人類(lèi)一直生活在量子世界里，但人們經(jīng)過(guò)數(shù)十年的實(shí)驗(yàn)探索和理論建構(gòu)才發(fā)現(xiàn)這個(gè)世界。19世紀(jì)末，量子橫空出世，科學(xué)家開(kāi)始發(fā)展了一套全新的理論和概念，來(lái)研究微觀世界的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，這就是量子理論。將量子理論的思想整合成普遍適用的數(shù)學(xué)方法則稱作量子力學(xué)。量子力學(xué)的建立標(biāo)志著人類(lèi)認(rèn)識(shí)自然實(shí)現(xiàn)了從宏觀世界向微觀世界的重大飛躍。在量子的微觀世界里，所有的一切都變得奇妙起來(lái)，與我們司空見(jiàn)慣的宏觀現(xiàn)象完全不同。量子力學(xué)以微觀視角，取代了經(jīng)典力學(xué)的宏觀視角，給了世界一個(gè)完全不同的詮釋，甚至改變了物理世界的基本思想，徹底推翻和重建了整個(gè)物理學(xué)體系。
量子力學(xué)雖然很玄妙，卻不是玄學(xué)。在見(jiàn)識(shí)了微觀世界里量子的神秘莫測(cè)后，物理學(xué)家對(duì)量子的各種神奇特性給出了更合理的解釋，并成功地應(yīng)用于現(xiàn)代社會(huì)的每個(gè)角落，從激光到電腦，從超導(dǎo)到手機(jī)，量子無(wú)處不在，幾乎所有事物的背后都有量子力學(xué)在主宰。許多以往看來(lái)不切實(shí)際的幻想，在量子力學(xué)的指引下，給我們帶來(lái)新的希望和可能，必將極大地改變?nèi)祟?lèi)社會(huì)的面貌。
本書(shū)的主要特點(diǎn)是： ，突出了量子力學(xué)的核心思想，以此為主線貫穿于全書(shū)始終，從而給出了量子力學(xué)的清晰脈絡(luò)，向讀者立體化地展現(xiàn)量子思想的全貌；第二，力求對(duì)所講述的問(wèn)題盡可能給出數(shù)學(xué)之外的物理意義，使讀者從零開(kāi)始讀懂量子力學(xué)，逐漸認(rèn)識(shí)一個(gè)完全陌生的世界，并真正窺見(jiàn)它的神秘和美麗；第三，注重科普性及應(yīng)用性，科學(xué)屬于人類(lèi)的共同事業(yè)，科學(xué)的威力在于普及和創(chuàng)新，科學(xué)理論從來(lái)都不會(huì)停留在紙面上，只有經(jīng)過(guò)廣泛的普及和應(yīng)用，才會(huì)推動(dòng)人類(lèi)文明的進(jìn)步。本書(shū)將帶領(lǐng)讀者去親身體驗(yàn)如何應(yīng)用量子力學(xué)造福人類(lèi)，讓人們享受更加豐富多彩的現(xiàn)代生活。
〖1〗前言〖2〗讀者怎樣學(xué)習(xí)量子力學(xué)呢？我們認(rèn)為難以理解的是量子力學(xué)的基本概念和核心思想，而不是數(shù)學(xué)推導(dǎo)。必要的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)對(duì)于學(xué)習(xí)量子力學(xué)是重要的，但學(xué)習(xí)量子力學(xué)的主要困難在于人們的認(rèn)識(shí)仍然受到傳統(tǒng)思維的束縛，沒(méi)有真正樹(shù)立起量子力學(xué)的觀點(diǎn)。例如，量子糾纏是量子力學(xué)深刻的概念之一。在一些科普讀物中，把量子糾纏錯(cuò)誤解讀為： 姐姐在某地生了一個(gè)女兒，遠(yuǎn)在千里之外的妹妹就立即升級(jí)為姨媽。就被解釋為姐姐和妹妹處于糾纏態(tài)。這樣不恰當(dāng)解讀的出現(xiàn)，也許是科普作者的無(wú)奈之舉。如果僅僅通過(guò)與日常生活中觀察到的現(xiàn)象做類(lèi)比，是很難理解其中的真正意義的。所以，學(xué)習(xí)量子力學(xué)要致力于改變自己的思維模式，彌補(bǔ)你的思維短板，真正理解量子力學(xué)不同于經(jīng)典力學(xué)的嶄新的物理觀念。這些觀念主要是：
，微觀世界的未來(lái)是不確定的，我們永遠(yuǎn)無(wú)法知道微觀粒子準(zhǔn)確的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，只能基于概率的方法去預(yù)言。讀者要樹(shù)立概率統(tǒng)計(jì)的思維。
第二，微觀世界是不連續(xù)的，它可能更像一片沙漠，遠(yuǎn)看是連在一起的，走近才發(fā)現(xiàn)，它是由一粒一粒的細(xì)沙所構(gòu)成。讀者要認(rèn)識(shí)世界的本質(zhì)是量子化的。
第三，微觀物質(zhì)具有雙重人格，它既是粒子，又是波，將兩種性質(zhì)截然不同的東西統(tǒng)一到一個(gè)物理客體。讀者要樹(shù)立波粒二象性的物質(zhì)觀。
基于量子力學(xué)的一批顛覆性技術(shù)正在浮出水面，比如量子計(jì)算機(jī)、量子通信和量子測(cè)量等技術(shù)將是未來(lái)信息產(chǎn)業(yè)的基石，有望成為推動(dòng)第四次工業(yè)革命的重要引擎。如何成功發(fā)展量子科技，可能變成每個(gè)國(guó)家一場(chǎng)輸不起的技術(shù)革命，各國(guó)也必將傾舉國(guó)之力爭(zhēng)奪量子科技制高點(diǎn)。中國(guó)已前瞻布局顛覆性技術(shù)戰(zhàn)略發(fā)展規(guī)劃，牢牢掌握前沿科技發(fā)展的主動(dòng)權(quán)，確保量子技術(shù)水平雄居世界前列。
本書(shū)是關(guān)于量子力學(xué)的科普讀物，不可能，也不應(yīng)該要求讀者具備較深厚的數(shù)學(xué)知識(shí)，否則，對(duì)量子力學(xué)有興趣但缺乏足夠數(shù)學(xué)基礎(chǔ)的許多讀者將被擋在門(mén)外。我們?cè)趦?nèi)容取舍和講解方法上更加重視物理概念的描述，它能同時(shí)滿足三個(gè)方面讀者的需求： 如果你過(guò)去沒(méi)有學(xué)過(guò)量子力學(xué)，可以把它作為入門(mén)書(shū)來(lái)讀；如果你正在學(xué)習(xí)量子力學(xué)，可以把它作為參考書(shū)來(lái)讀；如果你已經(jīng)學(xué)過(guò)量子力學(xué)，可以把它當(dāng)作交流心得體會(huì)來(lái)讀。
當(dāng)然，對(duì)于廣大想要更好地了解未來(lái)科技發(fā)展趨向的工程技術(shù)人員和管理者，這本書(shū)會(huì)使你明白量子力學(xué)是什么，它離生活并不遠(yuǎn)。
本書(shū)很多地方借鑒了國(guó)內(nèi)外相關(guān)的文獻(xiàn)著作及研究成果，在此對(duì)所涉及的專家學(xué)者表示衷心的感謝。
無(wú)疑，限于作者的能力與水平，本書(shū)的缺點(diǎn)和不妥之處肯定不少，懇請(qǐng)讀者批評(píng)指正。
下面讓我們一起走進(jìn)量子世界！

吳今培于2021年4月18日