量子論:從13歲開始學量子論  少年伽利略12

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日本Newton Press
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具体描述

薛丁格的貓到底怎麼了?
量子電腦有多厲害?
量子論是物理學最炙手可熱的領域,應用極廣,
從候鳥遷徙到光合作用,都與量子論有關。
 
  ★日本牛頓獨家授權,2021年全新系列!
  ★彩色印刷,圖解豐富,只有80頁,內容輕量化,價格門檻低。
  ★內容只談重點,方便讀者快速掌握,為國中的自然科學習打下札實的基礎。
 
  量子論是物理學最抽象難懂的領域,古典物理學的法則在此並不管用。面對一個如此重要又不容易掌握的領域,就讓人人少年伽利略系列的《量子論:從13歲開始學量子論》來為讀者建立基本概念吧!從理論到應用層面,本書以80頁的篇幅介紹了量子論,像這麼簡潔扼要的書籍,找不到第二本!
 
系列特色
 
  1. 日本牛頓出版社獨家授權。
  2. 釐清脈絡,建立學習觀念。
  3. 一書一主題,範圍明確,知識更有系統,學習也更有效率。
宇宙的秘密,未解的谜题:一部关于星辰、生命与人类未来的宏大叙事 导言:在已知与未知的交界处 人类文明的足迹遍布地球的每一个角落,我们的知识体系如同不断延伸的藤蔓,试图攀附上宇宙那高不可攀的穹顶。然而,当我们仰望星空,或者深入到物质的最底层时,总有那么一些领域,闪烁着令人敬畏的、难以捉摸的光芒。本书并非聚焦于已有的理论框架,而是力求描绘一幅更广阔的图景——一幅关于我们存在于何处、我们将去向何方的哲学、科学与想象力的交织画卷。 本书将带领读者进行一场穿越时空的探索,从宇宙诞生之初的奇点,到遥远未来文明的可能形态。我们不满足于已知的公式和既定的结论,而是深入探讨那些悬而未决的、足以颠覆我们世界观的重大议题。 第一部分:时空的织锦与物质的低语 我们生活在一个被时间和空间编织而成的巨大剧场中。然而,时间究竟是线性的河流,还是一种可以被弯曲、甚至逆转的维度?空间又是否仅仅是三维的限制,抑或隐藏着我们尚未触及的高维结构? 1. 宇宙的诞生与终结:超越大爆炸的猜想 大爆炸理论为我们描绘了一个辉煌的开端,但那最初的瞬间——普朗克时期——仍然是科学的禁区。本书将审视那些试图填补这一空白的理论:循环宇宙模型、弦理论中的膜宇宙(Brane World)概念,以及关于“泡沫宇宙”的理论。我们讨论的不是教科书中的标准模型,而是那些大胆的、尚未被实验完全证实的“次级”宇宙学。我们追问:我们的宇宙是唯一的吗?如果存在多个宇宙,它们之间如何交流? 2. 物质的终极构成:寻找“万有理论”的阴影 粒子物理学揭示了夸克、轻子和玻色子的精妙舞蹈,标准模型已然是人类智慧的结晶。但它仍然是残缺的。暗物质和暗能量,占据了宇宙总质量和能量的百分之九十五以上,却对我们保持着绝对的沉默。本书将深入分析当前寻找暗物质的实验(如地下深处的探测器),以及解释暗能量加速膨胀现象的各种尝试,包括对爱因斯坦场方程的修改。我们探讨的焦点在于,现有的粒子分类之外,是否隐藏着某种更基本、更统一的“场”或“信息结构”,这些结构在宏观和微观层面同时发挥作用。 3. 空间弯曲的代价:引力的哲学反思 引力不仅是牛顿的苹果,更是爱因斯坦对时空几何的深刻洞察。然而,当我们将引力与量子力学试图统一时,数学的方程开始崩溃。本书将探讨量子引力领域的非主流观点,例如圈量子引力(Loop Quantum Gravity)试图将空间本身“量子化”的尝试,以及引力可能不是一种基本力,而是熵增效应的涌现现象的观点。我们思考的是,一个真正统一的物理学描述,将如何重塑我们对“实在”的理解。 第二部分:生命、意识与信息熵 如果宇宙是一台巨大的计算机,那么生命和意识就是其中最复杂、最令人着迷的程序。本书将从物理和信息论的角度,审视生命的本质,并探讨人类意识的边界。 4. 生命的起源:从有机分子到自复制 生命并非魔法,而是极端复杂的化学演化。然而,从简单的有机分子到第一个能够自我复制的RNA或DNA结构,其间的鸿沟依旧巨大。我们不局限于地球生命,而是探讨“不依赖碳基”的生命形态的可能性,比如硅基生命、等离子体生命,甚至信息纯粹态的生命。我们关注的是,在宇宙的何种极端环境下,复杂性能够自然涌现,并产生信息处理的能力。 5. 意识的迷宫:信息的涌现与存在的定义 意识是科学中最难啃的硬骨头。它似乎完全属于主观经验,难以用客观的测量工具捕捉。本书将批判性地考察当前主流的意识理论(如整合信息理论IIT),并引入更具颠覆性的视角:意识是否是宇宙演化中的一种基本属性(泛心论的现代变体),还是仅在特定复杂度的神经结构中“涌现”的副产品?我们甚至会讨论,信息本身是否具有一种基础性的、超越物理载体的存在形式。 6. 智慧的未来:超越生物学的进化 人类的未来可能不在于肉体的延续,而在于心智的上传或与人工智能的融合。本书将深入探讨“强人工智能”的潜在哲学困境:一个具有自我意识的非生物实体,其权利和地位如何界定?如果意识可以被数字化,那么“死亡”的意义是否会发生根本性的改变?我们探讨的是一种超越达尔文选择的、基于信息优化的未来进化路径。 第三部分:人类的疆域与文明的命运 站在地球的摇篮,我们的目光必须投向星辰大海。本书的最后一部分,着眼于人类文明在宇宙尺度上的潜能与局限。 7. 文明的尺度:费米悖论的深层解读 “他们都在哪里?”费米悖论不仅是一个数学问题,更是一个深刻的哲学拷问。我们不会简单地重复“大过滤器”理论,而是探索更细致的可能性:先进文明可能因为自我选择的“技术奇点”而变得难以察觉(例如,转向纯粹的模拟世界);或者,宇宙中存在着某种“不干预原则”,高级文明有意识地避开与发展初期文明的接触。我们试图用信息论和能量利用效率来重新评估一个文明在宇宙中的“可见性”。 8. 跨越光速的梦想与现实:空间跳跃的理论障碍 旅行是探索的前提。当前物理学对光速的限制构成了星际旅行的铁壁。本书将审视那些理论上允许超光速旅行的数学解,如虫洞(Wormholes)和曲速引擎(Warp Drives)——它们需要负能量或奇特的时空几何。我们分析的重点在于,实现这些技术所需的物质条件(如“负质量”的粒子)是否在理论上或实践中可行,以及它们对因果律可能造成的颠覆性影响。 9. 人类的最终角色:宇宙的见证者或参与者? 人类在宇宙中扮演什么角色?仅仅是短暂的偶然,还是宇宙自我理解的工具?本书以一种宏大的视野结束,探讨人类文明在未来数百万年中的可能轨迹:是走向星际物种的扩张,还是最终退回到一个内向的、高度优化的信息茧房?我们审视的是,在漫长的时间尺度上,智慧生命对抗熵增、争取“存在感”的终极意义。 结语:谦卑与好奇 本书的目的不是提供确凿的答案,而是激发对那些最深层问题的持久好奇心。在浩瀚的宇宙面前,我们所知甚少,但正是这份“无知”,驱动着人类不断探索、计算、构想。这是一部献给所有不满足于现状、渴望理解宇宙终极奥秘的探索者的作品。

著者信息

图书目录

一、何謂「量子論」?
量子論是微觀世界的物理定律!…………………………………2
相對論與量子論是自然界的二大理論……………………………4
理解量子論時所需的兩個重要項目………………………………6

二、何謂「波粒二象性」?
第一個重要項目是「波粒二象性」………………………………8
波是什麼呢?………………………………………………………10
光會發生「干涉」現象,應該是波………………………………12
有「光是波」無法解釋的現象……………………………………14
光也有粒子所具有的性質…………………………………………16
結果,光的真正身分是波?還是粒子呢?………………………18
Coffee Break 夜空的星和曬傷與光的關係………………………………………20

三、粒子也具有波的性質
探究原子的真面目…………………………………………………22
將電子置換成光來思考……………………………………………24
電子在軌域上振盪?………………………………………………26
電子在軌域上躍遷的機制…………………………………………28

四、何謂「狀態並存」?
第二個重要項目是「狀態並存」…………………………………30
在「微觀」與「宏觀」不同的「狀態」…………………………32

五、關鍵的電子干涉實驗
電子也會形成干涉條紋……………………………………………34
電子干涉條紋所具的意義…………………………………………36
觀測電子的波,結果會如何呢?…………………………………38
觀測通過狹縫的電子………………………………………………40
Coffee Break 「電子的波」是什麼樣的波?……………………………………42

六、與詮釋相關的論爭
「上帝不玩擲骰子的遊戲!」……………………………………44
「半死半生的貓」是否存在?……………………………………46
量子論詮釋仍充滿謎團……………………………………………48

七、何謂不準量關係?
通過狹縫,波大幅散開……………………………………………50
無法同時獲知物體的位置和運動方向……………………………52

八、能量與時間的不準量關係
量子論構築新的真空面貌…………………………………………54
簡直像精靈?電子穿越障壁!………………………………………56
放射線從原子核射出的穿隧效應…………………………………58
太陽因穿隧效應而大放光芒………………………………………60

九、量子論的應用
若沒有量子論,就沒有電腦………………………………………62
量子論闡明週期表的意義…………………………………………64
量子論闡明原子鍵結機制…………………………………………66
量子論闡明半導體性質……………………………………………68
Coffee Break 未來已經決定了嗎?………………………………………………70

十、量子論的未來
量子論可揭露宇宙誕生之謎?……………………………………72
量子論尚無法處理重力……………………………………………74
可望實現的「量子電腦」…………………………………………76

图书序言

  • ISBN:9789864612635
  • 叢書系列:少年伽利略科學叢書
  • 規格:平裝 / 80頁 / 19 x 24.8 x 0.7 cm / 普通級 / 全彩印刷 / 初版
  • 出版地:台灣

图书试读

用户评价

评分

读完这本书的目录结构后,我有一种强烈的预感,作者的叙事线索处理得相当巧妙。它不像传统的教材那样生硬地堆砌公式和定义,而是更像在讲述一个宏大的冒险故事。从历史的开端——普朗克的黑体辐射,到爱因斯坦的纠结,再到波尔和海森堡的激烈辩论,这些科学巨匠之间的思想碰撞,才是量子力学最精彩的部分。很多时候,我们只记住了结论,却忽略了这些结论是在巨大的认知障碍下挣扎出来的。我期待作者能将这些科学家的心路历程描绘得更加立体,让他们不再是教科书上冰冷的肖像,而是活生生、会犯错、会坚持甚至会怀疑自己理论的“人”。如果能透过这些历史的侧面,让我们体会到科学发现的艰辛和乐趣,那这本书的价值就远超一般的科普读物了。那种“少年伽利略”的气质,应该就是鼓励我们像伽利略一样,敢于质疑既有的权威,用全新的视角去探索自然规律。

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这本书的装帧和设计细节也透露出一种用心的态度,这在台湾的出版市场中越来越少见了。那种简洁、高品质的纸张选择,拿在手里有一种沉甸甸的质感,让人感觉手上的不是一本普通的科普读物,而是一件值得珍视的知识载体。我个人对这种注重阅读体验的用心非常欣赏。此外,我注意到作者似乎在引用一些非主流的思考角度,或许是东方哲学与量子力学的结合,或者是对哥本哈根诠释的某种个人反思。如果这本书不仅仅是重复我们已经在网络上能找到的标准答案,而是加入了一些作者自己独特的、经过深思熟虑的见解,那就太棒了。它应该能激发读者产生自己的“量子直觉”,而不是被动地接收知识。我希望读完它之后,我不仅能“知道”量子论,还能“感受”到它的脉搏。

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这本书的语言风格,从试读的几段来看,是非常“接地气”的,没有那种高高在上的说教感,这在台湾的科普圈子里其实挺不容易得的。很多作者要么过于文绉绉,要么就是用力过猛想装酷。这本书的叙述方式,更像是一个学长在旁边手把手地教你,用生活中的例子来类比那些抽象的物理概念,比如用硬币的翻转来解释概率幅,或者用迷宫来比喻量子隧穿效应。这种“同理心式”的教学方法,正是吸引像我这种虽然对科学有兴趣,但数学基础不算特别扎实的读者。最重要的是,它似乎没有回避那些核心的哲学思辨。量子力学一旦深入,必然会触及我们对“实在性”、“观察者”的认知边界,我非常期待作者如何引导我们去思考这些深刻的问题,而不是简单地告诉我们“薛定谔的猫就是这样了,别问为什么”。

评分

这本书的封面设计非常吸引眼球,那种带着一点点复古又有点未来感的排版,让人一眼就能感受到作者在试图用一种非常独特的方式来解读量子力学这个看似遥不可及的主题。坦白说,我过去也尝试过啃一些科普读物,但总是觉得那些内容要么太学术化,要么就是为了简化而过度简化,搞得像在看一本儿童绘本,完全抓不住那个精髓。这本书的取向,似乎是想要找到一个平衡点,既要保持科学的严谨性,又要用一种更贴近年轻读者、或者说是“从头学起”的视角来切入。我特别好奇作者是如何处理那些核心概念,比如波粒二象性、叠加态这些让人头痛的“鬼魅般的超距作用”。一个好的科普作品,不光是告诉你“是什么”,更重要的是让你“理解为什么”,希望这本书在这方面能给我带来惊喜,而不是仅仅停留在概念的罗列上。那种“13岁开始学”的定位,感觉就像是邀请我们重新回到对未知世界充满好奇心的那个阶段,用最纯粹的眼光去看待宇宙最底层的运作逻辑,这本身就非常迷人。

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我特别关注这本书在“如何处理数学工具”这一点上的策略。量子力学的美在于其数学的简洁与内在的和谐,但对初学者来说,矩阵、复数和希尔伯特空间简直就是天书。如果这本书只是简单地跳过这些,那就失去了物理的骨架;如果它深入讲解线性代数,那又可能让目标读者望而却步。我猜想,作者可能采取了一种“先现象后工具”的路径,先让你对量子世界的奇特行为有一个直观的感受,然后再在需要解释某个特定现象时,适时地引入最必要的数学概念,并且用图形或类比的方式来辅助理解,而不是直接丢下一堆公式让你硬背。这种“按需教学”的方法,既能保持对物理直觉的培养,又能避免对非专业读者造成不必要的心理压力。如果这本书能成功地搭建起一座连接物理直觉和数学语言的桥梁,那它绝对是值得收藏的经典。

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