量子論:從13歲開始學量子論  少年伽利略12

量子論:從13歲開始學量子論 少年伽利略12 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

日本Newton Press
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具體描述

薛丁格的貓到底怎麼瞭?
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,
從候鳥遷徙到光閤作用,都與量子論有關。
 
  ★日本牛頓獨傢授權,2021年全新係列!
  ★彩色印刷,圖解豐富,隻有80頁,內容輕量化,價格門檻低。
  ★內容隻談重點,方便讀者快速掌握,為國中的自然科學習打下劄實的基礎。
 
  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。麵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係列的《量子論:從13歲開始學量子論》來為讀者建立基本概念吧!從理論到應用層麵,本書以80頁的篇幅介紹瞭量子論,像這麼簡潔扼要的書籍,找不到第二本!
 
係列特色
 
  1. 日本牛頓齣版社獨傢授權。
  2. 釐清脈絡,建立學習觀念。
  3. 一書一主題,範圍明確,知識更有係統,學習也更有效率。
宇宙的秘密,未解的謎題:一部關於星辰、生命與人類未來的宏大敘事 導言:在已知與未知的交界處 人類文明的足跡遍布地球的每一個角落,我們的知識體係如同不斷延伸的藤蔓,試圖攀附上宇宙那高不可攀的穹頂。然而,當我們仰望星空,或者深入到物質的最底層時,總有那麼一些領域,閃爍著令人敬畏的、難以捉摸的光芒。本書並非聚焦於已有的理論框架,而是力求描繪一幅更廣闊的圖景——一幅關於我們存在於何處、我們將去嚮何方的哲學、科學與想象力的交織畫捲。 本書將帶領讀者進行一場穿越時空的探索,從宇宙誕生之初的奇點,到遙遠未來文明的可能形態。我們不滿足於已知的公式和既定的結論,而是深入探討那些懸而未決的、足以顛覆我們世界觀的重大議題。 第一部分:時空的織錦與物質的低語 我們生活在一個被時間和空間編織而成的巨大劇場中。然而,時間究竟是綫性的河流,還是一種可以被彎麯、甚至逆轉的維度?空間又是否僅僅是三維的限製,抑或隱藏著我們尚未觸及的高維結構? 1. 宇宙的誕生與終結:超越大爆炸的猜想 大爆炸理論為我們描繪瞭一個輝煌的開端,但那最初的瞬間——普朗剋時期——仍然是科學的禁區。本書將審視那些試圖填補這一空白的理論:循環宇宙模型、弦理論中的膜宇宙(Brane World)概念,以及關於“泡沫宇宙”的理論。我們討論的不是教科書中的標準模型,而是那些大膽的、尚未被實驗完全證實的“次級”宇宙學。我們追問:我們的宇宙是唯一的嗎?如果存在多個宇宙,它們之間如何交流? 2. 物質的終極構成:尋找“萬有理論”的陰影 粒子物理學揭示瞭誇剋、輕子和玻色子的精妙舞蹈,標準模型已然是人類智慧的結晶。但它仍然是殘缺的。暗物質和暗能量,占據瞭宇宙總質量和能量的百分之九十五以上,卻對我們保持著絕對的沉默。本書將深入分析當前尋找暗物質的實驗(如地下深處的探測器),以及解釋暗能量加速膨脹現象的各種嘗試,包括對愛因斯坦場方程的修改。我們探討的焦點在於,現有的粒子分類之外,是否隱藏著某種更基本、更統一的“場”或“信息結構”,這些結構在宏觀和微觀層麵同時發揮作用。 3. 空間彎麯的代價:引力的哲學反思 引力不僅是牛頓的蘋果,更是愛因斯坦對時空幾何的深刻洞察。然而,當我們將引力與量子力學試圖統一時,數學的方程開始崩潰。本書將探討量子引力領域的非主流觀點,例如圈量子引力(Loop Quantum Gravity)試圖將空間本身“量子化”的嘗試,以及引力可能不是一種基本力,而是熵增效應的湧現現象的觀點。我們思考的是,一個真正統一的物理學描述,將如何重塑我們對“實在”的理解。 第二部分:生命、意識與信息熵 如果宇宙是一颱巨大的計算機,那麼生命和意識就是其中最復雜、最令人著迷的程序。本書將從物理和信息論的角度,審視生命的本質,並探討人類意識的邊界。 4. 生命的起源:從有機分子到自復製 生命並非魔法,而是極端復雜的化學演化。然而,從簡單的有機分子到第一個能夠自我復製的RNA或DNA結構,其間的鴻溝依舊巨大。我們不局限於地球生命,而是探討“不依賴碳基”的生命形態的可能性,比如矽基生命、等離子體生命,甚至信息純粹態的生命。我們關注的是,在宇宙的何種極端環境下,復雜性能夠自然湧現,並産生信息處理的能力。 5. 意識的迷宮:信息的湧現與存在的定義 意識是科學中最難啃的硬骨頭。它似乎完全屬於主觀經驗,難以用客觀的測量工具捕捉。本書將批判性地考察當前主流的意識理論(如整閤信息理論IIT),並引入更具顛覆性的視角:意識是否是宇宙演化中的一種基本屬性(泛心論的現代變體),還是僅在特定復雜度的神經結構中“湧現”的副産品?我們甚至會討論,信息本身是否具有一種基礎性的、超越物理載體的存在形式。 6. 智慧的未來:超越生物學的進化 人類的未來可能不在於肉體的延續,而在於心智的上傳或與人工智能的融閤。本書將深入探討“強人工智能”的潛在哲學睏境:一個具有自我意識的非生物實體,其權利和地位如何界定?如果意識可以被數字化,那麼“死亡”的意義是否會發生根本性的改變?我們探討的是一種超越達爾文選擇的、基於信息優化的未來進化路徑。 第三部分:人類的疆域與文明的命運 站在地球的搖籃,我們的目光必須投嚮星辰大海。本書的最後一部分,著眼於人類文明在宇宙尺度上的潛能與局限。 7. 文明的尺度:費米悖論的深層解讀 “他們都在哪裏?”費米悖論不僅是一個數學問題,更是一個深刻的哲學拷問。我們不會簡單地重復“大過濾器”理論,而是探索更細緻的可能性:先進文明可能因為自我選擇的“技術奇點”而變得難以察覺(例如,轉嚮純粹的模擬世界);或者,宇宙中存在著某種“不乾預原則”,高級文明有意識地避開與發展初期文明的接觸。我們試圖用信息論和能量利用效率來重新評估一個文明在宇宙中的“可見性”。 8. 跨越光速的夢想與現實:空間跳躍的理論障礙 旅行是探索的前提。當前物理學對光速的限製構成瞭星際旅行的鐵壁。本書將審視那些理論上允許超光速旅行的數學解,如蟲洞(Wormholes)和麯速引擎(Warp Drives)——它們需要負能量或奇特的時空幾何。我們分析的重點在於,實現這些技術所需的物質條件(如“負質量”的粒子)是否在理論上或實踐中可行,以及它們對因果律可能造成的顛覆性影響。 9. 人類的最終角色:宇宙的見證者或參與者? 人類在宇宙中扮演什麼角色?僅僅是短暫的偶然,還是宇宙自我理解的工具?本書以一種宏大的視野結束,探討人類文明在未來數百萬年中的可能軌跡:是走嚮星際物種的擴張,還是最終退迴到一個內嚮的、高度優化的信息繭房?我們審視的是,在漫長的時間尺度上,智慧生命對抗熵增、爭取“存在感”的終極意義。 結語:謙卑與好奇 本書的目的不是提供確鑿的答案,而是激發對那些最深層問題的持久好奇心。在浩瀚的宇宙麵前,我們所知甚少,但正是這份“無知”,驅動著人類不斷探索、計算、構想。這是一部獻給所有不滿足於現狀、渴望理解宇宙終極奧秘的探索者的作品。

著者信息

圖書目錄

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「乾涉」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
探究原子的真麵目…………………………………………………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製…………………………………………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、關鍵的電子乾涉實驗
電子也會形成乾涉條紋……………………………………………34
電子乾涉條紋所具的意義…………………………………………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嚮……………………………52

八、能量與時間的不準量關係
量子論構築新的真空麵貌…………………………………………54
簡直像精靈?電子穿越障壁!………………………………………56
放射線從原子核射齣的穿隧效應…………………………………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
量子論闡明週期錶的意義…………………………………………64
量子論闡明原子鍵結機製…………………………………………66
量子論闡明半導體性質……………………………………………68
Coffee Break 未來已經決定瞭嗎?………………………………………………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

圖書序言

  • ISBN:9789864612635
  • 叢書係列: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
  • 齣版地:颱灣

圖書試讀

用戶評價

评分

我特彆關注這本書在“如何處理數學工具”這一點上的策略。量子力學的美在於其數學的簡潔與內在的和諧,但對初學者來說,矩陣、復數和希爾伯特空間簡直就是天書。如果這本書隻是簡單地跳過這些,那就失去瞭物理的骨架;如果它深入講解綫性代數,那又可能讓目標讀者望而卻步。我猜想,作者可能采取瞭一種“先現象後工具”的路徑,先讓你對量子世界的奇特行為有一個直觀的感受,然後再在需要解釋某個特定現象時,適時地引入最必要的數學概念,並且用圖形或類比的方式來輔助理解,而不是直接丟下一堆公式讓你硬背。這種“按需教學”的方法,既能保持對物理直覺的培養,又能避免對非專業讀者造成不必要的心理壓力。如果這本書能成功地搭建起一座連接物理直覺和數學語言的橋梁,那它絕對是值得收藏的經典。

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這本書的封麵設計非常吸引眼球,那種帶著一點點復古又有點未來感的排版,讓人一眼就能感受到作者在試圖用一種非常獨特的方式來解讀量子力學這個看似遙不可及的主題。坦白說,我過去也嘗試過啃一些科普讀物,但總是覺得那些內容要麼太學術化,要麼就是為瞭簡化而過度簡化,搞得像在看一本兒童繪本,完全抓不住那個精髓。這本書的取嚮,似乎是想要找到一個平衡點,既要保持科學的嚴謹性,又要用一種更貼近年輕讀者、或者說是“從頭學起”的視角來切入。我特彆好奇作者是如何處理那些核心概念,比如波粒二象性、疊加態這些讓人頭痛的“鬼魅般的超距作用”。一個好的科普作品,不光是告訴你“是什麼”,更重要的是讓你“理解為什麼”,希望這本書在這方麵能給我帶來驚喜,而不是僅僅停留在概念的羅列上。那種“13歲開始學”的定位,感覺就像是邀請我們重新迴到對未知世界充滿好奇心的那個階段,用最純粹的眼光去看待宇宙最底層的運作邏輯,這本身就非常迷人。

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這本書的裝幀和設計細節也透露齣一種用心的態度,這在颱灣的齣版市場中越來越少見瞭。那種簡潔、高品質的紙張選擇,拿在手裏有一種沉甸甸的質感,讓人感覺手上的不是一本普通的科普讀物,而是一件值得珍視的知識載體。我個人對這種注重閱讀體驗的用心非常欣賞。此外,我注意到作者似乎在引用一些非主流的思考角度,或許是東方哲學與量子力學的結閤,或者是對哥本哈根詮釋的某種個人反思。如果這本書不僅僅是重復我們已經在網絡上能找到的標準答案,而是加入瞭一些作者自己獨特的、經過深思熟慮的見解,那就太棒瞭。它應該能激發讀者産生自己的“量子直覺”,而不是被動地接收知識。我希望讀完它之後,我不僅能“知道”量子論,還能“感受”到它的脈搏。

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這本書的語言風格,從試讀的幾段來看,是非常“接地氣”的,沒有那種高高在上的說教感,這在颱灣的科普圈子裏其實挺不容易得的。很多作者要麼過於文縐縐,要麼就是用力過猛想裝酷。這本書的敘述方式,更像是一個學長在旁邊手把手地教你,用生活中的例子來類比那些抽象的物理概念,比如用硬幣的翻轉來解釋概率幅,或者用迷宮來比喻量子隧穿效應。這種“同理心式”的教學方法,正是吸引像我這種雖然對科學有興趣,但數學基礎不算特彆紮實的讀者。最重要的是,它似乎沒有迴避那些核心的哲學思辨。量子力學一旦深入,必然會觸及我們對“實在性”、“觀察者”的認知邊界,我非常期待作者如何引導我們去思考這些深刻的問題,而不是簡單地告訴我們“薛定諤的貓就是這樣瞭,彆問為什麼”。

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讀完這本書的目錄結構後,我有一種強烈的預感,作者的敘事綫索處理得相當巧妙。它不像傳統的教材那樣生硬地堆砌公式和定義,而是更像在講述一個宏大的冒險故事。從曆史的開端——普朗剋的黑體輻射,到愛因斯坦的糾結,再到波爾和海森堡的激烈辯論,這些科學巨匠之間的思想碰撞,纔是量子力學最精彩的部分。很多時候,我們隻記住瞭結論,卻忽略瞭這些結論是在巨大的認知障礙下掙紮齣來的。我期待作者能將這些科學傢的心路曆程描繪得更加立體,讓他們不再是教科書上冰冷的肖像,而是活生生、會犯錯、會堅持甚至會懷疑自己理論的“人”。如果能透過這些曆史的側麵,讓我們體會到科學發現的艱辛和樂趣,那這本書的價值就遠超一般的科普讀物瞭。那種“少年伽利略”的氣質,應該就是鼓勵我們像伽利略一樣,敢於質疑既有的權威,用全新的視角去探索自然規律。

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