Problems and Solutions in Theoretical and Mathematical Physics pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:World Scientific Publishing Co Pte Ltd

作者:Steeb, Willi-Hans 编

出品人:

页数:250

译者:

出版时间:2009-7

价格:$ 66.67

装帧:

isbn号码:9789814282147

丛书系列:

图书标签:

理论物理
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具体描述

This book provides a comprehensive collection of problems together with their detailed solutions in the field of Theoretical and Mathematical Physics. All modern fields in Theoretical and Mathematical Physics are covered. It is the only book which covers all the new techniques and methods in theoretical and mathematical physics. Third edition updated with: Exercises in: Hilbert space theory, Lie groups, Matrix-valued differential forms, Bose-Fermi operators and string theory. All other chapters have been updated with new problems and materials. Most chapters contain an introduction to the subject discussed in the text.

《量子纠缠的奥秘：从基础到前沿》本书旨在为对量子力学核心概念——量子纠缠——感兴趣的读者提供一个全面而深入的探索之旅。我们不打算复述那些充斥于理论物理文献中的经典难题，而是要深入挖掘量子纠缠这一奇异现象背后，那令人着迷的物理直觉与数学精妙的融合。从纠缠的诞生之初，到它在现代科技中扮演的关键角色，本书将带领读者一步步揭开其神秘面纱。第一章：纠缠的萌芽——贝尔不等式的历史回响一切都始于一场关于“实在性”与“定域性”的深刻辩论。爱因斯坦、波多尔斯基和罗森（EPR）在1935年提出的思想实验，旨在质疑量子力学的完备性，他们认为量子理论中的“幽灵般的超距作用”与物理现实的定域性原则相悖。然而，约翰·斯图尔特·贝尔在1964年提出的贝尔不等式，将这一哲学争论转化为一个可检验的物理问题。本书将在这一章中，详尽回顾EPR佯谬的提出背景、其核心论点，以及贝尔不等式如何提供了一个区分定域实在论与量子力学的实验途径。我们将深入剖析贝尔定理的数学结构，理解其不等式背后的物理含义，并探讨它如何为后来的实验验证铺平道路。这一章不仅是对历史的回溯，更是对量子力学基础理解的一次深刻反思，为后续章节中纠缠的深入探讨奠定坚实的理论基石。我们将避免直接陈述“证明”或“解决”这些概念，而是侧重于其发展脉络和核心思想的呈现，让读者感受到科学家们在探索未知时的思维碰撞。第二章：纠缠的语言——量子信息论的基石量子纠缠并非只是一个抽象的物理概念，它更是驱动量子信息革命的强大引擎。本章将聚焦于量子信息论的视角，深入阐释纠缠在量子计算、量子通信和量子密码学中的核心作用。我们将从基本概念入手，例如量子比特（qubit）的叠加态和酉演化，然后引出纠缠态的数学描述。读者将了解如何通过张量积来构建多体量子系统，以及如何使用密度矩阵和保真度等工具来量化纠缠的强度和性质。本书将特别关注纠缠在量子算法中的应用，例如Shor算法和Grover算法，并解释纠缠如何提供指数级的计算优势。此外，我们还将探讨量子密钥分发（QKD）协议，例如BB84协议，并揭示纠缠在保证信息安全方面的独特优势。这一章将以直观的类比和严谨的数学推导相结合的方式，让读者深刻理解纠缠作为一种资源，如何在量子信息技术的各个领域发挥不可替代的作用。我们将侧重于概念的引入和应用的介绍，避免直接给出“解决方案”，而是强调纠缠在其中扮演的“角色”与“功能”。第三章：纠缠的测量与操纵——实验技术的演进理论的美妙离不开实验的验证与支撑。本章将聚焦于量子纠缠的实验测量与操纵技术，回顾和展望其发展历程。我们将从早期的光子纠缠实验出发，介绍单光子探测器、分束器、干涉仪等关键实验装置。读者将了解如何通过贝尔不等式检验来实验性地确认纠缠的存在，并理解不同类型的纠缠源（如自发参量下转换、纠缠光纤等）的优缺点。随着技术的发展，我们还将探讨原子、离子、超导电路、氮-空位（NV）中心等多种物质系统的纠缠实现方式，以及它们在不同应用场景下的优势。本书将深入讨论量子态层析（quantum state tomography）等技术，它们如何帮助我们精确地表征和理解纠缠态的复杂性。此外，我们还将展望量子模拟和通用量子计算在纠缠操纵方面的最新进展，例如利用激光、微波脉冲等控制手段，实现对多体纠缠态的精确制备和操控。这一章旨在展现科学家们如何通过巧妙的实验设计，将抽象的量子理论转化为可观察、可利用的现实，体现了实验物理的智慧与挑战。我们将着重于实验方法的介绍和技术细节的讲解，而非总结“结果”或“答案”。第四章：纠缠的边界——热力学、黑洞与宇宙的量子之问量子纠缠的触角早已延伸到物理学的最前沿，甚至触及到宇宙的奥秘。本章将探索纠缠在热力学、黑洞信息佯谬以及宇宙学等领域的深刻内涵。我们将讨论量子热力学中纠缠的角色，例如纠缠如何影响系统的能量交换和熵变，以及它在量子发动机和制冷器中的潜在应用。随后，我们将深入探讨黑洞信息佯谬，这是一个将量子力学与广义相对论的冲突推向极致的问题。本书将解析霍金辐射如何与黑洞视界附近的纠缠联系在一起，以及它对信息是否会丢失的深刻质疑。我们将介绍全息原理（holographic principle）等理论框架，试图通过纠缠的视角来理解黑洞内部的结构和量子引力的本质。最后，我们将触及早期宇宙的量子涨落和纠缠，以及它们如何可能影响宇宙的大尺度结构形成。本章将带领读者进行一次跨越学科界限的思维冒险，探索纠缠在理解我们所处宇宙最根本问题时的重要性，展现物理学的统一性和深刻性。这一章侧重于概念的引入和理论的探讨，不以提供“解决方案”为目的，而是引发读者对这些前沿问题的思考。第五章：纠缠的未来——超越经典的信息革命我们正站在一个由量子纠缠驱动的全新信息时代的门槛上。本章将展望量子纠缠的未来发展方向及其对人类社会可能产生的深远影响。我们将探讨更大规模、更稳定、更易于操纵的量子计算系统的发展前景，以及它们将如何颠覆材料科学、药物研发、金融建模等领域。在量子通信方面，我们将讨论构建全球量子互联网的可能性，实现安全无虞的信息传输和分布式量子计算。此外，我们还将展望量子传感器的发展，利用纠缠态实现前所未有的高精度测量，应用于导航、医疗诊断和基础科学研究。本书还将触及纠缠在人工智能、区块链等新兴技术领域的潜在融合，以及它们可能带来的颠覆性变革。我们将鼓励读者思考，如何通过持续的理论研究和技术创新，充分释放纠缠的潜能，创造一个更智能、更安全、更美好的未来。本章聚焦于前瞻性的展望和潜在的应用，旨在激发读者对未来科技发展的想象力和参与感，避免任何形式的“最终答案”的陈述。本书的写作宗旨始终是清晰地阐释概念、严谨地呈现数学工具，并激发读者对量子纠缠这一奇妙现象的深入思考。我们相信，通过对这些核心议题的细致探讨，读者将能够构建起对量子纠缠的深刻理解，并感受到其在现代物理学和未来科技发展中的不可替代的地位。