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量子理論-牛津通識讀本 版權(quán)信息
- ISBN：9787544755078
- 條形碼：9787544755078 ; 978-7-5447-5507-8
- 裝幀：一般純質(zhì)紙
- 冊數(shù)：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>>
量子理論-牛津通識讀本 本書特色
如果有一種理論可能會顛覆你的世界觀，且不是憑空的想象，而是有多位世界*級科學家前仆后繼的研究為基礎，這樣的理論絕對值得你靜下心來了解一番！读孔永碚摗纷髡咴且幻艹龅奈锢韺W家，后開啟第二職業(yè)生涯，成為一名牧師。在這本書中，他以深厚功力，在一百頁左右的篇幅中，帶領我們?nèi)ヮI略量子世界的不可思議。這里有薛定諤的貓、不確定性原理、波粒二象性，有科學研究中如熱帶日出般突然顯現(xiàn)的曙光、1927年星光燦爛的索爾維會議、讓奧卡姆的威廉死不瞑目的多世界設想……
量子理論-牛津通識讀本 內(nèi)容簡介
在物理學領域，量子理論是自牛頓以來*具革命性的發(fā)現(xiàn)。《量子理論》以簡明的、非數(shù)學式的語言，剖析了一些奇異古怪又激動人心的觀念，正是這些觀念，使亞原子世界與我們的日常世界如此迥異。約翰?波爾金霍恩清晰而透徹地探討了不確定性、不可預見性、波粒二象性以及懸而未決的測量問題等，為量子理論這一物理學史上*偉大的發(fā)現(xiàn)、20世紀*杰出的智力成就之一揭開面紗。
量子理論-牛津通識讀本 目錄
致謝
前言
1經(jīng)典物理的缺陷
2曙光顯現(xiàn)
3日益加深的困惑
4進一步發(fā)展
5相聚
6教訓與價值
術(shù)語表
數(shù)學附錄
索引
英文原文
展開全部
量子理論-牛津通識讀本 節(jié)選
前言 20 世紀20 年代中期，人類發(fā)現(xiàn)了現(xiàn)代量子理論。該理論帶來了自艾薩克?牛頓時代以來人類認識物理世界本質(zhì)的*重大變革。人們發(fā)現(xiàn)，曾經(jīng)被認為是具有清晰、確定過程的地方，在亞原子基礎上，其行為是模糊的、斷斷續(xù)續(xù)的。與這個革命性變化相比，狹義相對論和廣義相對論的偉大發(fā)現(xiàn)，似乎僅僅是對經(jīng)典物理的有趣改變。事實上，相對論的創(chuàng)始人阿爾伯特?愛因斯坦發(fā)現(xiàn)現(xiàn)代量子力學是如此不符合他的形而上學旨趣，以至于他直到臨終時都在執(zhí)拗地反對量子力學？梢院敛豢鋸埖卣f，量子理論是20世紀*杰出的智力成果之一，而且它的發(fā)現(xiàn)對我們理解物理過程來說是一次真正的革命。 正因為如此，享受量子理論不應該成為理論物理學家獨有的樂趣。雖然完整地描述這個理論需要使用它的自然語言—數(shù)學，但是，對于準備花一些精力來讀完一個卓越發(fā)現(xiàn)的普通讀者來說，它的許多基本概念還是可以被理解的。寫這本書的時候，我考慮的就是這樣的讀者。本書正文不包含任何數(shù)學方程。在后面的簡短附錄中，我總結(jié)了一些簡單的數(shù)學見解，它們可以給那些有能力消化更多知識的讀者提供進一步的啟示。（該附錄的相關條目在正文中以粗體形式交叉指引。） 在*初發(fā)現(xiàn)之后超過75 年的應用過程中，量子理論被證明是卓有成效的。目前人們自信且成功地將它應用于夸克和膠子（當代原子核物質(zhì)基本成分的候選物）的討論中，盡管這些物質(zhì)*多只有量子先驅(qū)者們所關注的原子的億分之一大。然而，依然存在一個深刻的矛盾。關于這一點，本書開篇引語有一些生動夸張的表述，代表了偉大的第二代量子物理學家理查德?費曼的看法，但事實顯然是，雖然知道怎么得出結(jié)論，但我們對這個理論的理解尚不夠充分。接下來我們將看到，重要的解釋性問題仍然沒有解決。要*終解決它們，不僅需要物理洞察力，還需要形而上學的決斷。 年輕時，我有幸在保羅?狄拉克講授其著名劍橋課程的時期，跟在他身邊學習量子理論。狄拉克講座的素材與他的拓荒之作《量子力學原理》基本一致！读孔恿W原理》是20 世紀科學出版物中真正的經(jīng)典著作。狄拉克不僅是我個人認識的*偉大的理論物理學家，他純粹的精神和謙遜的態(tài)度（他從沒有絲毫強調(diào)過自己對物理學基本原理的巨大貢獻）也使他成為一位勵志人物和科學圣人。謹以本書紀念他。 第二章 曙光顯現(xiàn) 量子理論的第二種表述被稱為波動力學是非常恰當?shù)。它的成熟版本是奧地利物理學家埃爾溫?薛定諤發(fā)現(xiàn)的。但是，在稍早一點的時間，波動力學已經(jīng)在正確的方向上邁出了一步，由年輕的法國貴族路易斯?德布羅意王子完成（數(shù)學附錄5）。德布羅意提出一個大膽的建議：如果波動的光也可以表現(xiàn)出粒子的性質(zhì)，人們也許可以相應地預期粒子—比如電子—同樣能表現(xiàn)出波動性。通過擴大普朗克公式的應用，德布羅意能夠用定量的形式描述這個想法。普朗克已經(jīng)使能量的粒子性質(zhì)與頻率的波動性質(zhì)成比例。德布羅意建議，另一個粒子性質(zhì)—動量（一個重要的物理量，定義明確且大體上對應于粒子持續(xù)運動的能力），應該類似地與另一個波動性質(zhì)—波長相關，相關比例系數(shù)還是普朗克的普適常數(shù)。這種等價性提供了一種微型詞典，可以把粒子翻譯成波，或者將波翻譯成粒子。1924 年，德布羅意在他的博士論文中展示了這些想法。巴黎大學當局非常懷疑這類異端觀念，但是幸運的是，他們暗地里咨詢了愛因斯坦。愛因斯坦認可了這位年輕人的才華，德布羅意也被授予博士學位。在短短幾年之內(nèi)，美國戴維遜和杰默以及英國喬治?湯姆森的實驗都能夠證明，一束電子與晶體晶格相互作用時存在電子干涉圖樣，從而證實了電子確實能夠表現(xiàn)出波動行為。路易斯?德布羅意在1929 年被授予諾貝爾物理學獎。（喬治?湯姆森是約瑟夫?湯姆森的兒子。人們經(jīng)常說，父親贏得諾貝爾獎是因為證實電子是一個粒子，而兒子贏得諾貝爾獎是因為證實電子是一種波。） 德布羅意提出的想法建立在對自由運動粒子性質(zhì)的討論之上。為了實現(xiàn)一個完整的動力學理論，需要做更深入的推廣，以便允許在理論中加入相互作用。這是薛定諤成功解決的問題。早在1926 年，他就發(fā)表了現(xiàn)在以他名字命名的著名方程（數(shù)學附錄6）。引導他發(fā)現(xiàn)方程的方法是通過與光學進行類比。 雖然19世紀的物理學家認為光是由波組成的，但是他們并沒有總是用成熟的波動計算技術(shù)去獲知發(fā)生的情況。如果與定義問題的尺寸相比，光的波長較小，就有可能引入一個極其簡單的方法。這個方法就是幾何光學。幾何光學把光視為按直線傳播，并按照簡單的規(guī)則進行反射和折射的射線。今天中學物理中基本的棱鏡和平面鏡系統(tǒng)的計算就是按照相同的方式在進行，計算者根本不需要擔心復雜的波動方程。應用在光上的射線光學是比較簡單的，類似于在質(zhì)點力學中畫軌跡。如果質(zhì)點力學僅僅是更基礎的波動力學的一個近似，薛定諤認為波動力學可以通過逆向思考來發(fā)現(xiàn)，類似于從波動光學導出幾何光學。按照這個方法，他發(fā)現(xiàn)了薛定諤方程。 在海森堡向物理學界介紹他的矩陣力學理論后僅幾個月，薛定諤就發(fā)表了他的想法。那時，薛定諤38 歲。這提供了一個杰出的反例，否定了理論物理學家做出真正的原創(chuàng)工作是在25歲之前的斷言—這個斷言有時是科學家以外的人做出的。薛定諤方程是量子理論的基本動力學方程。它是偏微分方程中相當簡單的一類，也是那時物理學家非常熟悉的一種，對這種方程物理學家已經(jīng)擁有數(shù)學求解技術(shù)的強大積累。薛定諤方程用起來要比海森堡新奇的矩陣方法容易得多。人們立刻就可以開始工作，將這些想法應用到多種多樣的具體物理問題上。對于氫原子光譜，薛定諤自己能夠從他的方程推導出巴耳末公式。這個計算顯示了玻爾在他對舊量子理論極富創(chuàng)造力的修補當中，距離真相究竟有多近，又有多遠。（角動量是重要的，但其重要性并不體現(xiàn)在玻爾提出的方式中。） 很明顯，海森堡和薛定諤已經(jīng)取得了不俗的進展。然而乍一看，他們提出新思路的方式是如此不同，以至于看不清楚是他們做出了同樣的發(fā)現(xiàn)、僅是表述不同，還是他們提出的原本就是兩個競爭性的提議（見數(shù)學附錄10的討論）。重要的澄清工作隨后很快出現(xiàn)，其中哥廷根大學的馬克斯?玻恩和劍橋大學的保羅?狄拉克做出了非常重大的貢獻。很快就確定有一個基于一般原理之上的理論，其數(shù)學描述可以表現(xiàn)為許多等價的形式。這些一般原理*終在狄拉克的《量子力學原理》一書中得到明確闡述。該書首次出版于1930 年，是20世紀的一個智慧經(jīng)典。其**版的序言以看似簡單的陳述開始：“在本世紀，理論物理學方法的發(fā)展經(jīng)歷了一次巨變！蔽覀儸F(xiàn)在必須考慮這次巨變帶來的物理世界本質(zhì)的變革。 可以這么說，我學習的量子力學是絕對可靠的。也就是說，我聆聽了狄拉克在劍橋講授的著名的量子理論課程，該課程持續(xù)了30年。聽眾不僅包括像我這樣的大四本科生，還經(jīng)常有資深的拜訪者。這些拜訪者理所當然地認為，從一個量子理論的杰出人物口中再聽一遍他的課程是種特別的榮幸，雖然他們可能已經(jīng)非常熟悉課程的大致內(nèi)容。講座幾乎完全是按照狄拉克那本書的結(jié)構(gòu)進行的。令人印象深刻的是，狄拉克完全沒有強調(diào)他本人對這些偉大發(fā)現(xiàn)所做出的貢獻。我已說過，狄拉克屬于一類科學圣人，其內(nèi)心純凈，目標明確。講座令人如癡如醉，其清晰度和論點的磅礴展開，就如同巴赫賦格曲的發(fā)展一樣令人舒心且看似必然。講座沒有使用任何形式的修辭手法，但是在講座開始時，狄拉克允許自己做一些適當?shù)奈枧_動作。 他拿起一支粉筆，折成兩半，一段放在講臺的這一邊，一段放在講臺的那一邊。然后狄拉克說，從經(jīng)典的角度看，一個狀態(tài)是這支粉筆在“這兒”，一個狀態(tài)是這支粉筆在“那兒”，而且這是僅有的兩種可能性。然而，將粉筆換成電子，在量子世界中電子不僅有“這兒”和“那兒”的態(tài)，還有一大堆其他的態(tài)。這些態(tài)是兩種可能性的混合體—一點“這兒”態(tài)和一點“那兒”態(tài)的疊加。量子理論允許態(tài)的混合疊加，但是在經(jīng)典物理中態(tài)是彼此排斥的。正是這種有悖常理的幾率疊加區(qū)分了量子世界和日常經(jīng)典物理世界（數(shù)學附錄7）。用專業(yè)術(shù)語來說，這個新的可能性被稱為疊加原理。
量子理論-牛津通識讀本 作者簡介
約翰波爾金霍恩英國圣公會牧師，英國皇家學會會員。1968至1979年任劍橋大學數(shù)學物理學教授，后任皇后學院院長。因在科學、宗教、醫(yī)學倫理等方面的杰出貢獻，1997年被女王伊麗莎白二世封為爵士。著有《量子世界》（1986）、《一位物理學家的信仰》（1994）、《科學與神學》（1998）等。
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