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寻找薛定谔的猫:量子物理的奇异世界

作者:[英] 约翰·格里宾, 张广才等译

出版社:海南出版社

出版年:2015-6

页数:257

豆瓣评分:7.7 去购买

编辑推荐

适读人群 :青少年、中青年

这只不死不活的猫总是像噩梦一样让物理学家们不得安宁……

全面论述了量子理论的基本概念,并赋予那些无限复杂又伤脑筋的实验以生机,使我们可以毫不费力地把握现代量子力学之迷。


内容简介

《寻找薛定谔的猫》是一本跨越量子力学、物理学及哲学等多学科的科普图书。它就像一个科学向导,带着读者领略20世纪物理学的发展过程;它又仿佛是一本思想史,把物理学家们的思维过程非常清晰地展现出来,让读者看到科学家成功前的一次次失败。格里宾在《寻找薛定谔的猫》中生动地描述了科学家得出他们理论的过程,让读者轻松地理解瞬间的真实性和一般量子力学。


作者简介

约翰.格里宾(John Gribbin),英国著名科学读物专业作家,萨塞克斯大学天文学访问学者。他毕业于剑桥大学,获天体物理学博士学位,现在是苏塞克斯大学的客座天文学研究员。曾先后在《自然》志和《新科学家》周刊任职。1974年约翰?格里宾以其关于气候变迁的作品获得了英国科学著作奖。经常替《泰晤士报》、《卫报》和《独立报》撰写有关科学的文章,著作等身(50多部)其中包括《寻找薛定谔的猫》(海南出版社)、《大宇宙百科全书》(海南出版社)、《探索大爆炸》、《漫画时间史》(与凯特?查尔斯沃思合著)等书。


精彩书评

★既有思想深度,路数又非常清晰。是非常难得的高级科普读物。完全读懂这两本书是不容易的,但却非常值得一读。

——中国科学院自然科学史研究所方在庆


★只要你有一点点耐心,你一定可以看懂。这两本书写得的确很好,是目前有关这一内容写得很好的书。我可以保证这一点。

——华中科大物理系教授杨建邺


目录

引言 / 1

序言真实并不存在 / 3

第一部分量子理论 / 1

第一章光 / 3

是波还是粒子??波动理论的胜利

第二章原子 / 13

19世纪的原子论?爱因斯坦的原子论?电子?离子?X射线?放射性?原子的内部

第三章光与原子 / 25

黑体线索?不期而至的革命?h是什么??爱因斯坦、光和量子

第四章玻尔的原子论 / 39

电子的跃迁?得到解释的氢原子?一个偶然的要素:上帝的骰子?透视原子?得到解释的化学

第二部分量子力学 / 61

第五章光子和电子 / 63

光的粒子性?波粒二象性?电子波?与过去决裂?泡利和不相容原理?下一步去何方

第六章矩阵和波 / 82

黑利格兰德的突破?量子数学?薛定谔的理论?一次退步?量子调制术

第七章用量子进行调制 / 102

反物质?原子核的内部?激光器和受激辐射微波放大器?功能强大的显微术?超导体?生命本身

第三部分题外话 / 129

第八章可能性和不确定性 / 131

不确定性的意义?哥本哈根解释?双孔实验?坍塌的波?互补性原理

第九章悖论和可能性 / 151

匣子里的钟表?“EPR悖论”?时间旅行?爱因斯坦的时间?无中生有?薛定谔的猫?参与的宇宙

第十章布丁的验证 / 185

自旋悖论?偏振方面的迷惑?贝尔实验?证据?这到底意味着什么??确认和应用

第十一章多个世界 / 203

谁观察观察者??薛定谔的猫?超越科幻小说?超越爱因斯坦了吗??回顾一下?超越埃弗雷特?我们的特殊位置

后记未完的工作 / 223

时空的扭曲?对称性破缺?超引力?宇宙是真空涨落的产物吗??膨胀和当今宇宙

参考文献 / 241


精彩书摘

  《寻找薛定谔的猫:量子物理的奇异世界》:

  艾萨克·牛顿创立了物理学,实际上他创立了一切依赖于物理的科学。当然牛顿的工作也是在其他人基础上的,但正是由于他在300年前发现的运动三大定律及引力理论,才使科学走向通往空间飞行、激光、原子能、基因工程、化学及其他一切的里程。在200年的时间里,牛顿理论(现在称为“经典”物理)高高在上,处于统治地位;在20世纪革新中,对物理的见识已远远超过了牛顿时代。可是若没有那200年的科学发展,就不会有这种深刻的理论。本书不是科学史,它更关注新物理——量子物理,而不是经典思想。但就是在300年前的牛顿的工作中已有将要发生变革的迹象——不是出于其对行星运动及其轨道或是著名的三大定律,而是出于对光本质的研究。

  牛顿关于光的想法多出于对固定形状物体及行星轨道的行为的看法。他认识到,我们日常对物体行为的经验可能是一种误导,一个物体或粒子在不受别的东西的影响时一定与在地球表面的粒子不同。这里,我们日常经验告诉我们,除非你去推一个物体,它会待在那儿不动,如果一旦你不推它,它就很快停止运动。那么,为什么像行星及月亮等物体却不停在它们的轨道上呢?有什么东西在推动它们吗?没有。这是因为行星处于它本来的状态,与外界没有联系,而地球上的物体总是相互关联着。如果我想将钢笔拉过桌面,我的推力与桌面同笔之间的摩擦力对抗着,正是这种力才在我不推动时让笔停下来的。如果没有摩擦,笔就会一直运动下去。这就是牛顿第一定律:除非有外力作用于其上,一个物体总保持静止或以恒定的速度运动。牛顿第二定律告诉我们外力(这里指推力)对物体的效果。力改变了物体的运动速度,速度的变化称为加速度;你将力除以物体的质量,就得到此力作用于物体产生的加速度。通常,第二定律被描绘为另一种形式:力等于质量乘以加速度。牛顿第三定律告诉我们物体是怎样反作用于推动它的物体的:对于每一个作用存在大小相等方向相反的反作用。我用球拍去打一个网球时,球拍推向网球的力刚好等于网球推向球拍的力,但方向刚好相反;在桌子上的钢笔,受重力向下压,其压力刚好等于桌面弹向它的力;火箭的燃气室中,爆炸过程产生的气体向后冲去的力则正好产生大小相等但方向相反的推动火箭的力。

  这些定律连同牛顿的引力定律,解释了行星绕太阳及月亮绕地球的运动。适当地计人摩擦力,也就可以解释地球上物体的状况。这些就构成了力学的基础。但这仍有隐含的哲学上的困惑。根据牛顿定律,一个粒子的行为可根据其他粒子对它的作用力及它本身受到的作用力确定。那么如果能够知道这个宇宙所有粒子的速度与位置,就能够精确地预言每个粒子的未来行为,从而预言这个宇宙的未来。这是否意味着这个宇宙就像钟表一样,被造物主上紧了发条放在那儿,沿着一条完全可以预言的途径运动呢?牛顿的经典力学提供了这种确定性宇宙观有足够多的支持,这两种图像给人的自由意志没有留下多少机会。是否我们真的就是沿着预设好的轨迹度过我们的一生而别无选择呢?多数科学家都同意让哲学家们去争论这个问题。而他们却全力转向20世纪新物理学的中心。

  是波还是粒子?牛顿的粒子物理论是这么的成功,难怪当初解释光行为时,他也按照粒子论方法处理。无论如何,观察到的光是走直线的,并且光从镜面反射时如一个球碰在一个硬墙上一样。牛顿制造了第一台反射式望远镜,解释了白光是由七色光合成的,在光学中做了那么多工作,可他总是基于光是由一种称为微粒的小粒子流组成的假说。光线在穿过光疏质和光密质边界时传播方向发生变化,正如光从空气到水或玻璃中变弯(这就是为何搅酒棍在酒杯或桶中看来是弯的),只要假设微粒在光密质中走得快一点就能解释光的折射现象。即使在牛顿时代,仍有与之完全不同的解释。

  荷兰物理学家克里斯蒂安·惠更斯生于1629年,比牛顿大13岁,是同时代的人。他得出一个观点:光并非是粒子流,而是一种波。就像水波在海面或湖面上传播一样,光通过一种不可见的“透明的以太”传播。就像在湖塘里扔一颗石子引起的波传播那样,光在以太中传播是从光源出发到各个方向的。波理论在解释反射和折射时能同粒子说一样合理。虽然说在光密质的物质中光波的传播速度不是加快了而是减慢了,在当时的17世纪没有办法测量光速,因此这方面的差别不足以区分这两种理论的优劣。可是,有一个关键的方面,在这点上可得到可以观测到的不同预测。

  当光通过一个尖锐的边界时,它形成一个明显的边界影子。这极像粒子流的行为,因为它沿直线运动。

  ……


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