高等量子力學(xué)

丁亦兵

量子力學(xué)的建立始于對原子物理實(shí)驗(yàn)給出解釋，其基本概念是從上世紀(jì)20年代發(fā)展起來的，并于30年代和40年代取得了快速而巨大的進(jìn)展。特別是對全同粒子體系的深入研究最終導(dǎo)致現(xiàn)代基本粒子概念的誕生和量子場論的突破性進(jìn)展，促進(jìn)了人們對于宇宙的深刻理解。從更為實(shí)用的方面講，量子力學(xué)理論體系的建立特別為固體物理與凝聚態(tài)物理的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，它的廣泛應(yīng)用導(dǎo)致了在不同領(lǐng)域大量豐富多彩的人造量子系統(tǒng)的出現(xiàn)。尤其是近20年來，各種類型的納米尺度的量子設(shè)備被成功地制造出來，它們在處理量子信息和制備納米電路等高新技術(shù)方面具有引人注目的應(yīng)用前景，從而受到廣泛的關(guān)注。大多數(shù)學(xué)生希望了解量子力學(xué)理論應(yīng)用于解決現(xiàn)實(shí)生活中的問題的解決方案。他們對于深入理解各種實(shí)用領(lǐng)域的量子理論基礎(chǔ)方面的濃厚興趣，遠(yuǎn)大于對現(xiàn)代超弦理論和宇宙學(xué)的或所謂的終極理論的興趣。本書所針對的主要對象正是這類學(xué)生，作者期望將學(xué)生們的這些實(shí)際需求作為高等量子力學(xué)課程所涵蓋的主要內(nèi)容。

本書是作者在荷蘭代爾夫特理工大學(xué)（Delft University of Technology）講授高等量子力學(xué)課程內(nèi)容的基礎(chǔ)上撰寫的。這所大學(xué)是研究諸如半導(dǎo)體量子點(diǎn)、超導(dǎo)量子計(jì)算設(shè)備、分子電子學(xué)等量子力學(xué)應(yīng)用方面世界一流的中心之一。學(xué)校開設(shè)的很多理論課都是圍繞更有效地支持這類研究而設(shè)計(jì)的。其中的高等量子力學(xué)作為研究生的必修理論課就是典型的代表。本書在開始仍然對初等量子力學(xué)做了簡明扼要的介紹，然后很快將重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到應(yīng)用這些理論來理解量子設(shè)備的實(shí)質(zhì)性內(nèi)容上來。作者力求使本書在理論技巧和數(shù)學(xué)知識方面的基礎(chǔ)更加扎實(shí)，只要涉及到理論工具，一定會給出一些如何使用這些工具的實(shí)例。這些實(shí)例取自許多不同的領(lǐng)域，使得本書適應(yīng)更為寬泛的讀者群，特別是那些非粒子物理專業(yè)的學(xué)生。

全書內(nèi)容分成5個(gè)部分，共計(jì)13章：第1部分 二次量子化，含第1-3章：1.初等量子力學(xué)；2.全同粒子；3.二次量子化。第2部分 例子，含第4-6章： 4.磁性； 5.超導(dǎo)； 6.超流。第3部分 場與輻射，含第7-10章：7.經(jīng)典場； 8.場的量子化；9.輻射與物質(zhì)； 10.相干態(tài)。 第4部分 耗散量子系統(tǒng)，含第11-12章：11.耗散量子力學(xué)；12.躍遷和耗散。第5部分 相對論量子力學(xué)，含第13章：13.相對論量子力學(xué)。

作為一部教科書，本書充分考慮了教學(xué)需要，敘述清晰、透徹，推導(dǎo)詳盡。每一小節(jié)都有一些“控制問題”，幫助理解課文內(nèi)容，并可用于課堂討論。每一章末都給出了一些練習(xí)題，其中部分題目給出了詳細(xì)解答。本書重點(diǎn)突出，特別適合于凝聚態(tài)物理相關(guān)專業(yè)的研究生選做高等量子力學(xué)的教材。endprint