量子力學(xué)的發(fā)展和應(yīng)用1第一頁，共十六頁，編輯于2023年，星期五I）量子理論的誕生量子論的生日—1900年12月14日。

M.Planck：在柏林物理學(xué)會(huì)上報(bào)告他的公式（普朗克公式）的量子說明——輻射能量在吸收或發(fā)射時(shí)以整個(gè)量子進(jìn)行，頻率為的輻射振子的能量為。這就宣告了量子論的誕生。

M.Planck,Ann.Physik,4(1901)553.2第二頁，共十六頁，編輯于2023年，星期五

II）量子力學(xué)是甚么？量子力學(xué)是什么？

量子力學(xué)，更廣泛地說——量子理論，是研究微觀世界物質(zhì)運(yùn)動(dòng)和變化的基本規(guī)律的科學(xué)。

由于我們宏觀物質(zhì)全是由微觀物質(zhì)組成的，宏觀世界全部建立在微觀世界上面。因此，量子力學(xué)便無處不在、普遍適用。3第三頁，共十六頁，編輯于2023年，星期五III）自誕生起至今，它的勢頭（1）自從量子理論誕生以來，它的發(fā)展和應(yīng)用一直廣泛深刻地影響、促進(jìn)和觸發(fā)人類物質(zhì)文明的大飛躍。近80年的人類全部歷史可以作證。如果還不信，舉例，可以把所有學(xué)科名稱前面冠以“量子”二字，就會(huì)發(fā)現(xiàn)：已經(jīng)形成或?qū)⒁纬梢婚T新的理論、一門新的學(xué)問。物理學(xué)內(nèi)部就有很多這種情況。不必說物理學(xué)中以量子力學(xué)為主要理論支柱的學(xué)科；單是直接添加這兩個(gè)字就形成新學(xué)問的就有：光學(xué)—量子光學(xué)電子學(xué)—量子電子學(xué)電動(dòng)力學(xué)—量子電動(dòng)力學(xué)統(tǒng)計(jì)力學(xué)—量子統(tǒng)計(jì)力學(xué)經(jīng)典場論—量子場論在物理學(xué)之外也是大量的：化學(xué)—量子化學(xué)生物學(xué)—量子生物學(xué)宇宙學(xué)—量子宇宙學(xué)網(wǎng)絡(luò)—量子網(wǎng)絡(luò)信息論—量子信息論計(jì)算機(jī)—量子計(jì)算機(jī)就連投機(jī)家所羅斯的基金會(huì)也時(shí)髦的冠以“量子”二字：“量子基金會(huì)”4第四頁，共十六頁，編輯于2023年，星期五自誕生起至今，它的勢頭（續(xù)2）百年（1901—2002）來總共頒發(fā)NobelPrize

96次（其中1916,1931,1934,1940,1941,1942共6年未頒獎(jiǎng)）單就物理獎(jiǎng)而言：直接由量子理論得獎(jiǎng)或與量子理論密切相關(guān)而得獎(jiǎng)的次數(shù)有

57次（直接由量子理論得獎(jiǎng)25次）5第五頁，共十六頁，編輯于2023年，星期五自誕生起至今，它的勢頭（續(xù)3）Nature雜志2000年總結(jié)100年來在它上面發(fā)表的文章。從登載的數(shù)千篇文章中精選出21篇具有里程碑性的文章。其中與量子力學(xué)有關(guān)的竟占14篇。量子理論自20世紀(jì)20年代創(chuàng)立以來，直到現(xiàn)在，已逐步成為核物理、粒子物理、凝聚態(tài)物理、超流和超導(dǎo)物理、半導(dǎo)體物理、激光物理等眾多物理分支學(xué)科的共同理論基礎(chǔ)。而且在量子理論的框架內(nèi)建立了弱電統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)模型；量子理論進(jìn)入了宇宙起源和黑洞理論?？傊?，量子理論誕生后這80年來的發(fā)展，使得：量子理論成為整個(gè)近代物理學(xué)的共同理論基礎(chǔ)。6第六頁，共十六頁，編輯于2023年，星期五IV）自20世紀(jì)80年代以來，量子力學(xué)又有很大發(fā)展（除BEC及其應(yīng)用這一大塊之外）量子信息論和量子計(jì)算機(jī)：位(bit)—量子位(qubit){既是Yes又是No：|Yes>+|No>}存貯器—量子存貯器{各個(gè)位不一定有確定的狀態(tài)}邏輯門—量子邏輯門網(wǎng)絡(luò)—量子網(wǎng)絡(luò)算法—量子算法{Deutsch\DFT\Shor\Grover}{并行計(jì)算、超高速、超大容量}通訊—量子通訊{超大容量、天然保密}編碼—量子編碼密碼—量子密碼密鑰—量子密鑰經(jīng)典可克隆—量子不可克隆{經(jīng)典克隆是硬件克?。涣孔涌寺∈擒浻布靠寺?，原理上不可能}經(jīng)典通訊的定域傳播—量子通訊的非定域傳播7第七頁，共十六頁，編輯于2023年，星期五例如：LovK.Grover“QuantumMechanicsHelpsinSearchingforaNeedleinaHaystack”PhysicalReviewLetters,Vol.79,No.2,1997“量子力學(xué)幫助在干草堆里找一根針”物理評論快報(bào)，第79卷，第2期，1997年8第八頁，共十六頁，編輯于2023年，星期五V）當(dāng)前量子力學(xué)的重要應(yīng)用量子生物學(xué)量子生命科學(xué)量子神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)量子化學(xué)量子材料科學(xué)量子信息科學(xué)量子計(jì)算機(jī)科學(xué)BEC器件、原子器件目前，它正在向材料科學(xué)、化學(xué)、生物學(xué)、信息科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)大規(guī)模滲透。預(yù)計(jì)不久的將來它將會(huì)成為整個(gè)近代科學(xué)共同的理論基礎(chǔ)9第九頁，共十六頁，編輯于2023年，星期五VI）量子力學(xué)的基礎(chǔ)和邏輯框架（1）量子力學(xué)的主要線索：

2——兩組基本實(shí)驗(yàn)：波性、粒子性實(shí)驗(yàn)

1——一個(gè)基本圖象：波粒二象性

3——三大基本特征：或然、分立、不確定性

5——五大基本公設(shè)：波函數(shù)、算符、測量、動(dòng)力學(xué)方程、全同性原理另有：

3——測量過程的3階段：糾纏分解、波包塌縮、初態(tài)演化

2——兩種因果律：決定論的、或然的

1——一個(gè)中心任務(wù)：幾率幅計(jì)算10第十頁，共十六頁，編輯于2023年，星期五量子力學(xué)的基礎(chǔ)和邏輯框架（續(xù)2）兩類實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)——微觀粒子具有波粒二象性光原是“波”——現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)它又具有粒子性電子原是“粒子”——現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)它又具有波動(dòng)性實(shí)驗(yàn)給出微觀粒子一個(gè)基本圖象——波粒二象性（對波動(dòng)的）Einstein關(guān)系：（對粒子的）deBroglie

關(guān)系：量子力學(xué)的總結(jié)：（派生出的）三大基本特征：幾率幅描述量子化現(xiàn)象不確定性關(guān)系11第十一頁，共十六頁，編輯于2023年，星期五量子力學(xué)的基礎(chǔ)和邏輯框架（續(xù)3）（歸納成）邏輯結(jié)構(gòu)——

五大公設(shè)：第一公設(shè)—波函數(shù)公設(shè) 第二公設(shè)—算符公設(shè)第三公設(shè)—測量公設(shè)第四公設(shè)—?jiǎng)恿W(xué)演化公設(shè):Schr?dinger方程公設(shè)第五公設(shè)—微觀粒子全同性原理公設(shè)量子測量的三個(gè)過程：糾纏分解波包塌縮（隨機(jī)、不可逆、破壞相干性、非定域）初態(tài)演化兩種因果律的交織第一類態(tài)變化： 狀態(tài)演化—運(yùn)動(dòng)方程＋初條件。決定論的、可逆的、保持相干性。第二類態(tài)變化： 狀態(tài)測量—這是一次隨機(jī)的、不可逆的、破壞相干性的、非定域的“選擇”。一個(gè)中心任務(wù)的改變： “非對易代數(shù)＋運(yùn)動(dòng)方程

→算符方程求解”到 “幾率幅＋約束條件→路徑積分計(jì)算”。12第十二頁，共十六頁，編輯于2023年，星期五假如一個(gè)人不為量子論感到困惑，那他就是沒有明白量子論。尼爾斯﹒玻爾我想我可以放心地說，沒有誰理解量子力學(xué)（IthinkIcansavelysay,nobodyunderstandsquantummechanics）。R.P.費(fèi)曼，1963測量過程包含著深邃的不可逆性原理。L.朗道,195613第十三頁，共十六頁，編輯于2023年，星期五

愛因斯坦：

自然界最不可理解的就是，它竟然是可以理解的！

Itisthestrangestthatexistence

showsauniversalorder!14第十四頁，共十六頁，編輯于2023年，星期五道可道，非常道；