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編輯推薦： 《量子力学的前沿问题（英文版）》系统讲述了量子力学若干重要前沿领域的基础理论发展脉络，对量子力学发展过程中的重要理论及其缘起进行了细致的评述，对物理学及相关领域的科研人员具有很好的参考价值。 內容簡介： 《量子力学的前沿问题（英文版）》深入阐释了量子力学基础理论及若干相关前沿领域的进展，内容涉及量子力学概率诠释的爱因斯坦与玻尔争论问题，波粒二相性，波函数的几何相、拓扑相，量子力学与经典力学的界限与宏观水平量子力学，腔量子电动力学，量子霍尔效应，玻色－爱因斯坦凝聚，杨振宁－巴克斯特系统等。本书对相关专业的研究生和大学本科生从基础理论学习过渡到专题科学研究起引导作用，也可供相关领域科研人员阅读参考。 關於作者： 张礼，清华大学高等研究院、清华大学物理系教授，理论物理学家。著有《量子力学的前沿问题》、《近代物理学进展》等书。曾获第九届（2012--2013年度）周培源物理奖。 葛墨林，中科院数理学部院士。南开大学陈省身数学所物理教授。葛墨林院士长期从事理论物理教学及科研。曾以高级科学家，杰出学者，访问教授，讲座教授等身份，应邀在美、加、法、新、意、俄、韩等国及港、台地区从事研究与教学。曾获国家教委科技进步奖，国家自然科学奖，科学大会奖，军队科技奖，国家级教学奖，何梁何利科技进步奖，金球奖等奖项。 目錄： 第1章波动、粒子二重性，并协原理，Bell定理及有关实验 1.1电子干涉图像的累积 1.2并协原理的原子干涉仪验证 1.3并协原理的量子光学验证 1.4单光子干涉实验 1.4.1独立光子束之间的干涉 1.5多粒子干涉学 1.5.1二粒子双缝干涉学 1.5.2下转换光子干涉实验 1.5.3发射时间的干涉 1.5.4相干与路径可区分性 1.6双光子干涉仪量子涂消器 1.7Einstein和Bohr关于量子力学的争论，Bell定理 1.7.11930年Einstein对量子力学的批评： 量子力学是不自洽的． 1.7.2EinsteinPodolskyRosen佯谬： 量子力学描述是不完备的． 1.7.3Bell定理 1.7.4推广到现实系统的Bell不等式 1.8Bell不等式的实验验证 1.9Wheeler的推迟选择实验 1.10不涉及不等式的Bell定理 1.10.1三粒子完全关联 1.10.2不涉及不等式的Bell定理： 二粒子情况 1.10.3二粒子体系不涉及不等式Bell定理的实验验证 1.10.4三光子缠绕态的实验实现以及对定域实在论的否定 1.10.5在缠绕与非定域性意义下的EPR佯谬 1.10.6单光子的非定域性 1.11量子非破坏性实验简介 1.11.1标准量子极限与反作用回避（BAE）实验 1.11.2量子非破坏性（QND）实验 参考文献 第2章量子缠绕及其对量子信息和量子计算的应用 2.1量子计算简介 2.1.1量子数据及数据处理 2.1.2量子并行性与有效量子算法 2.1.3量子信息 2.2量子缠绕 2.2.1缠绕态的密度矩阵表征 2.2.2Schmidt分解 2.2.3EPRBell态的进一步讨论 2.3缠绕对量子信息学的应用 2.3.1致密编码 2.3.2量子密码学、ＥPR量子钥分布 2.3.3量子非克隆定理 2.3.4量子远程传态 2.4结束语 参考文献 第3章量子力学中的几何相 3.1AharonovBohm效应 3.2AharonovBohm效应的实验验证 3.3AharonovCasher效应 3.4平行输运，连络，曲率和非完整性 3.5Berry相 3.6AharonovAnandan相 3.7Berry相的实验显现 3.7.1光子Berry相的量子干涉现象 3.7.2螺旋磁场中中子自旋旋转的Berry相实验 3.7.3自旋绝热旋转造成的核四极共振频率分裂 参考文献 第4章量子力学与经典力学的界限，缠绕与退相干 4.1Schrdinger的谐振子波包，相干态 4.1.1相干态的基本性质 4.1.2正则相干态 4.2氢原子圆轨道波包与径向波包 4.3氢原子的SO4对称性，RungeLenz矢量，Kepler椭圆轨道波包 4.3.1经典Kepler运动的RungeLenz矢量 4.3.2量子力学中的RungeLenz矢量，动力学对称与氢原子能级 4.3.3Kepler椭圆轨道波包的构成 4.3.4量子力学中的Rutherford原子 4.4波包恢复及分数恢复 4.5态叠加原理与量子退相干 4.6与环境的相互作用导致退相干 4.7一个退相干的动力学模型 4.8量子动力学的经典极限 4.9实验室中实现的Schrdinger猫 4.9.1单原子级的Schrdinger猫 4.9.2Schrdinger位相猫 4.9.3宏观Schrdinger猫 4.9.4热辐射发射造成退相干 4.10波函数塌缩和量子Zeno效应 参考文献 第5章路径积分方法，衰变态的瞬子方法 5.1量子力学中的路径积分方法 5.2瞬子与双阱中能级的相干劈裂 5.3密度矩阵与路径积分 5.4衰变态的瞬子方法 附录1二次加三次势的隧穿 附录2计算路径积分二次变分的平移法 附录3谐振子前置因子的另一种算法 参考文献 第6章宏观水平上的量子力学 6.1具有宏观意义的波函数 6.2耦合超导体，Josephson效应 6.3置有Josephson结的超导环，SQUID 6.4Josephson体系的宏观量子隧穿和宏观量子相干 6.5环境对宏观量子现象的影响 6.5.1关于正则变换和绝热近似 6.5.2有耗散的电磁体系的Hamilton量 6.5.3非绝热性的修正，耗散体系的微观Lagrange量 6.5.4微观参量与宏观耗散参量的关系 6.5.5耗散与宏观量子隧穿 6.5.6耗散与宏观量子相干 6.6有关Josephson结的宏观量子隧穿实验 6.7磁的宏观量子隧穿，自旋相干态 6.8单畴铁磁粒子的宏观量子现象 6.8.1量子相干： 能级隧穿劈裂 6.8.2量子隧穿 6.8.3量子干涉（拓扑淬灭现象 6.9单畴反铁磁粒子的宏观量子现象 6.10磁体系宏观量子现象实验 6.11磁性大分子的宏观量子现象 6.12自旋奇偶效应的量子力学基础 参考文献 第7章量子体系的拓扑相因子 7.1Heisenberg模型的自旋波理论 7.2O（3）非线性模型，对称自发破缺与Goldstone定理 7.3一维量子反铁磁链，拓扑相因子，到O（3）非线性模型的映射 7.4LiebSchultzMattis定理 7.5拓扑项的意义 7.6非Abel规范场的真空 7.6.1非Abel规范场 7.6.2规范变换的等价类 7.6.3真空 7.7拓扑项与反常 参考文献 第8章腔量子电动力学，van der Waals力和Casimir效应 8.1辐射场与原子相互作用 8.1.1原子中电子场的量子化 8.1.2辐射场的量子化 8.1.3电子场与辐射场相互作用，自发辐射率 8.2JaynesCummings模型 8.2.1耦合原子腔体系的本征态 8.2.2非共振情况下的原子能级光能移 8.2.3态随时间的演化 8.3自发辐射的抑制与加强 8.4微脉泽 8.5逆SternGerlach效应 8.6原子腔色散相移效应 8.6.1单光子的量子非破坏探测，单光子的诞生及死亡的 量子非破坏探测 8.7体系对外来扰动的响应，涨落耗散定理 8.7.1电容率对频率的依赖，KramersKrnig色散关系 8.7.2涨落的关联与广义极化率 8.7.3涨落耗散定理 8.8van der Waals相互作用 8.9考虑推迟的van der Waals相互作用 8.9.1振荡偶极子的场 8.9.2在均匀介质中电磁场的涨落 8.9.3CasimirPolder相互作用 8.10零点能，场真空涨落与van der Waals相互作用 8.11Casimir效应 8.12强耦合机制下的腔量子电动力学 参考文献 第9章量子Hall效应 9.1经典Hall效应 9.2电子在均匀磁场中的运动，Landau能级 9.3磁通量子化 9.4整数量子Hall效应 9.4.1磁平移，Hall电导的拓扑意义 9.5分数量子Hall效应，Laughlin波函数 9.5.1少数电子的量子化运动 9.5.2=1m态Laughlin波函数 9.5.3准粒子激发 9.5.4不可压缩量子流体的集体模式 9.5.5分数量子Hall流体的无能隙边缘态 9.5.6分数量子Hall效应的等级态 9.5.7复合Fermi子Jain构造法 9.6分数量子Hall效应的LandauGinzburg理论 9.6.1张首晟HanssonKivelson映射， 陈省身SimonsLandauGinzburg作用量 9.6.2平均场解，分数量子Hall效应现象学 9.6.3代数非对角长程序 9.6.4分数量子Hall流体的拓扑序 9.7量子Hall效应的整体相图 参考文献 第10章BoseEinstein凝聚 10.1BoseEinstein凝聚的一些基本关系 10.1.1ＢＥＣ本质上是量子统计现象 10.1.2BoseEinstein温度 10.1.3Bose气体的热力学性质 10.2BoseEinstein凝聚的序参量与非对角长程序 10.3BoseEinstein凝聚的本质： 对称自发破缺和相位相干性 10.4弱相互作用Bose气体： 均匀凝聚体 10.4.1Bogoliubov弱相互作用Bose气体理论 10.4.2非理想Bose气体 10.5弱相互作用Bose气体： 非均匀凝聚体 10.5.1凝聚性质与外场的关系 10.5.2阱中弱相互作用Bose气体的BoseEinstein凝聚 10.5.3GrossPitaevskii方程 10.5.4量子相位动力学 10.6各向导性势阱中的BoseEinstein凝聚 10.7涡旋及BoseEinstein凝聚体的稳定性 10.8旋量凝聚体 10.8.1基态结构 10.8.2阱中旋量凝聚体的集体模 10.8.3铁磁态涡旋的内在稳定性 10.8.4无核的涡旋 10.8.5碎裂的凝聚体 10.9在光晶格中的冷Bose原子 10.10Feshbach共振和共振超流性 10.10.1Feshbach共振 10.10.2简并Fermi气体 10.10.3Fermi原子组成分子以及分子的BEC 10.10.4Fermi原子对的凝聚体 参考文献 第11章量子力学中的Yangian对易关系 11.1氢原子的张量算符与Yangian 11.2Yangian代数 11.3YSL2在量子力学中的其他实现 11.4长程相互作用的一维链模型 11.5Hubbard模型 11.6SL3一维表示和八维表示间的Yangian跃迁 参考文献 第12章RTT关系与YangBaxter方程 12.1对易关系的矩阵直乘形式 12.2RTT关系 12.3杨振宁Baxter方程 12.4守恒量集合,Hamilton量 12.5量子行列式，余乘法 12.6RTT关系展开式与对易关系 12.7氢原子与RTT关系 12.8Yangian的表示和氢原子能谱 12.9Yangian和Bell基 12.10S波到P波超导的转变 12.11量子代数 12.12双频谐振子与量子代数对易关系 12.13相干态平移算符与量子代数 12.14相位量子化的可能性与量子代数的循环表示 参考文献 名词索引 內容試閱： 写这本书的缘起，可以追溯到1983年，那一年杨振宁教授在美国石溪纽约州立大学开设了现代物理专题十二讲．作者葛墨林曾有幸听讲，受到很大启发．杨先生强调物理学研究课题会涉及不同的分支学科，问题的解决也需要融合各方面的知识．研究生在学习中应该广泛注意物理学各方面出现的新的概念、进展及其联系． 1986年杨振宁教授应中国科技大学研究生院邀请，在北京以相位与近代物理为题做了9次学术报告．内容涉及近代物理中很多重要概念的萌芽、发展和确立，不仅深刻阐明它们的理论内涵，还介绍了澄清概念的关键实验．杨先生在每次报告之后，都要和各单位的研究生代表共进工作午餐，进行无拘束的座谈．在讲座、报告及座谈中杨先生对青年的工作、学习都给予了热情的关心和指导．他再三强调青年不仅要从事当前的课题研究，关心自己从事的研究方向，而且要关心物理学各方面出现的一些新概念的发展，注意有关期刊上的报道．作者张礼听了全部讲座，深为杨先生严格精辟的报告和他对青年的关怀所折服．以后作者二人谈到分别听课的经历，有强烈的共识，决心要在各自的工作中实践杨先生的思想，并且决定合作写一本《量子力学的前沿问题》． 近年来物理学的许多新进展都与量子力学中的一些概念发展有关，可以从量子力学基础理论找到根源．在这些前沿领域中的进展同时也促进了量子力学理论本身的发展．在量子力学的几率诠释上存在著名的爱因斯坦与玻尔有关量子力学描述是否完备的争论．为了解决这个争论，多年来的理论与实验研究已经取得重要进展．有一些基础问题，例如电子通过双狭缝的干涉问题，从在经典物理学中形成的真观出发，理解是困难的．在量子力学的教科书中多用想象中的实验来解释．这些实际上不能实现的实验只能教人如何去思考，但却不能很令人信服．近年来实验方法的惊人发展使得想象变成了现实．一系列新的实验使得许多概念上的难点得到澄清．在当前量子力学的研究领域开辟了一个极具挑战性的方向量子信息学和量子计算．在这里被处理和传递的信息不再是经典的，它是量子态的叠加．这是基础科学和重大科技领域密切结合的又一个例子．近年来量子力学波函数的几何及拓扑相位在许多问题中占据了主要位置．在量子力学与经典力学界限问题以及介观与宏观体系能体现量子相干性质等方面都有许多进展．上述的这些进展使人们对量子力学的本质和基础加深了认识，本书第1~7章介绍了这些内容． 在物理学的一些前沿领域，研究工作所得到的结果往往需要具有洞察力的分析．凝聚态物理中分数量子霍尔效应能从二维电子集体态的波函数出发加以解释，从而揭示了新的一种量子流体的存在．这个例子说明量子力学的应用促进物理学各分支的发展，其成果也扩大了量子力学的用武之地．本书第8~10章选择了腔量子电动力学、量子霍尔效应、玻色爱因斯坦凝聚等问题展开讨论． 杨振宁巴克斯特系统是处理多体系统的一大类非线性量子可积模型的普遍理论．30年来的进展使它成为数学物理中的一个蓬勃发展的分支．理论物理中不少问题，包括量子力学中最基础的氢原子的对称性、波函数相位的量子化等问题，都和它密切相关．本书第11~12章从这个角度对它做了初步的论述． 量子力学前沿的研究方向和课题是很广泛的，本书仅涉及了其中部分重要内容．本书所讨论的问题以量子力学（包括二次量子化）及统计物理教程的知识为基础．对超出上述知识范围以外的必要理论概念，本书有较系统的介绍．物理学各分支之间有着极为密切的联系，概念、方法往往彼此借鉴、移植．对一个问题的研究也往往涉及多个分支，这一点在本书多个章节中有所反映．为了便于读者阅读有关参考书籍，在有关章节中列出了本书涉及较多的专著或会议文集． 本书读者对象是物理学工作者．在国际上往往通过学术会议、高等进修班或讲座的出版物对一些研究前沿进行较系统的报道．这些书籍或会议记录专业性很强，水平也较高，对初次接触这些内容的工作者，特别是研究生和高年级本科生学习起来会有不少困难．本书希望能帮助他们缩短进入研究工作的过程． 有关量子理论的书，公式推导要占相当篇幅．本书在推导中着重说明推导的目的性、采取的关键步骤以及必要的细节，以期读者不致为太多的可以证明或太多的且并不理解的显然所苦恼．物理学中重要概念的发展，往往有一个过程，有的过程甚至是很曲折的．许多概念往往在物理学各分支出现，它们具有同一个根源．本书尽量不只用定义引入概念，尽可能从发展和概念的相互关系上做必要的说明．量子力学的创立与初期的发展是建立在实验基础上的．近年来它的一些深刻的基础概念和多年的争论都经过许多高水平的实验所澄清或取得更为深刻的认识．这些实验在人们面前打开一片又一片的新天地．尽管描述实验不是我们的所长，但还是努力介绍其设计构思及采用方法的精妙，并阐明这些实验对深入理解理论、澄清争论问题所起的作用和意义．希望读者能了解到现象后面的物理实质． 本书第1章至第10章由张礼执笔，第11章至第12章由葛墨林执笔．作者二人一起详细讨论了全书的指导思想及章节编排，并共同审定了各章内容．以我们的水平和能力，要想实现本书设定的目标，势必捉襟见肘，会有不少缺陷和错误．诚恳希望各位专家和读者提出批评改进意见． 张礼 清华大学物理系清华大学高等研究中心 葛墨林 南开大学数学研究所清华大学高等研究中心 1999年11月15日

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