學領域代表性的成果和重大發現，一本書讀懂量子力學的實際應用、哲學思考及基礎爭議。

《人人都該懂的量子力學》一書將帶領讀者了解量子力學領域具有代表性的一些成果和重大突破，聚焦於解釋日常生活中的量子力學現象，探討了量子力學在前沿科技領域的應用，是一本人人讀得懂的量子力學科普。

• 湛廬文化出品。

了解日常中的量子力學

2005 年是世界物理年（World Year of Physics），是對愛因斯坦於1905 年相繼發表的三篇劃時代論文的100 周年紀念。這三篇論文中，有名的應該是第三篇，因為他在這篇文章中提出了舉世聞名的相對論，而第二篇則為“物質由原子構成”這一在當時存在爭議的觀點提供了明確的證據。這兩篇論文都對20 世紀及之後的物理學發展產生了深遠影響，然而，真正帶領我們走進量子力學時代的，卻是愛因斯坦的篇論文。

在這篇論文中，愛因斯坦論述了自己不久前做的一些實驗。雖然在很多情況下光被人們認為是以波的形式傳播的，但愛因斯坦卻在論文中表示，量子（quantum）是指在光束中以波包形式傳播的能量。這個明顯的悖論引出了波粒二象性（wave-particle duality）概念，並終引出了著名的或者說“臭名昭著”的“薛定諤的貓”理論。我寫作《人人都該懂的量子力學》這本書的目的，就是想向讀者介紹量子力學領域具有代表性的一些成果和重大突破。

雖然書中包含了一部分解釋物質如何以原子及更小形式運動的內容，但我們的重點還是會放在解釋日常生活中的量子力學現象上。

很多人並沒有意識到，許多現代科技都有著明確的量子力學基礎。例如，驅動計算機運轉的硅芯片內部的運行機制，以及電流能夠通過金屬線傳導卻無法通過絕緣體傳導這種現象背後，都包含著量子力學原理。多年來，人們一直擔心現代科技會對環境造成不良的影響，尤其是大量二氧化碳排放到地球大氣中後導致的全球變暖現象。這種溫室效應實際上也是量子力學的一種表現形式，而科學家們正在研究環保技術與之對抗。我們在書裡討論了這些現象，也討論了量子力學在超導性（superconductivity）材料和信息技術中的應用。在本書的後部分，我們闡述了量子力學所涉及的一些哲學思考。

量子力學是公認的極度複雜且難以理解的學科，人們普遍認為，一個人只有相當聰明且精通高等數學，才能理解量子力學。然而，量子力學並不是火箭科學（rocket science）。我們可以利用波粒二象性的概念，在不需要掌握太多數學知識，或者說不需要具備任何高等數學能力的前提下，就能理解很多重要的量子力學概念。因此，本書基本不包含高等數學的內容，不過對於一些觀點，我們會用數學專欄做出補充說明。我們只會用到基礎的數學知識，這些都是很多讀者上學時就會學到的知識，即便忽略這些內容也不會影響對書中觀點的理解。此外，這本書的目標是引領讀者了解量子力學，而不是僅僅用一些驚人的量子力學結果來讓大家留下印象。出於這個原因，我們適當地使用了一些圖片或表格，我們建議讀者結合文字對此進行認真的研究。書中不可避免地會出現各種專業術語，我們也在本書後提供了術語表。一些讀者可能已經對物理學有了一定的了解，所以會注意到書中對一些觀點做了簡化處理。對入門級別的圖書來說，簡化處理不可避免，但我希望並且相信，這樣的簡化不會造成模型或論點的使用錯誤。

我要感謝伯明翰大學裡我曾經的學生和同事們，我在那裡教了30 多年物理學，我要感謝他們給了我機會，拓展並深化了我對物理學的了解。維多利亞·羅達姆（Victoria Roddam）和Oneworld出版公司表現出了足夠的耐心，但也給我施加了必要的壓力，我雖然沒有按時交付稿件，但也沒有拖延太久。我還要感謝安和我的其他家人，感謝他們的耐心和包容。後，我會對書中的任何錯誤或不準確描述負責。

前言

• 量子力學並非火箭科學
• 波與粒子
• 能量背後的量子力學
• 量子、金屬與絕緣體
• 半導體與計算機芯片
• 超導現象
• 信息處理中的量子力學
• 量子力學應用中的延伸概念及難題
• 享受量子力學帶來的智識挑戰

術語表

了解日常中的量子力學

2005年是世界物理年（World Year of Physics），是對愛因斯坦於1905年相繼發表的三篇劃時代論文的100周年紀念。這三篇論文中，有名的應該是第三篇，因為他在這篇文章中提出了舉世聞名的相對論，而第二篇則為“物質由原子構成”這一在當時存在爭議的觀點提供了明確的證據。這兩篇論文都對20世紀及之後的物理學發展產生了深遠影響，然而，真正帶領我們走進量子力學時代的，卻是愛因斯坦的篇論文。

在這篇論文中，愛因斯坦論述了自己不久前做的一些實驗。雖然在很多情況下光被人們認為是以波的形式傳播的，但愛因斯坦卻在論文中表示，量子（quantum）是指在光束中以波包形式傳播的能量。這個明顯的悖論引出了波粒二象性（wave-particle duality）概念，並終引出了著名的或者說“臭名昭著”的“薛定諤的貓”理論。我寫作《人人都該懂的量子力學》這本書的目的，就是想向讀者介紹量子力學領域具有代表性的一些成果和重大突破。

雖然書中包含了一部分解釋物質如何以原子及更小形式運動的內容，但我們的重點還是會放在解釋日常生活中的量子力學現象上。很多人並沒有意識到，許多現代科技都有著明確的量子力學基礎。例如，驅動計算機運轉的硅芯片內部的運行機制，以及電流能夠通過金屬線傳導卻無法通過絕緣體傳導這種現象背後，都包含著量子力學原理。多年來，人們一直擔心現代科技會對環境造成不良的影響，尤其是大量二氧化碳排放到地球大氣中後導致的全球變暖現象。這種溫室效應實際上也是量子力學的一種表現形式，而科學家們正在研究環保技術與之對抗。我們在書裡討論了這些現象，也討論了量子力學在超導性（superconductivity）材料和信息技術中的應用。在本書的後部分，我們闡述了量子力學所涉及的一些哲學思考。

量子力學是公認的極度複雜且難以理解的學科，人們普遍認為，一個人只有相當聰明且精通高等數學，才能理解量子力學。然而，量子力學並不是火箭科學（rocket science）。我們可以利用波粒二象性的概念，在不需要掌握太多數學知識，或者說不需要具備任何高等數學能力的前提下，就能理解很多重要的量子力學概念。因此，本書基本不包含高等數學的內容，不過對於一些觀點，我們會用數學專欄做出補充說明。我們只會用到基礎的數學知識，這些都是很多讀者上學時就會學到的知識，即便忽略這些內容也不會影響對書中觀點的理解。此外，這本書的目標是引領讀者了解量子力學，而不是僅僅用一些驚人的量子力學結果來讓大家留下印象。出於這個原因，我們適當地使用了一些圖片或表格，我們建議讀者結合文字對此進行認真的研究。書中不可避免地會出現各種專業術語，我們也在本書後提供了術語表。一些讀者可能已經對物理學有了一定的了解，所以會注意到書中對一些觀點做了簡化處理。對入門級別的圖書來說，簡化處理不可避免，但我希望並且相信，這樣的簡化不會造成模型或論點的使用錯誤。

我要感謝伯明翰大學裡我曾經的學生和同事們，我在那裡教了30多年物理學，我要感謝他們給了我機會，拓展並深化了我對物理學的了解。維多利亞·羅達姆（Victoria Roddam）和Oneworld出版公司表現出了足夠的耐心，但也給我施加了必要的壓力，我雖然沒有按時交付稿件，但也沒有拖延太久。我還要感謝安和我的其他家人，感謝他們的耐心和包容。後，我會對書中的任何錯誤或不準確描述負責。