前言

随着中国的量子科学实验卫星“墨子号”上天，公众对量子及量子纠缠的兴趣大增，“量子”俨然成为一个热门话题。也许你是近几年才第一次听说“量子力学”，但实际上它至今已有一百多年的历史，可以说是一门十分成熟且非常成功的物理理论。它直接奠定了原子弹、核技术、光学、半导体工业等领域的物理基础，如今又在量子计算、信息加密等现代高科技领域大显身手。有人说，量子力学是科学史上最为精确地被实验检验了的理论，可以说是人类智力征程中的最高成就。根据统计资料，一个多世纪以来颁发的诺贝尔物理学奖中，绝大部分都颁给了与量子力学有关的研究。

因此，身为一个现代人，如果不学习一点量子力学，就如同没有上过互联网搜索信息，没有用过微信聊天一样，可算是人生的一大遗憾。然而，现有的量子科普读物，要么专业性太强，不是十分适合大众的口味，要么科学知识不到位，使用一些不恰当的比喻，反而容易被人误解和滥用。

因此，我专门创作了这本深入浅出、图文并茂的小书，简明且较全面地介绍量子力学的理论、实验及应用。在写作过程中，我尽量做到内容扎实、解释通俗，力求既引人入胜，又保证科学的严谨性。我希望尽量满足各个教育水平大众的阅读需求，既能激发年轻学生对科学的兴趣，也能让成人增长知识、消除疑惑。它为好奇的读者讲述人人都能了解的量子力学知识，可以作为量子力学入门的极简教科书。这本书中没有令人生畏的数学公式，仅用通俗的文字及精心绘制的原理示意图来介绍和解释概念，希望你可以从轻松愉快的阅读中获得乐趣，增长见识。

这本书可以分为两大部分，一部分介绍量子，一部分介绍量子纠缠。我们会了解到许多奇特的新概念、新理论，看到很多不可思议的实验，它们乍一看可能非常违背我们在日常生活中的直觉，但仔细了解后，你就能发现这些概念、理论以及实验实际上非常有趣。它们不仅存在于物理学家的头脑中，还在一步一步地走进现实，成为人类社会未来发展的重要驱动力。这本书的第一部分首先介绍量子概念的来源、意义、历史等，然后进一步带领读者遨游奇妙的量子世界，解释诸如薛定谔的猫、不确定性原理、隧穿效应、自旋等相关概念和现象，再简要介绍量子力学在激光物理、半导体工业及其他相关领域中的应用。

在第二部分中，我们将进一步走近神秘的量子纠缠现象及其应用。量子纠缠最为诱人的应用是未来的量子计算机和量子通信，其中包括量子信息、量子加密、量子传输等等相关概念。这一部分将梳理这些概念，解释它们的内容和原理，展望它们的前景，引领我们沿着量子之路，走向人类文明世界的未来。

除了这些奇妙的科学新知，这本小书里不时还会提到一个又一个与量子力学有关的科学家的名字，他们中有的我们耳熟能详，有的却不那么为大众所知。希望读完此书，你除了了解到量子力学方面的知识，还能记得那些形象鲜明、充满创造力且独具个性的物理学家，比如薛定谔、玻尔、惠勒、费曼……值得一提的是，笔者当年在美国得克萨斯大学奥斯汀分校攻读物理学博士时，时常向惠勒请教问题。他是我的博士论文指导小组成员之一。我还参与过留学生杂志对惠勒的专访。那次访谈中，惠勒在谈到玻尔当年的哥本哈根研究所时，回忆了相当多的细节。

“……早期的玻尔研究所，楼房大小不及一家私人住宅，人员通常只有三五个，但玻尔作为当时物理学界的先驱，可谓在量子理论界叱咤风云。在那儿，各种思想的新颖性和活跃性，在古今的研究中是罕见的。尤其是每天早晨的讨论会上，既有发人深思的真知灼见，也有贻笑大方的狂想谬误，既有严谨的学术报告，也有热烈的自由争论。不过，所谓地位的压制、名人的威权、家长式的说教以及门户的偏见，在那斗室之中，却没有任何立足之地。

“没有矛盾和佯谬，就不可能有科学的进步。绚丽的思想火花往往闪现在两个同时并存的矛盾的碰撞切磋之中。因此我们教学生、学科学，就得让学生有‘危机感’，学生才觉得自己有用武之地。否则，学生只会看见物理学是一座完美无缺的大厦，却没有问题，还研究什么呢？从这个意义上来说，不是老师教学生，而是学生‘教’老师。”

惠勒的这些话，直到今天都令科研工作者受益无穷。回顾量子力学的百年发展历程，我们可以看到，科学就是通过这些名字、通过一代又一代学者不断的追问和求索展开的，这个过程中，不同观点的碰撞是再自然不过的事情了。

最后，为了方便读者查询，笔者整理了量子力学发展过程中的里程碑大事和科学家名字及年代，以及少量重要的参考文献，总结在附录中，希望能够为感兴趣的读者提供有效的拓展阅读线索。

现在，请开始一段迷人又有趣的量子世界的发现之旅吧。