化學專業學生該如何自學量子力學？

01-13

先別急著嘲笑。我是大二的應用化學專業的學生，因為最近空閑時間比較多，所以想先通過自學量子力學的一些知識能讓我更好的理解有關有機反應中的成鍵理論，差不多也就是理論有機化學。簡單說下我自己，高數和線代比較好，普通物理（可能無關）也還行。有哪些書籍和網站可以推薦？中英文都可以，當然盡量漢語。希望有一個循序漸進的過程，因為我打算把我之前關於量子力學的認知都推翻重新來過。

１．有機基本上還是一堆反應試錯，體系太複雜基本無法利用量子力學定量分析。只有少數（比如雙烯合成反應、電環化反應）可以用前線軌道理論定性解釋。譬如敝人不敢說自己學得多好，但也至少是干這行的吧；但有機照樣學得巨差。所以——題主想一想是不是特別想學，空閑時間可乾的事情很多呀!——或者學完發現艾瑪比有機好玩多了，轉行搞物化（來來來，非常歡迎！）

２．不要罵我崇洋媚外，真心非常不推薦中文教材，尤其是你要自學！英文原版教材的好處在於——詳盡的解釋文字和豐富的圖表非常有助於你理解基本的物理概念，而非像大部分中文教材那樣列一堆公式然後「易得ＸＸＸ」就完了。此外，也有助於你提高英文。放心沒那麼難懂的（其實只有更容易懂）

推薦幾個作者（身邊的美國本科生研究生都在用的）：

本科大部頭：Donald McQuarrie John Simon; Physical Chemistry: A Molecular Approach

優點：出名啊，美國非常流行的教材；缺點：還包括其他各種物理化學的主題，而且巨貴
初級研究生級別：Peter Atkins Ronald Friedman; Molecular Quantum Mechanics, 5th Ed.
優點：講得細且深入，圖很漂亮；但因為是研究生級別，數學更多一點。但是在有高數的線代的基礎上完全可以看懂。
高級研究生級別：Attila Szabo Neil Ostlund: Modern Quantum Chemistry: Introduction to Advanced Electronic Structure Theory
缺點：太深了，但還是列作參考吧。這是給計算化學方向研究生的。講得非常深，大量數學出沒。題主目前肯定用不到，但是如果真心被量化吸引了，可以考慮進階閱讀
優點：便宜= = 180塊錢（別買kindle版，下標可以看瞎你的眼）

我自己也讀書不多，不敢說推薦的是最好的。但我自己用的是Atkins和Szabo，感覺非常好，比我本科的中文教材清楚太多了！受益匪淺。中文亞馬遜上可以買到原版，McQuarrier Simon 600塊錢，Atkins Friedman 800 塊錢，還行（跟美國差不多價錢）。

3．不是特別推薦去聽物理系的課、學物理系的教材。物理系的更偏向基礎理論，而不太考慮學化學同學關心分子結構的背景。你看上面兩本書強調「molecular」，更符合化學家的知識背景和語境，重在應用。物理系的量子力學，建議先搞定古典力學（拉格朗日力學、哈密頓力學）再去學，但題主估計就得轉系了。

4. 題主自認為高數線代基礎不錯，那將是極好的！而且如果你想重建對量子化學的認識，推薦Atkins，會講到 shift operator 等等有趣又更本質些的東西。到Szado就會講二次量子化和從頭計演算法等等高大上的東西了。

5. 網路課程，查了一下coursera，貌似都沒有對應課程。上面有人提到edX，不太清楚。題主想上個網路課程的話也是挺好的選項。

希望有所幫助

事實上你需要的並不是量子力學，量子力學真正在有機化學中應用很少。理論有機化學的話，推薦一本書：

現代物理有機化學 by 安斯林、多爾蒂

高等教育出版社出版

這本書內容非常棒，而且是全彩印刷。也可以閱讀原版「Modern Physical Organic Chemistry」 by Anslyn EV and Dougherty DA。

題主的求知熱情非常好。為了理解化學成鍵，確實需要量子力學。向題主推薦《化學中的軌道相互作用》（Orbital interactions in chemistry）一書，作者是Albright、Burdett和Whangbo（皇甫明煥）。這三人都曾經是Roald Hoffmann（1981年諾貝爾化學獎得主，我的博士後導師）的博士後，這本書是定性分子軌道理論學派的標準介紹著作。讀完這本書，你對化學成鍵的理解就達到洞察的層次了。此書1985年出第一版，2013年出第二版。我正在翻譯第二版。你現在可以先讀英文版。科技英語不難讀懂，正好鍛煉一下你的英文閱讀能力。祝好！

在有機領域量子力學的應用其實不多，恕我知識有限，現在能回想起來的主要都集中在計算化學和物理有機領域。其實物理有機領域量子化學應用的不那麼多，準確地說，是不那麼「量子」。

計算化學而言，對於大部分做計算的而言，學會量子知識並不比會操作軟體敲代碼有用，但粗淺的來講，目前計算化學分為以下幾類：

分子動力學類，代表性MM2等，這類方法的基礎是傳統的經典力學，因此往往只適用於計算構象，對過渡態等一籌莫展，但速度快因此還是很常用。

為了優化分子動力學這一計算方法，大量的通過量子力學為基礎計算出的參數被引入，例如AM1等，可以勉強算算簡單分子的過渡態，這些我們稱之為半經驗方法

以量子力學為基礎，又可以分為兩類：

1.以薛定諤方程為出發點，ab initio方法，即從頭算

對於這一塊，你是要對量子力學有較好的理解才能弄得比較明白的。例如為什麼這樣的方法如HF是variational的，包括HF以及後HF的一些方法，CI和CC等，他們有哪些局限性，為什麼會產生這樣的局限性，對哪些體系適用。

2. 以密度泛函為出發點的DFT演算法，更廣泛的應用於金屬有機中。這部分計算也是基於量子力學但它不從薛定諤方程出發，但又引入了許多參數來優化，它的一些應用與局限性也是要通過量子的學習才能體會得更深入的。

在此基礎上你所需要學習的量子知識，就包括：薛定諤方程，其解法，其近似（波爾－奧本海默近似，HF近似，LCAO近似等），軌道的反對稱性（slater行列式），CI等知識，以此基礎為入門，你就可以開始看些簡單的計算化學的書。

在你掌握了這些初級量子力學知識後，推薦兩本教材：

Computational Chemistry：A Practical Guide for Applying Techniques to Real World Problems by David Young

Computational Organic Chemistry by Steven M. Bachrach

而在物理有機領域，這部分內容較廣，熱力學動力學較為重要。個人覺得量子力學涉及領域主要在軌道這一塊。在有機領域，則是分子軌道理論較為重要。

要系統地學習分子軌道理論，光有量子力學知識是不夠的，需要有群論和線性代數的基礎，

推薦一本教材，Cotton 的Group Theory 的第五章到第八章，詳盡地講了如何從薛定諤方程出發構建分子軌道理論，以此為基礎你再去學習前線軌道理論將非常清晰。

除此之外，還推薦一本書：

Orbital Interaction in Chemistry by Thomas A. Albright

至於Anslyn寫的現代物理有機化學，我個人覺得它廣而不精，泛而不深，但入門是很好的。相反Carey的高等有機化學A要深一些。

題目本身和補充說明可以看作是兩個問題或者兩個層次的問題。對於補充說明的問題，自然是先從結構化學看起，比如周公度的《結構化學基礎》。對於原題目本身，幾乎是物理化學專業甚至計算與理論化學專業研究生的層次了。大部分答案除了勸不學的，就是從物理專業的量子力學考慮的。確實，為化學系學生寫的有深度的量子力學教材很少（Atkins的深度對於看懂JCP、JPCA、JCTC上偏理論的文章簡直毫無用處）；而直接看物理專業的教材呢，以化學系學生的背景，確實有「不自量力」之感。我對此深有體會，但是有一本書可能正合題目字面之意，這就是SchatzRatner合著的Quantum Mechanics in Chemistry（《化學中的量子力學》），國內有沒有出版不知道，但是美國的Dover版很便宜，封面如下

不到400頁內容涵蓋卻很廣，群論、二次量子化、密度矩陣、路徑積分都有涉及。兩位作者也是大有來頭。都是美國科學院院士，西北大學化學系教授。Schatz是JPC的主編。JPC圈外人可能不知道，但是他的辦公室有一幅著名的海報，很多人大概會感到很「親切」：

而Ratner在某種程度上比Schatz更牛一點，因為他在1974年第一次從理論上提出了「分子二極體」這一外行人都能容易搞明白的概念。所以想要了解化學界大師的思路，這書是不錯的。當然跟幾乎所有化學系的人寫的書一樣，這本書也是基本上不區分態矢量和波函數，常常直接把狄拉克的右矢作為波函數的簡寫記號來應用的。

如果題主真的想理解的透徹一些的話，推薦從sakurai的《Modern Quantum Mechanics》入門。默默的說其實我也沒仔細看過，但我們最開始學量子的時候基本用的是這本書的架構體系。就像李剛的答案里說的一樣，如果從解薛定諤方程開始學習量子力學的話，一上來境界就低了。從代數的角度切入才是正途。記得sakurai的書一開始就是講偏振光的例子，境界比所有從氫原子波函數開始講起的教材高到不知道哪裡去了...有很多解薛定諤方程解了半天連角動量的coupling都還搞不明白的人。

當然這本書很物理，真正要學量子化學的話還是要回到OstlundSzabo這樣的書上來。但是個人感覺大的圖像正確之後再回來看量化才能真正看懂。

推薦教材

格里菲斯《量子力學概論》

英文版為

David Griffiths《Introduction to Quantum Mechanics》（Second Edition）

1.學量子力學對題主有多大幫助我不清楚，不過你想自學量子力學基本知識的話，上面那本書是很好的入門教材，講解詳細，條理清楚，門檻很低題主完全可以上手。

2.建議同時多參考幾本書（不是全讀，不懂的地方可以看相關章節），如曾謹言（建議作為參考書而非主線），周世勛，shankar的量子力學教材，費曼講義的量子力學部分也可以參考（這個也不建議作為主線）

3.估計題主是暑假自學吧，那麼應該比較有空，建議至少把課後的基本習題做了。

4.不要被高票答案嚇到了，沒那麼難，有不懂的很正常，有問題多找老師和同學（最好是學物理的）討論；多參考其他教材，公開課神馬的，基本知識掌握還是沒問題的

5.不建議看狄拉克的書（現階段）；開始看書之前先看看格里菲斯寫的序言；推薦英文版，語言更流暢，而且反正遲早要看很多英文書和paper的

其實，我的答案主要有三點：

1.根據答主的經驗，有機化學的學習與有機化學在科研領域的理論基礎基本對量子力學涉及很少，比如答主正在鑽研的領域主要是有機方法學，基本沒有用到過什麼量子力學理論，在有機化學裡，理論總是遠遠領先於實踐的發展，我們發現新反應基本都是通過嘗試而非理論推斷；

2.只要你熱愛某個領域或者抱著一種熱愛的心態去做，總會把裡邊的東西搞明白，請抱著一種把知識融會貫通的精神去學習，想當年答主高中就把大學前兩年所有的化學科目都學習一遍，並且是每門課的教材都看了兩三種，比如有機化學至少讀了五本教材，大學也搞了一點科研，雖然搞的很水，不過最近一直在擠時間讀高等有機化學和電子順磁共振理論，我物理很差，像順磁這種世界頂尖的機理學儀器，也是極難搞懂的，如果沒有這種心態和精神是做不來的；

3.量子力學我不熟，也沒有什麼可推薦的書籍或者課程，如果非要徵求我的建議的話，建議你多讀一些西方經典的物理學著作，也聽一些世界知名大學的物理學課程，這比你啃中國的教材和課程要高效的多。

隨機過程隨機過，量子力學量力學，實變函數學十遍，彙編語言不會編。

首先，反對一些人所說的量子化學就是教解S.Eq.的。

說一下本人的經歷。其實本人一直十分後悔大一過得太混賬，少學了太多東西。

最初接觸量子力學是大物的最後一章。然而大物嘛，都懂的，水的一比的物理課，所謂的量子力學就是會解個一維無窮勢箱的S.Eq得到滿足邊界條件的特解就可以了。到了結構化學，一上來看到算符啥的就懵懵懂懂，一副你開心就好的態度。說實話那時我並不知道我學的是什麼。

後來去UCSB交流了一個學期。不得不說這一個學期對我的影響非常大。我選了量子化學和光化學兩門比較物理的課程。量化老師邊講邊板書，我們在下面邊聽邊筆記。我記得那位老師的講法是非常經典的量子力學基礎的套路，全程使用狄拉克矢量語言為主。講諧振子、角動量都是用升降算符和解方程方法各講一遍，清清楚楚。講氫原子，就從連帶勒讓德方程出發對各個角量子數的軌道形狀一個個討論。變分法，微擾都各講了兩節課。布置的課後習題更是精良，要動一番腦筋，但想出來的同時就對相關內容的理解上了一個台階。

另外一門，光化學，一大半時間在講光物理，從自發和受激躍遷的愛因斯坦A,B係數的公式講到躍遷偶極矩，再擺出躍遷偶極矩均值公式，用Born Oppenheimer近似展開成偶極矩積分、Franck-Condon積分和自旋積分三部分乘積，逐個討論躍遷選律，還講了群論群軌道一些個當時聽不懂的東西比如拉曼選律矩陣表示啥的。

回國之後，我又把之前學的東西拿出來看，重新整理，理解。這時候感覺自己對這方面有些概念了。之後，抱著Atkins physical chem的結構部分又看了一段時間，依然感覺似懂非懂。

直到我接觸了理論力學和電動力學。

沒有經典物理，你學的量子物理是空的。這就是為什麼之前總感覺似懂非懂。從拉格朗日力學走一個勒讓德變換到哈密頓力學，再推導出哈密頓正則方程，還有變分原理，並反覆去看，理解它在幹什麼。經過了這個過程，對理論物理稍有感覺之後，進入電動力學，又是一個美妙的世界。一個小小的邊值問題，竟造就了我們看到的世界。電磁波在介質中折射、反射，用邊值問題討論一下，水到渠成。在導體中因為多了一項驅動的自由電荷引起的傳導電流而消耗了能量，對應著定義的虛介電常數在指數因子中形成指數衰減因子。然後發現，原來量子力學中的一維勢箱就是個諧振腔，指數的量子隧穿對應著電磁波在導體中的微弱透射。對波粒二象性，粒子波動性更深入一層的理解，使我理解了量子化學課上老師所說的透射係數，反射係數的意義及其經典模型。電磁輻射的產生，把推遲勢作Taylor展開，在輻射區只保留偶極輻射，就給躍遷過程安上了一個偶極振子共振模型，就進一步理解了躍遷偶極矩，理解了躍遷選律。看了A-B效應中矢勢對電子正則動量的影響，再看儀器分析中說的Zeeman分裂就清楚的多。回過頭來再看用代數語言寫的量子力學，一切都是那麼自然，精妙，Perfect~

說到底，一遍沒弄懂正常，多看幾遍，反覆看，看完全書再回頭看重點章節。如果實在不懂的話，很可能就是因為沒有經典物理基礎，你就學了假量子力學。。。

當然前提是，你得把高數和線代，特別是線代學紮實了，讓線性空間紮根於你的世界觀中。另外，書本上的線代是不夠的，推薦朱洪元的《群論與量子力學中的對稱性》，裡面把有用的基本代數知識講的差不多了。

然後，我搬磚是做金屬有機的，典型所謂偽化，完全不沾邊。。。

以上

對於大部分化學的其實適合你入門的是量子化學而不是物理系的量子力學，一般量子化學的教材對量子力學介紹的比較簡單也比較切合化學應用。俺念書的時候學的levine的，感覺還不錯。另外量子力學在化學中最直觀的應用就是各種計算模擬方法，雖然題主不搞計算，但是在學習過程中配合一些計算的應用的話能加深理解，對於以後做有機發論文也有幫助（哪怕畫個分子圖呢）,這個推薦Gaussian出的exploring chemistry with electronic structure methods，書上都是例子，一個一個來，學完了高斯也算入門了。然後如果你學有餘力希望進一步學好量子力學可以去找本物理系的教材來看了，各種初量就算了，英語的話看看櫻井（沒有莉亞）的mqm，中文看看喀興林就好（喀老的書優點是很代數，缺點是過於代數），從更高的角度審視一遍，會有很大提高，最好找個研究生的高量課來蹭蹭。說句題外話至少我認識的學化學人包括我自己去刷物理系的課成績都不錯，因為俺們自帶shut up and calculate屬性。數學是硬傷，最好好好補一補。主要問題還不是教材上的，有很多小地方對物理系的是顯而易見對化學系的就是一臉懵逼，俺當年惡補很長時間數學，然後第一節課老師一句，n維球體積大家都知道了吧，幾乎讓俺崩潰。這時最好身邊有個物理系的基友提醒你一下。如果上面你都做到了，你的有機應該已經荒廢了，歡迎加入量化大家庭.........

我能說我曾學過一門課叫做quantum chemistry么！你以為學化學離量子物理很遠咩？只是你走的不夠遠而已。

不自量力=不要自學量子力學。（不是量子物理）

首先你要明確量子物理，和量子力學，是兩個不同的概念。相當於，微積分和數學分析的關係。我認為你們化學系的學量子物理足夠了。因為現在量子化學的基礎是大量的軟體包。學會用軟體包比花很多時間搞那麼難的東西更practical。當然你要碼完全可以。大多數人用python，有用Ruby和Pearl的，我也見過用c++寫的瘋子們。

Griffith The introduction to quantum mechanics. UIUC搞TEM，教授給物理不好的同學的參考書也是這個。我認識一個大神本科去了伯克利高中自學QM也是這本書。化學系的話學過結構化學應該能看懂。以及。真正學QM的核心是學數學物理方法以及線性代數。否則就是一大堆虛無縹緲的概念而已。學QM的一個最大的好處就是它可以幫助你真正理解一些較難的數學概念。

至於量子力學。嚴重推薦趙凱華的這本書（在國內應該很流行）。我去台灣交換的時候隨身帶的三本書之一。半年讀完的確獲益匪淺。

量子物理的相關科目其他的比較主流的是結構化學和固體物理。你如果能夠再學習剩下兩個，也是不錯的。

好了不裝逼了繼續寫代碼去也。

在學校去聽課不就好了，去聽物理系的

抖個機靈

在我們這裡流行過一句順口溜

隨機過程隨機過，量子力學量力學

有高數和線代足矣，少年請看當期直播的斯坦福在線課程：面向科學家和工程師的量子力學。深入不論，但絕對淺出易懂，可以自學。

量子力學不是解薛定諤方程的學問啊！

量子力學的語言不是微積分，而是線性代數～

量子力學一上來講什麼左矢右矢內積外積各種自旋啥的，不知道化學能用多少……

還有，基礎物理和理論力學要學好，量子力學有些東西是假設自經典力學的，比如哈密頓算符

發頁書你先感受一下。。

強烈推薦北京大學出版周公度《結構化學基礎》。哈哈，這本書當初虐得我死去活來的，希望題主喜歡~

沒事就在家寫寫多原子分子的薛定諤方程，最好解出來。

沒事就運用下一維勢箱二維勢箱三維勢箱估算一下分子長度。

沒事就寫幾個算符然後求什麼共軛算符什麼歸一化的。

沒事就看看晶體缺陷本徵缺陷點缺陷線缺陷肖特基缺陷。

沒事找幾個化學式判斷一下是體心立方面心立方簡單立方Cn點群Dn點群Tn點群。

哈哈哈哈哈~

把結構化學前面幾章弄懂就完全夠用了，應化的大三應該會開這門課吧

如果真的想學量子力學，樓上說的旁聽是個不錯的建議，另外就是公開課斯坦福大學公開課：量子力學，Log into your edX Account

如果是對有機化學感興趣，那麼這些理論真的不重要，早點進實驗室把合成和表徵的流程擼幾遍才算是入門，理論只是用於實驗結果的自圓其說

不知道你是想更好地理解有機化學還是純粹為了了解量子力學。

我碩士期間主要做的是有機合成方向，系統地學習過高等有機化學和有機合成方法，關於有機化學的理論，很少會用到量子力學，即使像結構化學這種可以進一步發展為量子化學的學科，用到的也基本上只是量子力學前期的一些基礎理論，比如薛定諤方程之類的。而學習有機化學的精要在於拿來主義，大部分時間只需要理解幾個常用的名詞就可以了，比如基礎有機化學中常提到的空間位阻，誘導效應等，你只要明白當人家提到這個名詞，大概指的是什麼，也就是有這個效應時會帶來什麼樣的後果，就可以了，就算高深如核磁共振圖譜解析這種研究生課程，雖然會用到大量晦澀難懂的理論，但是我想大部分人也僅僅是會根據這些因素去判斷實際遇到的問題，畢竟這些理論都是為了實際科研中能用到。

我建議你如果以後不搞科研的話大可不必鑽研本專業高深的理論書籍，有時間倒不如多出去實習一下，了解一下你的專業在工業界的情況，這樣也清楚以後到底往哪個方向發展，恕我直言，我理解的應用化學專業其實就是化學界的大雜燴，哪些地方可以應用於工業化生產哪些地方就成了應用化學的研究方向，很多原來屬於精細化工的內容都被轉移到了應用化學，所以這些年工業界很多做配方的工藝師都是應用化學出身，而做這些東西，擁有一流的化學理論基礎我覺得幫助不大，至少從性價比上說是很不值的。

不如推薦你幾本書吧，傅獻彩的物理化學，刑其毅的基礎有機化學，陳維孝，何曼君的高分子物理，潘祖仁的高分子化學，還有一本武漢大學出版的無機化學，以及天津大學出版的化工原理，這些都是化學界各個分支的經典巨著，你全部弄懂了，就是專家了，別老想著弄個大的，別人不會的，然後回過頭來再把沒弄過大的人批判一番，要學會悶聲大發財，沒有經歷過的人總是年少輕狂，too simple ,sometimes naive，時光飛逝，你這段空閑的時間很快就會過完的，做多點有意義的事吧，想起了很多年前的歲月。