物理學中的量子概念

Malcolm+Longair

本書力求再現(xiàn)1900年到1930年期間，在大量的各種實驗數(shù)據(jù)的推動下，利用各種數(shù)學分析工具，創(chuàng)造出量子力學的輝煌歷史。作者是劍橋大學的一位自然哲學教授，卡文迪什（Cavendishi）實驗室發(fā)展部主任，在物理學與天文學領域深受尊重并獲得過許多榮譽。

作者認為量子和量子化是20世紀物理學中最偉大的發(fā)現(xiàn)。盡管量子力學現(xiàn)象并沒有對仍為經典物理學所支配的我們的意識世界構成直接沖擊，但量子力學已經成了物質和輻射的所有現(xiàn)象的理論基礎，而且也將是21世紀文明的一切方面的基礎。作為大學物理學中的主要學科，量子力學的卓越教科書并不鮮見，許多成功的教材采用公理化方法，從一組基本公理出發(fā)建立量子力學的理論體系，然后借助于一系列數(shù)學步驟發(fā)展它的全部推論。但是量子力學究竟是怎么來的？我們能夠理解對于這樣一種抽象形式所對應的解釋嗎？近幾十年來關于這些問題的詳細討論有許多著作面世，特別值得一提的是1967年出版的“量子力學起源”（Source of Quantum Mechanics，B.L.van der Waerden 著）和1992年-2001年出版的6卷集“量子理論的歷史發(fā)展”（The Historical Development of Quantum Theory，Mehra and Rechenberg 著）等，都得到了廣泛的好評。但作者認為這些優(yōu)秀著作通常內容很深，需要讀者具有很強的經典與量子物理的基礎。

作者曾于2003年撰寫了“物理學中的理論概念”（Theoretical Concepts in Physics）一書，從歷史角度重新思考物理學的基礎，討論了到量子發(fā)現(xiàn)與被物理學界接受為止的經典物理學和相對論理論概念的發(fā)展。本書是作者對于量子物理繼續(xù)作出的努力。作者假定讀者熟悉不超過大學二年級水平的物理與數(shù)學知識，力求采用的數(shù)學不失嚴格性而盡可能簡單，使最后一年的大學生在閱讀時不會遇到麻煩。

全書內容分成3個部分，共18章：第1部分 量子的發(fā)現(xiàn)，含第1-3章：1.1895年的物理學與理論物理學；2.普朗克和黑體輻射；3.愛因斯坦和量子，1900-1911。第2部分 氫原子的波爾模型，含第4-8章：4.Sommerfeld 和Ehrenfest-推廣的波爾模型；5.愛因斯坦系數(shù)，波爾對應原理和第一個選擇定則；6.理解原子光譜——可加量子數(shù)；周期表的波爾模型和自旋起源；7.波爾的元素周期表模型和自旋的起源；8.波粒二象性。第3部分 量子力學的發(fā)現(xiàn)，含第9-17章：9.舊量子論的失敗及其重生的原因；10.海森伯的突破性進展；11.矩陣力學；12.狄拉克的量子力學；13.薛定諤和波動力學；14.矩陣力學與波動力學的殊途同歸；15.自旋和量子統(tǒng)計；16.量子力學的解釋；17.一個時代結束之后。

作者特別強調本書不是一部量子力學的教科書，而是專為高年級大學生、物理學家、歷史學家和物理哲學家撰寫的一部專著，可以看作是標準教材的補充，可以增強對于量子物理學的理解和欣賞。本書對浩瀚的物理學史的文獻與專著進行了匯總，通過引人注目的敘述，提供了物理學家和數(shù)學家實際工作的許多范例。與其他教科書相比，本書特別贊賞在數(shù)學、理論與實驗之間的交流，并在這種思想指導下對于幫助讀者深入理解量子力學的發(fā)展做了最大的努力。

丁亦兵，教授

（中國科學院大學）

Ding Yibing， Professor

（University of CAS）endprint