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量子革命的到來(lái)——跨越時(shí)空的對(duì)話 版權(quán)信息
- ISBN：9787030680792
- 條形碼：9787030680792 ; 978-7-03-068079-2
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊(cè)數(shù)：暫無(wú)
- 重量：暫無(wú)
- 所屬分類(lèi)：>
量子革命的到來(lái)——跨越時(shí)空的對(duì)話 內(nèi)容簡(jiǎn)介
這本書(shū)用通俗易懂的文字和圖像，以動(dòng)人的故事情節(jié)，講述了現(xiàn)代物理學(xué)的起源，以及之后一群完美的天才掀起的一場(chǎng)量子革命（在化學(xué)、材料學(xué)、能源領(lǐng)域的交叉應(yīng)用）。這本書(shū)一方面講述了一個(gè)關(guān)于量子學(xué)的故事，以及它在過(guò)去一百年的發(fā)展歷程；另一方面試圖將導(dǎo)致目前情況的關(guān)鍵發(fā)展和重要參與者聯(lián)系在一起，就像每一個(gè)出色的偵探故事一樣。
量子革命的到來(lái)——跨越時(shí)空的對(duì)話 目錄
目錄
前言 I
**部分 量子神話 1
1.開(kāi)普勒的難題 3
2.量子問(wèn)題 10
3.遺失的空間 16
4.一個(gè)奇特的行星模型 22
5.偉大的不確定性 30
6.這是什么波 38
7.磁性的奧秘 47
8.玻爾與愛(ài)因斯坦之爭(zhēng) 56
9.戴維 玻姆的起義 64
第二部分 今日物理 71
10.物理學(xué)家做什么？ 73
11.科學(xué)的影響 83
12.物理概念 89
第三部分 回到現(xiàn)實(shí) 95
13.哥白尼革命 97
14.強(qiáng)大的電子 107
15.金屬的魔法 115
16.費(fèi)曼的絕望 120
17.奇妙的顯微鏡 126
18.電子的馴服 136
19.多電子真棒 143
20.不確定性的隕落 149
21.空間的恢復(fù) 154
22.果殼中的原子核 163
23.一個(gè)新的開(kāi)始 172
結(jié)語(yǔ) 176
參考書(shū)目 179
技術(shù)書(shū)目 182
致謝 184
前言 I
**部分 量子神話 1
1.開(kāi)普勒的難題 3
2.量子問(wèn)題 10
3.遺失的空間 16
4.一個(gè)奇特的行星模型 22
5.偉大的不確定性 30
6.這是什么波 38
7.磁性的奧秘 47
8.玻爾與愛(ài)因斯坦之爭(zhēng) 56
9.戴維 玻姆的起義 64
第二部分 今日物理 71
10.物理學(xué)家做什么？ 73
11.科學(xué)的影響 83
12.物理概念 89
第三部分 回到現(xiàn)實(shí) 95
13.哥白尼革命 97
14.強(qiáng)大的電子 107
15.金屬的魔法 115
16.費(fèi)曼的絕望 120
17.奇妙的顯微鏡 126
18.電子的馴服 136
19.多電子真棒 143
20.不確定性的隕落 149
21.空間的恢復(fù) 154
22.果殼中的原子核 163
23.一個(gè)新的開(kāi)始 172
結(jié)語(yǔ) 176
參考書(shū)目 179
技術(shù)書(shū)目 182
致謝 184
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量子革命的到來(lái)——跨越時(shí)空的對(duì)話 節(jié)選
**部分 量子神話 問(wèn)題是這個(gè)理論太強(qiáng)大，太令人信服了。我覺(jué)得我們正在遺漏一個(gè)基本點(diǎn)。下一代物理學(xué)家，一旦發(fā)現(xiàn)了這一點(diǎn)，就會(huì)敲敲腦袋說(shuō)：他們?cè)趺磿?huì)漏掉這一點(diǎn)呢？ 伊西多 拉比（Isidor Rabi），1985 1 開(kāi)普勒的難題 約翰內(nèi)斯 開(kāi)普勒（ Johannes Kepler）在 1630年去世時(shí)，給當(dāng)時(shí)的物理學(xué)留下了一個(gè)深刻的難題。他一生中大部分時(shí)間都花在對(duì)天文數(shù)據(jù)極其艱難和枯燥的分析上，他發(fā)現(xiàn)了支配太陽(yáng)系中行星運(yùn)動(dòng)的三條定律。例如，他的**條定律指出，行星圍繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的軌道是卵形的，數(shù)學(xué)家稱(chēng)之為橢圓形。 他留給我們的難題是，即使他能證明橢圓將完全符合行星軌道的觀測(cè)，但他并不能給出任何理由說(shuō)明為什么這些橢圓會(huì)比希臘天文學(xué)家克拉夫迪斯 托勒玫（ Claudius Ptolemaic）提出的“本輪 -均輪”學(xué)說(shuō)（行星在被稱(chēng)為本輪的小圓上運(yùn)動(dòng)，而本輪又沿均輪繞地運(yùn)行）更好地描述太陽(yáng)系中的行星軌道運(yùn)動(dòng)。畢竟托勒玫的理論確實(shí)符合從地球上看到的火星運(yùn)動(dòng)軌道，而開(kāi)普勒卻沒(méi)有給出任何理由，為什么橢圓軌道會(huì)更好。我們將看到，現(xiàn)代的量子物理學(xué)也面臨著同樣的科學(xué)難題。大約從 1930年開(kāi)始，以一個(gè)物理學(xué)家的角度來(lái)教授量子物理學(xué)（原子尺度上的物理），并且從物理學(xué)家的角度來(lái)討論學(xué)科進(jìn)展，成了一個(gè)普遍的趨勢(shì)。這個(gè)情形讓人有些難以捉摸，因?yàn)樵谶^(guò)去的 100年里，物理學(xué)的主要進(jìn)展實(shí)際上發(fā)生在*近 50年。這段時(shí)間內(nèi)，計(jì)算機(jī)、新材料、超快激光器等紛紛出現(xiàn)；實(shí)驗(yàn)精度大幅度提高，可以輕松地超越過(guò)去幾十年甚至幾個(gè)世紀(jì)的積累。 在過(guò)去 200年間，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步以接近指數(shù)級(jí)的速度發(fā)展。具體說(shuō)來(lái)，過(guò)去 200年到過(guò)去 100年的進(jìn)展僅達(dá)到我們當(dāng)前水平的 10%，接下來(lái)的 50年這個(gè)水平累計(jì)上升到 32%左右，而其余 68%的科學(xué)技術(shù)進(jìn)展都發(fā)生在剛剛過(guò)去的 50年里。發(fā)生量子革命時(shí)的科技水平大概處在當(dāng)前水平的 10%～ 15%。 大家究竟做了什么，使物理學(xué)在歷史長(zhǎng)河中這么短的一段時(shí)間內(nèi)，也就是大約從 1900年到 1930年間，人們腦海中的這些想法突然就被點(diǎn)亮了呢？科學(xué)家在這個(gè)時(shí)期創(chuàng)立了一種稱(chēng)為量子力學(xué)的全新科學(xué)，奠定了一種全新的物理方法的基礎(chǔ)，我們今天仍在使用。或者這只是表明，當(dāng)今的物理學(xué)家，直到 2016年，仍不能將過(guò)去 50年的科學(xué)進(jìn)步通過(guò)積累轉(zhuǎn)化完善為一個(gè)更加合理的理論框架？ 要不我們就得相信理論并不會(huì)隨著實(shí)驗(yàn)方法和觀測(cè)的發(fā)展而改變，這將與我們對(duì)科學(xué)史的認(rèn)知相矛盾；或者認(rèn)為傳統(tǒng)觀念中存在一些深層次的缺陷，它們看上去竟可以如此輕松地應(yīng)對(duì)變化。 通常，科學(xué)家在選擇方法的時(shí)候是存在機(jī)會(huì)主義的，只要這個(gè)方法奏效便被認(rèn)為是成功的。從這個(gè)層面上說(shuō)，科學(xué)進(jìn)步可以看作是一份科學(xué)家在理解自然的過(guò)程中，應(yīng)對(duì)各種挑戰(zhàn)的成功方法的清單。由于科學(xué)進(jìn)步具有進(jìn)化的特征，因此長(zhǎng)期來(lái)看，*適合解決我們理解問(wèn)題的方法*終將占上風(fēng)。當(dāng)然，你也可以反駁這個(gè)觀念，你會(huì)說(shuō)正如亞里士多德所說(shuō)的，科學(xué)中描述自然界的更普適的方法也意味著這個(gè)方法不太具體，包含的內(nèi)容較少。對(duì)大自然*普適的描述必然空洞無(wú)物。 這看起來(lái)也許像閑人的遐想猜測(cè)，但是對(duì)于理論物理學(xué)來(lái)說(shuō)，這點(diǎn)是非常重要的。寬泛來(lái)說(shuō)，可以將理論物理學(xué)定義為一套數(shù)學(xué)工具和方法的系統(tǒng)，用以描述那些被實(shí)驗(yàn)和觀測(cè)證明的物理實(shí)體。這時(shí)問(wèn)題便出現(xiàn)了，考慮到存在大量的觀測(cè)和實(shí)驗(yàn)，那么哪個(gè)理論才是*合適的？是盡可能具體的這個(gè)理論，還是那個(gè)不具體但*普適的理論？根據(jù)亞里士多德的想法，演化*成功的理論框架將會(huì)是具有*少具體內(nèi)容的理論。 但我們不得不承認(rèn)科學(xué)模型，每一個(gè)科學(xué)模型，都必須遵循一個(gè)基本的科學(xué)準(zhǔn)則，即物質(zhì)效應(yīng)是由物質(zhì)產(chǎn)生的。 在**部分接下來(lái)的章節(jié)中，我們將探討一門(mén)科學(xué)的發(fā)展，從經(jīng)典物理學(xué)到量子物理學(xué)，是如何從基于有形的物理對(duì)象轉(zhuǎn)化為了主要基于數(shù)學(xué)概念的科學(xué)，從而不再回答為什么事情會(huì)按照某種特定的方式發(fā)生。到 1935年左右，已有的概念竟被如此成功而徹底地從物理學(xué)中刪除了。物理學(xué)家是如何做到的？ 普朗克提出的“光”不再是電磁場(chǎng)的概念。隨后愛(ài)因斯坦發(fā)現(xiàn)了一個(gè)不再能被視為延伸物體的光子。在此基礎(chǔ)上，玻爾提出了一個(gè)與已知電磁學(xué)和力學(xué)定律相違背的原子模型，甚至這個(gè)模型本身也存在矛盾。海森伯創(chuàng)造出幾何空間中的對(duì)象，它們不再是由物質(zhì)組成，而是數(shù)學(xué)上的點(diǎn)和延伸的幾何對(duì)象。之后，薛定諤提出了波的概念，但是這個(gè)波并不同于任何有形的波。玻爾還聲稱(chēng)力學(xué)意義上的因果律并非廣泛適用于量子力學(xué)，它只適用于經(jīng)典物理學(xué)，從而使因果關(guān)系從量子力學(xué)中消失了。 這樣量子物理學(xué)家便可以不受基本邏輯的約束，*終導(dǎo)致了近 30年來(lái)廣為流行的觀念—大自然本身就是離奇而且充滿矛盾的。 如今，量子物理學(xué)的每個(gè)步驟都只是在一些數(shù)學(xué)技巧的基礎(chǔ)上進(jìn)行，從而能夠使數(shù)值計(jì)算的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)一致。然而，這些量子物理學(xué)家用來(lái)觀測(cè)的數(shù)學(xué)模型可能并不是合理的科學(xué)模型，因?yàn)樗鼈儾⒉环匣镜目茖W(xué)準(zhǔn)則—物理效應(yīng)必須由物理因素導(dǎo)致（即物質(zhì)效應(yīng)是由物質(zhì)產(chǎn)生的）。 科學(xué)史上有一個(gè)很著名的例子，在 20世紀(jì)以前，天文觀測(cè)中所看到的行星軌道用數(shù)學(xué)來(lái)描述，它很好地反映了現(xiàn)在這種情形。追溯歷史很快就能讓人發(fā)現(xiàn)用量子力學(xué)來(lái)描述物理學(xué)的漏洞在哪里。 現(xiàn)代自然科學(xué)的開(kāi)端，首先是物理學(xué)，然后是化學(xué)和生物學(xué)，可以追溯到生活在 16世紀(jì)和 17世紀(jì)的三個(gè)男人。其中一個(gè)人是尼古拉 哥白尼（ Nicolaus Copernicus），他是波蘭天文學(xué)家。第二個(gè)人是意大利物理學(xué)家、天文學(xué)家伽利略 伽利雷（ Galileo Galilei）。第三個(gè)是德國(guó)天文學(xué)家、物理學(xué)家和數(shù)學(xué)家約翰內(nèi)斯 開(kāi)普勒（ Johannes Kepler）。哥白尼是**個(gè)提出將太陽(yáng)作為太陽(yáng)系中心的天文學(xué)家。伽利略發(fā)現(xiàn)了地球引力場(chǎng)是怎樣影響物體運(yùn)動(dòng)的。開(kāi)普勒對(duì)現(xiàn)代科學(xué)的貢獻(xiàn)是描述太陽(yáng)系行星運(yùn)動(dòng)的三大定律（軌道定律、面積定律和周期定律）。 如今，眾所周知，每個(gè)行星軌道都是稱(chēng)為橢圓（卵形的數(shù)學(xué)術(shù)語(yǔ)）的幾何形狀，而太陽(yáng)始終處于橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上。值得注意的是，橢圓形行星軌道是從地球表面的天文觀測(cè)中看到的形狀，比如火星看上去是在一個(gè)大橢圓軌跡上偶爾逆行打個(gè)小圈然后繼續(xù)沿著大的橢圓形軌道運(yùn)行。其實(shí)，這些逆行的小圈路徑是由于地球和火星的相對(duì)運(yùn)動(dòng)造成的，它們并不是火星的絕對(duì)（真實(shí)）運(yùn)動(dòng)，而是從一個(gè)具有特殊視角的運(yùn)動(dòng)
量子革命的到來(lái)——跨越時(shí)空的對(duì)話 作者簡(jiǎn)介
維爾納·霍弗（Werner A. Hofer），化學(xué)物理學(xué)家。1999年獲奧地利維也納技術(shù)大學(xué)凝聚態(tài)理論專(zhuān)業(yè)博士學(xué)位。曾任英國(guó)倫敦學(xué)院大學(xué)研究員、利物浦大學(xué)教授，2014年以來(lái)任紐卡斯?fàn)柎髮W(xué)教授，2018年以來(lái)任中國(guó)科學(xué)院大學(xué)外籍教授。
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