物理马戏团1 Q&A - 让你艺高人胆大的力学题库 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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原文作者： Jearl Walker

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高飞球该怎么接？挥棒的时间要如何拿捏？
抽水马桶一次能沖掉10个小苹果，你相信吗？
你知道打水漂的原理如何用做战略武器？
为什么鱼群和飞鸟总是喜欢成群移动？
真的可以靠人力来飞行吗？
你知道海洋西边的洋流都比东边强吗？

　　「物理并不是那些必须在物理教室里才能处理的问题。物理和物理问题每天都在发生，且与我们生活、工作、恋爱、直至老死的真实世界息息相关。我希望这本书能唤起你对物理的兴趣，找到你自己世界的物理马戏团。当你在做饭、搭飞机或只是懒洋洋地趟在小溪边，却开始思索物理问题时，我觉得写这本书就值得了。总而言之，请各位以发掘趣味的心情来面对这些问题。」
——本书作者沃克

　　沃克希望，每个人都能以玩味的心态看待物理，将生活中随处可见的人、事、物当做问题的主角，以一问一答的方式，思考物理问题与现象。至于能答出多少问题，并不那么重要，重要的是，读者真的能花些时间被这些问题所「烦恼」。

作者简介

沃克　Jearl Walker

　　1945年出生于美国俄亥俄州。麻省理工学院物理系毕业，马里兰大学物理博士。1973年起，任教于克利夫兰州立大学物理系，是该校第一位杰出科学教学奖的得主；该教学奖自2005年起，命名为「沃克杰出教学奖」，等于表彰他的终身成就。

　　沃克曾为《科学美国人》杂志的「业余科学家」专栏撰稿十三年，颇受好评；也上过「Tonight Show」电视节目，表演「危险动作，不宜模仿」的物理实验，例如躺钉床、吞饮液态氮、赤脚走火炭，而声名大噪。

　　沃克最知名的着作就是《物理马戏团》，已经译成十种语文，风行世界三十多年，仍持续受到学生及大众欢迎。1990年起，沃克从着名的教科书作者David Halliday与 Robert Resnick手中，接下《物理学基础》（Fundamentals of Physics）的编修工作，迄今已经完成五次改版，销量超过百万册，是大二理工科学生的「黄金宝典」。

译者简介

叶伟文

　　1950年出生于台北市。国立清华大学核子工程系毕业，原子科学研究所硕士（保健物理组）。曾任台湾电力公司核能发电处放射实验室主任、国家标准起草委员（核子工程类）及中华民国实验室认证体系的评鑑技术委员（游离辐射领域）。现任台湾电力公司紧急计画执行委员会执行祕书。 译作有《爱丽丝漫游量子奇境》、《硅晶之火》、《小气财神的物理梦游记》、《干嘛学数学？》、《物理马戏团1、2、3》、《数学小魔女》、《统计，改变了世界》、《数学是啥玩意？I~III》、《葛老爹的推理游戏 1、2》、《典雅的几何》、《太阳系的华尔滋》、《一生受用的公式》、《看漫画，学物理》、《诡论、铺瓷砖、波罗米欧环》、《迷宫、黄金比、索马立方体》、《统计你赢的机率》、《苏老师化学黑白讲》、《搞定几何！—问数学博士就对了》、《别让统计图表唬弄你》、《搞笑学物理》、《费曼手札》、《刻卜勒的猜想》、《神奇数学117》、《苏老师化学五四三》、《牛顿物理驾训班》、《苏老师化学聊是非》、《薛丁格的兔子》、《观念化学I》、《灵魂有多重？》、《蚊子干嘛老叮我？》、《隐藏的逻辑》、《物理早自习》、《数学呛声班》、《物理A＋班》、《苏老师生活化学快问妙答》、《相对世界的美丽》等四十多种书（皆为天下文化出版）。并曾翻译大量专业作品，散见于《台电核能月刊》。译作《生物圈的未来》荣获第二届吴大猷科普译作首奖金签奖、《大自然的猎人》荣获第一届吴大猷科普译作推荐奖、《雁鹅与劳伦兹》荣获中国大陆第四届全国优秀科普作品奖三等奖。

跃迁之境：量子纠缠与信息鸿沟 导言 本书并非对经典力学领域的既有探索进行重复，亦非侧重于竞赛性解题技巧的堆砌。相反，它是一次深入量子信息科学核心概念的旅程，聚焦于那些在宏观世界中难以直观感受，却在微观层面主导宇宙基本运行规律的奇异现象。我们旨在揭示量子力学如何从根本上挑战我们对实在性、确定性和局域性的传统认知，并探讨这些挑战如何催生了全新的信息处理范式。 第一章：量子叠加态的幽灵：超越牛顿的确定性 本章将首先回顾经典物理学，特别是牛顿力学中“可预测性”的核心地位。我们将分析拉普拉斯妖的困境，并引出现代物理学对这种确定性图景的颠覆。核心讨论将围绕量子叠加态展开。 我们不会纠缠于复杂的数学推导，而是着重于概念的物理图像：一个粒子如何同时处于多种可能状态的“叠加”之中？我们将详细剖析著名的双缝实验，不仅仅是描述其现象，而是深入探讨观测行为本身如何成为波函数坍缩的决定性因素。我们将引入“量子态矢”的抽象概念，但重点在于其物理意义——即概率幅的几何表示，而非代数操作的复杂性。 重点关注： 薛定谔方程的物理意义：而非其求解过程。它描述的是概率幅随时间演化的“平滑”规律，与宏观世界中物体的确定性轨迹形成鲜明对比。 波函数坍缩的解释困境：介绍哥本哈根诠释、多世界诠释（MWI）等对“测量问题”的不同哲学立场，理解这些立场如何试图调和微观的概率性与宏观的唯一性。 第二章：纠缠的魔力：非局域性的深刻内涵 如果说叠加态是量子世界的基石，那么量子纠缠则是其最令人费解的特征。本章将从爱因斯坦、波多尔斯基和罗森（EPR）的思想实验出发，剖析“定域实在论”在量子力学面前的崩塌。 我们将深入探讨贝尔不等式的意义。理解贝尔不等式不是一个物理公式，而是一个逻辑边界，它界定了任何遵循定域性（信息传播速度不超光速）和实在性（测量结果独立于观测行为）理论所能达到的相关性上限。量子力学的预测系统性地、无可辩驳地超越了这个上限。 讨论的重点将放在“非局域性”的真正含义上： “幽灵般的超距作用”的误解：澄清纠缠虽然意味着瞬间关联，但它不能用于瞬间传递经典信息。解释为什么利用纠缠进行的测量依然受限于光速边界。 量子隐形传态的机制：这不是物质的瞬间移动，而是量子态的重建。我们会详细拆解这一过程，强调它对量子信息传输的重要性，以及它如何依赖于预先共享的纠缠对。 第三章：量子比特：信息表示的根本革命 经典信息以比特（0或1）为单位，其信息量是离散的。本章转向信息科学的核心，介绍量子比特（Qubit）的概念，以及它如何通过叠加态实现指数级的容量飞跃。 我们将详细描述量子信息的基本操作： 泡利矩阵与单比特旋转：将经典的信息操作（如NOT门）提升到酉变换的框架下，理解量子门操作的本质是保持量子态的“长度”（概率总和为一）。 量子信息熵与保真度：介绍冯·诺依曼熵，它量化了量子态的纯度（或混合程度），这与经典信息论中的香农熵有本质区别。 第四章：从图灵机到量子计算机：算法的范式转移 经典计算的极限在于某些特定的问题（如大数因子分解、无序数据库搜索）在时间复杂度上呈指数增长。本章探讨量子计算如何通过利用叠加和干涉，在这些特定领域实现加速。 我们将聚焦于量子算法的“干涉”机制，而非单纯的并行性： Deutsch-Jozsa 算法的洞察：理解这个早期算法如何展示量子计算超越经典计算的潜力，核心在于通过一次查询（而非多次）获取全局信息。 Shor算法的数学基础与现实冲击：简要概述Shor算法如何利用量子傅里叶变换（QFT）高效地进行周期查找，从而威胁到现代公钥加密体系（如RSA）。 Grover搜索算法：分析其平方根加速的来源，理解它如何通过相干地放大正确答案的概率幅度来实现更快的搜索。 第五章：量子噪声与纠错：通往可扩展性的桥梁 量子态是极其脆弱的。任何与环境的微小交互都会导致退相干（Decoherence），使得精妙的叠加态和纠缠态迅速“退化”为经典混合态。本章探讨如何对抗这种不可避免的噪声。 讨论将集中于量子纠错码的原理，这是一个与经典纠错截然不同的领域： 为什么经典纠错码无效：因为我们不能“测量”错误而不破坏叠加态。 表面码与拓扑保护：介绍现代量子纠错策略的核心思想，即用多个物理量子比特编码一个逻辑量子比特，并通过测量“错误关联性”而非状态本身来定位错误。这体现了量子信息处理中“冗余”和“保护”的复杂权衡。 结论：未来的边界 《跃迁之境》的最终目标是为读者提供一个清晰的框架，去理解当前物理学前沿正在发生的事情——即信息不再是信息，而是物质的内在属性。本书旨在培养一种超越宏观直觉的思维模式，为理解下一代计算、通信和传感技术奠定坚实的物理基础。我们关注的是“如何理解量子现象的深层含义”，而非“如何计算出最难的力学题”。

团长的话

第1章  海象谈古典力学
从高处下坠的猫咪是如何安稳地四脚着地？
高飞球该怎么接？挥棒的时间要如何拿捏？

第2章  红茶里的疯狂漩涡
为什么鱼群和飞鸟总喜欢成群活动？
抽水马桶一次能沖掉10个小苹果，你相信吗？

索引

团长的话

沃克

　　这些问题都因趣味而来，而我也不想要你们以严肃的角度看待它们。它们之中，有的很容易，有的却非常困难，所以很多人借着研究这些难题来谋生，即使它们最初是以趣味为目的。对于你们能答出多少问题，我并不是那么感兴趣，我所在意的，是你们真能被这些问题所「烦恼」。

　　在这里我只是想指出，物理并不是那些必须在物理教室里才能处理的问题。物理和物理问题每天都在发生，且与我们生活、工作、恋爱直至老死的真实世界息息相关。我希望这本书能唤起你对物理的兴趣，找到你自己世界的物理马戏团。当你在做饭、搭飞机或只是懒洋洋地趟在小溪边，却开始思索物理问题时，我觉得写这本书就值得了。总而言之，请各位以发掘趣味的心情来面对些问题。

【关于解答】

　　为《物理马戏团》准备答案真有些危险，即使只是简答也不例外。首先，我的参考文献和物理知识可能会错。尤其对那些目前仍在研究中的主题，特别可能发生，例如球状闪电问题，这些问题的特性分别属于几个不同的物理领域，也在几种期刊上热烈讨论着。我只能说，我的答案是依照手边的资料，在有限的范围内尽力而为。但请记住，这些简答只是冰山的一角，在它下面还有大量的物理理论。切勿把它们当成最终的解答，要把它们看成是研究的起点，且每当有刚出炉的文献或资料时，随时更新你的答案。

　　第二种危险更严重，让我在准备答案时非常踟蹰。读者在读完答案后，也许很快就翻看答案，而失去考虑问题的刺激。除非你仔细品尝每道题目的滋味，就算遇到挫折也一样，否则你会错过这本书真正的价值所在。要学习怎样检验我们生存的世界，大部分得依靠本书的题目而非答案。因此，请尽量多花点时间思索每个题目，再去翻看答案，或查阅文献寻找答案。

评分☆☆☆☆☆

作为一个对物理充满热情但又时常感到力不从心的人，我一直渴望找到一本能够真正点燃我学习动力的书籍。当我在书店里瞥见“物理马戏团1 Q&A - 让你艺高人胆大的力学题库”这个书名时，我的目光立刻就被吸引住了。它传递出一种信息：物理学习不再是枯燥乏味的理论堆砌，而是一场充满挑战与趣味的探险。“Q&A”的形式预示着这本书将以问答的方式引导读者深入思考，而不是被动接受信息，这正是我所期待的。我希望这本书里的题目能够足够刁钻，但又不会让人感到绝望，而是恰到好处地激发我的求知欲，让我有动力去翻阅资料、查阅文献，甚至与其他同学讨论，最终找到解决问题的钥匙。我特别期待它能包含一些我从未在课本上见过的，但又非常经典的物理趣题，这些题目往往能将抽象的力学原理与日常生活紧密联系起来，让我感受到物理的魅力无处不在。如果这本书能够让我克服对难题的恐惧，培养出“艺高人胆大”的学习精神，那我一定会把它奉为我的力学启蒙宝典。

评分☆☆☆☆☆

这本书的名字听起来就有点意思，“物理马戏团”再加上“Q&A”，让我对它充满了好奇。我一直觉得物理，尤其是力学，是一门既严谨又充满趣味的学科，它描绘了我们身边万物运行的规律。但说实话，很多时候，教科书上的理论讲解虽然系统，但总觉得少了那么一点“玩”的感觉，不够直观，也很难真正激发我独立思考的欲望。我希望这本书能够打破这种沉闷，用一种更活泼、更贴近实际生活的方式来呈现力学知识。我特别期待它能提供一些非常规的、甚至有点“出格”的问题，这些问题往往能触及到知识的本质，让我们在解决它们的挑战中，不仅巩固了已有的理解，更能激发新的思考，甚至发现一些我们之前从未注意到的物理现象。如果这本书能让我感觉自己像个在“物理马戏团”里表演的杂技演员，不断挑战各种力学难题，那么它的名字就已经成功了一半。我希望它能成为我学习力学路上的一个得力助手，让我不再畏惧那些看似复杂的问题，而是能以一种更加从容和自信的态度去面对它们。

评分☆☆☆☆☆

我之前接触过一些力学方面的书籍，坦白说，很多时候都会被那些严谨但又略显枯燥的推导过程弄得昏昏欲睡。当我知道有这样一本叫做“物理马戏团1 Q&A - 让你艺高人胆大的力学题库”的书时，我立刻产生了浓厚的兴趣。它给我的第一印象就是“不走寻常路”。“马戏团”这个词本身就充满了活力和奇幻色彩，而“艺高人胆大”更是直接点出了这本书的核心价值——鼓励读者勇于挑战，敢于思考。我设想这本书里的题目可能不是那种标准化的、套用公式就能解决的问题，而是需要我们跳出思维定势，运用已有的知识去分析和解决一些看似离奇但又符合物理规律的场景。我希望它能包含一些关于惯性、摩擦力、能量守恒等经典力学概念的创新性应用题，甚至是一些脑洞大开的场景设计，例如模拟在失重环境下进行物理实验，或者分析一个复杂的机械装置的运动轨迹。如果这本书能让我通过解决这些有趣的问题，重新认识力学，并且真的让我感到“胆子变大”了，那它就绝对是一本值得推荐的好书。

评分☆☆☆☆☆

“物理马戏团1 Q&A - 让你艺高人胆大的力学题库”，这个书名就像一个邀请，邀请我去探索一个充满奇思妙想的物理世界。我一直觉得，真正的学习不应该是被动地接受，而应该是主动地探索和发现。这本书的“Q&A”形式，让我看到了它鼓励互动和思考的意图。我希望这本书的题目能够非常有创意，能够突破传统的教学模式，去激发读者内在的好奇心和解决问题的热情。例如，它可能会提出一些关于如何利用基本力学原理来设计一些奇特的装置，或者分析一些电影中出现的，虽然看起来不科学，但实际上是可以解释的物理现象。我期待这本书能够让我明白，力学并不是高不可攀的理论，而是渗透在我们生活方方面面的实用知识。如果通过这本书，我能够真正地“艺高人胆大”，在面对复杂的力学问题时，不再感到畏惧，而是充满信心地去分析和解决，那这本书的价值就远超其价格。

评分☆☆☆☆☆

我一直觉得，学习物理最有趣的部分在于它能够解释我们周围的世界是如何运作的。然而，很多时候，我们在课堂上学习到的理论知识，似乎与我们日常生活中遇到的各种现象脱节。当我看到“物理马戏团1 Q&A - 让你艺高人胆大的力学题库”这本书的标题时，我immediately感受到了它想要传达的那种活力和实用性。“马戏团”让人联想到精妙的表演和高难度的技巧，而“艺高人胆大”则暗示了这本书将带领我们去挑战那些看似棘手的力学难题，并在克服困难的过程中提升我们的能力。我期待这本书的题目能够非常贴近生活，例如分析运动员在进行某些高难度动作时所涉及的力学原理，或者解释一些有趣的物理现象，比如为什么有些秋千可以荡得很高，而有些则不行。我希望它能不仅仅是罗列题目，更重要的是能引导我们思考，培养我们分析问题、解决问题的能力。如果这本书能够让我真正做到“艺高人胆大”，敢于去尝试解答那些我以前可能觉得束手无策的力学题，那么它无疑是一本能够带来巨大收获的书。