物理学中的量子概念

Malcolm+Longair

本书力求再现1900年到1930年期间，在大量的各种实验数据的推动下，利用各种数学分析工具，创造出量子力学的辉煌历史。作者是剑桥大学的一位自然哲学教授，卡文迪什（Cavendishi）实验室发展部主任，在物理学与天文学领域深受尊重并获得过许多荣誉。

作者认为量子和量子化是20世纪物理学中最伟大的发现。尽管量子力学现象并没有对仍为经典物理学所支配的我们的意识世界构成直接冲击，但量子力学已经成了物质和辐射的所有现象的理论基础，而且也将是21世纪文明的一切方面的基础。作为大学物理学中的主要学科，量子力学的卓越教科书并不鲜见，许多成功的教材采用公理化方法，从一组基本公理出发建立量子力学的理论体系，然后借助于一系列数学步骤发展它的全部推论。但是量子力学究竟是怎么来的？我们能够理解对于这样一种抽象形式所对应的解释吗？近几十年来关于这些问题的详细讨论有许多著作面世，特别值得一提的是1967年出版的“量子力学起源”（Source of Quantum Mechanics，B.L.van der Waerden 著）和1992年-2001年出版的6卷集“量子理论的历史发展”（The Historical Development of Quantum Theory，Mehra and Rechenberg 著）等，都得到了广泛的好评。但作者认为这些优秀著作通常内容很深，需要读者具有很强的经典与量子物理的基础。

作者曾于2003年撰写了“物理学中的理论概念”（Theoretical Concepts in Physics）一书，从历史角度重新思考物理学的基础，讨论了到量子发现与被物理学界接受为止的经典物理学和相对论理论概念的发展。本书是作者对于量子物理继续作出的努力。作者假定读者熟悉不超过大学二年级水平的物理与数学知识，力求采用的数学不失严格性而尽可能简单，使最后一年的大学生在阅读时不会遇到麻烦。

全书内容分成3个部分，共18章：第1部分 量子的发现，含第1-3章：1.1895年的物理学与理论物理学；2.普朗克和黑体辐射；3.爱因斯坦和量子，1900-1911。第2部分 氢原子的波尔模型，含第4-8章：4.Sommerfeld 和Ehrenfest-推广的波尔模型；5.爱因斯坦系数，波尔对应原理和第一个选择定则；6.理解原子光谱——可加量子数；周期表的波尔模型和自旋起源；7.波尔的元素周期表模型和自旋的起源；8.波粒二象性。第3部分 量子力学的发现，含第9-17章：9.旧量子论的失败及其重生的原因；10.海森伯的突破性进展；11.矩阵力学；12.狄拉克的量子力学；13.薛定谔和波动力学；14.矩阵力学与波动力学的殊途同归；15.自旋和量子统计；16.量子力学的解释；17.一个时代结束之后。

作者特别强调本书不是一部量子力学的教科书，而是专为高年级大学生、物理学家、历史学家和物理哲学家撰写的一部专著，可以看作是标准教材的补充，可以增强对于量子物理学的理解和欣赏。本书对浩瀚的物理学史的文献与专著进行了汇总，通过引人注目的叙述，提供了物理学家和数学家实际工作的许多范例。与其他教科书相比，本书特别赞赏在数学、理论与实验之间的交流，并在这种思想指导下对于帮助读者深入理解量子力学的发展做了最大的努力。

丁亦兵，教授

（中国科学院大学）

Ding Yibing， Professor

（University of CAS）endprint