1 光的本性之爭：光是粒子還是波？ 001

1.1 惠更斯的波動學說 001

1.2 牛頓的粒子學說 002

1.3 楊氏雙縫干涉實驗 003

1.4 泊松的烏龍球 004

1.5 光就是電磁波 006

2 電磁波能量謎團：能量竟然不連續？ 007

2.1 黑體輻射謎團 007

2.2 光電效應謎團 009

2.3 原子光譜謎團 010

2.4 石破天驚的量子化假設 011

3 量子化與連續性之辯 014

3.1 芝諾悖論：你能追上烏龜嗎？ 014

3.2 玄而又玄的無窮 015

3.3 時空是量子化的 017

3.4 運動是連續的嗎？ 017

3.5 量子化纔是世界的本質 018

4 光的波粒二像性 020

4.1 愛因斯坦的光子理論 020

4.2 光子理論是牛頓粒子論的回馬槍嗎？ 022

4.3 原子能量量子化與原子光譜 024

4.4 量子理論與光的本性 026

5 愛因斯坦的疑問：什麼是光子？ 028

5.1 光與電磁波：剪不斷理還亂 028

5.2 波動光學與量子光學：為什麼有兩種？ 030

5.3 光的偏振：光子也會思考嗎？ 031

5.4 光速不變：相對中的 034

5.5 靜止質量為零：有還是沒有？ 035

6 實物粒子的波粒二像性 038

6.1 德布羅意的驚人假設 038

6.2 實物粒子波動性的觀察 041

6.3 實物粒子的雙縫干涉實驗 042

6.4 德布羅意波的應用 045

7 量子力學的建立 047

7.1 薛定諤的波動力學 047

7.2 概率構成的物質波 049

7.3 玻爾的對應原理 051

7.4 海森堡的矩陣力學 052

7.5 量子力學正式建立 054

7.6 概率論與決定論的爭論：上帝擲骰子嗎？
056

8 單個粒子的波粒二像性 059

8.1 單個電子的雙縫干涉實驗 059

8.2 概率波與概率幅 061

8.3 觀察電子的軌跡 065

8.4 跟人類捉迷藏的電子 067

9 量子力學正統解釋：哥本哈根解釋 068

9.1 不確定原理 068

9.2 互補原理 070

9.3 疊加態：人為測量竟如此重要？ 072

9.4 波函數坍縮 076

附錄
量子計算機 077

10 神奇的量子隧道效應 079

10.1 隧道效應：穿牆而過不是夢 079

10.2 掃描隧道顯微鏡 081

11 獨闢蹊徑的路徑積分 084

11.1 路徑積分：所有路徑求和 084

11.2 路徑積分對雙縫實驗的解釋 086

11.3 路徑積分的廣泛應用 088

11.4 費曼圖：物理學家的看圖說話 089

12 堅持決定論的隱變量理論 093

12.1 德布羅意的導波理論 093

12.2 玻姆的量子勢理論 095

13 量子力學的其他解釋 098

13.1 意識論：我思故我在？ 098

13.2 熱力學不可逆過程 099

13.3 退相干理論 100

13.4 GRW理論 101

13.5 多世界理論：人人都能創造平行宇宙 102

14 人類和光子的博弈 106

14.1 單光子偏振實驗 106

14.2 單光子廣角干涉實驗 108

14.3 單光子延遲選擇實驗 110

14.4 量子擦除實驗 113

15 幽靈般的超距作用：糾纏態之謎 115

15.1 玻爾與愛因斯坦過招 115

15.2 EPR佯謬：糾纏態登場 119

15.3 糾纏態的實驗證明 120

15.4 GHZ三粒子糾纏 124

15.5 量子隱形傳態: 超空間傳送能實現嗎？
125

16 原子內部的世界 128

16.1 古人的物質組成觀點 128

16.2 原子論的勝利 129

16.3 原子還不是小 130

16.4 原子內部結構 132

16.5 原子結構的初期模型 134

16.6 電子雲：電子在哪兒？ 136

16.7 電子雲節面之謎 139

16.8 電子的自旋 140

16.9 電子自旋之謎 142

17 組成世界的基本粒子 145

17.1 物質的鏡像：反物質 145

17.2 宇宙隱形人：中微子 148

17.3 世界的基石：誇克 149

17.4 世界的基石：輕子 152

17.5 四種基本力和力的傳遞粒子 153

17.6 上帝粒子：希格斯粒子 156

17.7 標準模型 157

附錄
高速粒子對狹義相對論的檢驗 158

18 宏觀量子現像：玻色–愛因斯坦凝聚 161

18.1 費米子與玻色子 161

18.2 泡利不相容原理 163

18.3 玻色.愛因斯坦凝聚 165

18.4 液氦超流現像 168

19 量子場論 171

19.1 場與粒子的統一 171

19.2 粒子的產生與轉化 172

19.3 真空裡隱藏的奧秘 174

19.4 再析費曼圖：時間能倒流嗎？ 177

19.5 量子電動力學：精確度驚人的預測 180

19.6 量子色動力學：誇克禁閉 182

20 超弦理論：萬物至理？ 183

20.1 統一理論的探索 183

20.2 宇宙的琴弦：超弦理論 185

20.3 M理論：終極理論？ 188

20.4 平行宇宙 190

附錄
是否存在交叉宇宙？ 191

21 宇宙大爆炸 193

21.1 膨脹的宇宙 193

21.2 廣義相對論與宇宙學 196

21.3 宇宙理論的發展 199

21.4 宇宙的演化 202

21.5 恆星的演化 204

21.6 暗物質與暗能量之謎 208

21.7 時空的顫抖：引力波 210

後記 215

參考文獻 217

誰要是不為量子理論感到震驚，那就是因為他還不了解量子理論。

——尼爾斯·玻爾

我想我可以相當有把握地說，沒有人能理解量子力學。

——理查德·費曼