零基礎量子力學!史詩般壯麗的量子論發展史:雙狹縫實驗×普朗克常數×薛丁格的貓×精密測量×資訊加密,從假設開端到未來發展,量子力學主宰人類社會 (電子書)

零基礎量子力學!史詩般壯麗的量子論發展史:雙狹縫實驗×普朗克常數×薛丁格的貓×精密測量×資訊加密,從假設開端到未來發展,量子力學主宰人類社會 (電子書) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

吳今培
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具体描述

愛因斯坦:「親愛的,上帝不擲骰子!」
波耳:「愛因斯坦,別去指揮上帝應該怎麼做!」

機率就是這麼無緣無故,隨機就是這麼無因無果
不僅能解釋微小事物,量子定律也能解釋現實世界的一切

量子力學如何產生?量子世界的神奇之處?
大自然的真實面貌?量子力學顛覆人類認知?
雙狹縫干涉實驗如何揭示量子力學最深刻的奧祕?
電腦、通訊、人工智慧……最新量子應用本書通通都有!

  ▎錯綜複雜、迷霧重重,量子力學所描繪的世界
  •在量子世界,如果你不看月亮,
  月亮就只按一定的「機率」掛在天空!

  •在量子世界,光似粒子,也似波,表現出「雙重人格」,
  將兩種截然不同的東西統一在一個物理客體,性質如此詭異!

  •在量子世界,粒子有點像「孫悟空」,
  拔一根猴毛,一吹之後,孫悟空就會出現在很多地方!

  •在量子世界,粒子就像精通穿牆術的「嶗山道士」,
  能夠輕易穿過厚厚的牆而毫髮無損!

  •在量子世界,一對同源粒子就像一對「雙胞胎」,
  無須任何溝通,即使相距百萬光年,也能感知彼此狀態的變化!

  ➔不同於古典力學的嶄新物理觀念?本書讓你真正理解!
  ◎機率統計的概念
  微觀世界的未來是不確定的,我們永遠無法知道微觀粒子準確的動態數據,只能基於機率的方法去預言。

  ◎世界本質是量子化的
  微觀世界是不連續的,它可能更像一片沙漠,遠看是連在一起的,走近才發現,它是由一粒一粒的細沙所構成。

  ◎波粒二象性的物質觀
  微觀物質具有「雙重人格」,它既是粒子,又是波,將兩種性質截然不同的東西統一到一個物理客體。

  ➔如何應用量子力學造福人類?本書帶你親身體驗!
  ◎突出量子力學的核心思想,以此為主線貫穿於全書,從而給出了量子力學的清晰脈絡,向讀者立體地展現量子思想的全貌。

  ◎力求對所講述的問題盡可能給出數學之外的物理意義,使讀者從零開始讀懂量子力學,逐漸認識一個完全陌生的世界,並真正窺見它的神祕和美麗。

  ◎注重科普性及應用性,科學屬於人類的共同事業,科學的威力在於普及和創新,科學理論從來都不會停留在紙上,只有經過廣泛的普及和應用,才會推動人類文明的進步。

本書特色

  本書以平實易懂的語言介紹了貫穿整個20世紀的量子思想革命,向讀者完整地展示了大自然神祕的量子本性。全書沒有鋪陳深奧的數學知識,重在思維的貫通,不僅可以作為一般讀者了解量子思想的普及讀物,也可以作為量子理論初學者和研究者的參考書。
 
《群星的低语:宇宙演化与生命起源的恢弘史诗》 本书旨在带领读者踏上一场跨越亿万光年的探索之旅,追溯宇宙从奇点膨胀到形成星系、恒星,直至我们赖以生存的地球及其上复杂生命形态诞生的壮阔历程。我们不关注微观世界的奇异规则,而是将视野聚焦于宏观宇宙的演化规律、物质形态的复杂构建,以及生命如何从无机环境中萌芽、分化,最终演化出文明。 第一部分:太初的火光——宇宙的诞生与早期演化 本卷详细剖析现代宇宙学的前沿理论,着重探讨大爆炸模型的核心证据链——宇宙微波背景辐射(CMB)的精确测量及其所揭示的早期宇宙的均匀性与各向同性。我们深入探讨暴胀理论,解释其如何解决视界问题和磁单极子问题,并预测了早期引力波的特征信号。 奇点之谜与暴胀的瞬间: 剖析爱因斯坦场方程的极限,引入量子引力理论(如圈量子引力或弦理论的某些非竞争性分支)对早期普朗克时期状态的推测性描述。重点阐述暴胀机制如何以极快的速度推动宇宙空间扩张,为后来的结构形成奠定均匀的温度基础。 物质的洪流: 描述夸克-胶子等离子体的冷却过程,核合成的“熔炉”如何塑造了宇宙中最轻的元素——氢、氦和微量的锂。分析不同年代宇宙的物质密度分布,以及暗物质在其中扮演的引力骨架角色。我们着重于对暗物质候选粒子(如WIMPs或轴子)的最新实验搜索进展进行客观梳理,而非停留在纯理论推演。 黑暗时期的终结: 详述第一代恒星(Population III stars)的形成过程。这些恒星质量巨大,寿命短暂,却是宇宙中重元素的主要“炼金炉”。它们的超新星爆发如何播撒了碳、氧等生命必需的元素,标志着宇宙从“黑暗时代”走向“再电离时代”的关键转折。 第二部分:星辰的熔炉与行星的摇篮 本部分将焦点转向星际介质和恒星内部的核聚变机制,阐释星系如何成为元素工厂,以及这些元素如何凝结成行星系统。 恒星的生命周期与元素合成: 详细解析主序星、红巨星、白矮星、中子星以及黑洞的形成与演化路径。特别关注s-过程(慢中子捕获过程)和r-过程(快中子捕获过程)在超新星爆发和中子星并合中如何高效合成金、铂等超重元素。 星云的坍缩与原行星盘: 运用流体力学和磁场动力学原理,描述分子云在引力作用下坍缩形成原恒星的过程。深入探讨原行星盘的结构——从靠近恒星的热区到外部的冰线(Snow Line)的物质分层,解释了岩石行星与气态巨行星在不同区域形成的原因。 行星的构造与地质活动: 分析行星形成后的分异过程——铁镍核心的形成、地幔的对流以及磁场的产生。以地球为例,探讨板块构造对调节气候、维持液态水和驱动生物化学循环的长期重要性。对比系外类地行星的发现案例,讨论“宜居带”的定义及其局限性。 第三部分:生命的黎明——从化学到生物学的飞跃 本书的第三部分将深入探讨生命起源这一跨学科的难题,着重于化学演化和早期生物系统的构建。 无机到有机:原始地球的化学实验室: 考察米勒-尤里实验的现代延伸,探讨深海热液喷口、粘土矿物表面催化等不同假说下,简单有机分子(氨基酸、核苷酸前体)的自然合成路径。分析氰化物化学在构建复杂环状结构中的潜在作用。 遗传物质的谜团:RNA世界假说与DNA的崛起: 详细论述RNA作为兼具催化和信息存储双重功能的分子在生命早期可能扮演的核心角色。探讨核酸的自复制机制如何在原始海洋或特定微环境中获得选择性优势,并最终让结构更稳定的DNA接管信息存储的主导地位。 细胞的诞生与新陈代谢的启动: 描述原始脂质分子如何自发形成脂质双层膜,包裹住复制单元,形成原始的原细胞(Protocells)。探讨化学自养(Chemoautotrophy)或光合作用(如厌氧光合作用)等基础代谢途径如何驱动能量的捕获和利用,实现从非生命到生命的决定性跨越。 第四部分:漫长的演化——多样性的爆发与复杂性的涌现 本部分关注生命历史中关键的演化瓶颈和生态系统的重塑。 氧气大氧化事件(GOE): 细致描绘蓝藻的出现及其对地球大气层造成的灾难性(对厌氧生物而言)和革命性(对需氧生物而言)的改变。分析铁氧化物沉积层如何记录了这一关键的生物地球化学事件。 真核生物的复杂化: 重点讲解内共生学说,即线粒体和叶绿体如何被早期细胞吞噬并建立起互利共生的关系,从而使细胞获得高效的能量转换能力,这是复杂多细胞生物诞生的先决条件。 寒武纪生命大爆发与脊椎动物的崛起: 考察化石记录中突然出现的复杂多样的动物门类,探讨触发该爆发的潜在环境因素(如氧气水平、冰川期结束)和发育生物学机制(如Hox基因的调控)。随后追溯从鱼类到两栖动物、爬行动物,直至哺乳动物和灵长类,特别是人类大脑结构复杂化的漫长道路。 结语:我们所处的宇宙位置 本书最终将读者带回当代,不是以量子力学的视角,而是以宇宙演化史的宏大尺度来审视人类文明的地位。强调构成我们身体的每一个原子,其起源都深植于数十亿年前恒星内部的核聚变和超新星爆发之中。我们是宇宙演化链条上的最新一环,是星尘的后代,思考人类在宇宙中寻找生命延续和理解自然规律的未来方向。

著者信息

作者簡介

吳今培


  教授。主要研究方向為智慧系統與技術、系統理論與複雜性研究。代表性著作有《模糊診斷理論及其應用》、《智慧故障診斷與專家系統》、《現代資料分析》、《系統科學發展概論》、《實用時序分析》、《系統辨識》、《實用元胞自動機導論》等。

李雪岩

  專職作者。
 

图书目录

前言

Chapter1 量子世界神奇在哪裡
1.1 上帝擲骰子嗎
1.2 光似波,又似粒子
1.3 飄忽不定的幽靈─不能同時確定微觀粒子的位置和速度
1.4 微觀粒子就像「孫悟空」,拔根猴毛就會出現很多小悟空
1.5 微觀粒子就像精通「穿牆術」的嶗山道士
1.6 微觀粒子好像「雙胞胎」,產生「鬼魅般的超距作用」

Chapter2 量子力學是怎樣產生的
2.1 1900年,普朗克提出了量子概念
2.2 1905年,愛因斯坦提出了光量子假設
2.3 1913年,波耳提出了量子化的原子模型
2.4 1924年,德布羅意提出了物質波理論
2.5 1924年,玻色提出了一種新的全同粒子的統計理論
2.6 1925年,海森堡提出了矩陣力學
2.7 1925年,包立提出了不相容原理
2.8 1926年,薛丁格提出了波動力學
2.9 1927年,海森堡提出了測不準原理
2.10 1927年,波耳提出了互補原理
2.11 1928年,狄拉克提出了相對論性的波動方程式
2.12 1942年,費曼提出了路徑積分法
2.13 1964年,貝爾提出了貝爾不等式

Chapter3 一個電子可以同時通過兩條狹縫
3.1 光的雙狹縫干涉實驗
3.2 電子的雙狹縫干涉實驗
3.3 單個電子的雙狹縫干涉實驗
3.4 帶探測器的單個電子雙狹縫干涉實驗
3.5 單光子延遲選擇實驗

Chapter4 大自然的真實面貌是什麼
4.1 微觀物質的行為是不連續的,世界本質是量子化的
4.2 微觀物質的行為是不確定的,只能進行機率上的預測
4.3 微觀物質的行為要用波來描述,呈現波粒二象性

Chapter5 琴簫合奏─EPR與量子貓
5.1 兩個基本概念
5.2 EPR悖論
5.3 薛丁格的「貓」

Chapter6 量子的迷人風采
6.1 微觀粒子的波粒二象性
6.2 量子態疊加性
6.3 量子穿隧效應
6.4 量子態糾纏性

Chapter7 量子力學的「華山論劍」

Chapter8 為什麼量子力學顛覆了人類認知
8.1 牛頓時代
8.2 愛因斯坦時空
8.3 量子世界
8.4 量子思維
8.5 量子創新

Chapter9 量子力學的哲學啟示
9.1 只有量子化,沒有連續性─離散物質觀
9.2 只有機率,沒有因果─機率統計觀
9.3 測得準這個,就測不準那個─不確定世界觀
9.4 我似粒子,也似波─互補世界觀
9.5 粒子是實在,還是幽靈─測量創造實在觀

Chapter10 量子力學的困惑
10.1 「薛丁格貓悖論」有沒有結案
10.2 波函數是物質波還是機率波
10.3 誰塌縮了波函數

Chapter11 夢幻的超算天才─量子計算
11.1 古典電腦發展的瓶頸
11.2 古典電腦與量子電腦的比較
11.3 量子電腦的物理體系
11.4 量子電腦的實用標準及原理樣機研製
11.5 量子電腦的基本功能
11.6 量子電腦發展的困境

Chapter12 資訊絕對安全的保障─量子密碼
12.1 RSA密碼系統
12.2 量子密鑰分發

Chapter13 超越古典測量極限的技術─量子精密測量
13.1 原子鐘
13.2 量子感測器

Chapter14 走向未來的技術─量子人工智慧
14.1 行動革命
14.2 人工智慧
14.3 量子人工智慧

Chapter15 深居閨閣的量子進入大眾視野─「墨子號」成功發射

Chapter16 尾聲
16.1 量子化是世界的本質
16.2 大自然遵循機率統計規律
16.3 波函數包含了量子運動的全部資訊
16.4 波粒二象性是量子力學的靈魂
16.5 量子世界允許非定域性
16.6 量子力學對「測量」作出自己特有的解釋

參考文獻

 

图书序言

  • ISBN:9786263576445
  • EISBN:9786263577312
  • 規格:普通級 / 初版
  • 出版地:台灣
  • 檔案格式:EPUB流動版型
  • 建議閱讀裝置:手機、平板
  • TTS語音朗讀功能:無
  • 檔案大小:3.9MB

图书试读

前言

  人類一直生活在量子世界裡,但人們經過數十年的實驗探索和理論建構才發現這個世界。19世紀末,量子橫空出世,科學家開始發展了一套全新的理論和概念,來研究微觀世界的運動規律,這就是「量子理論」。將量子理論的思想整合成普遍適用的數學方法則稱作「量子力學」。量子力學的建立展現了人類認識自然實現了從宏觀世界向微觀世界的重大飛躍。在量子的微觀世界裡,所有的一切都變得奇妙起來,與我們司空見慣的宏觀現象完全不同。量子力學以微觀視角,取代了古典力學的宏觀視角,給了世界一個完全不同的詮釋,甚至改變了物理世界的基本思想,徹底推翻和重建了整個物理學體系。

  量子力學雖然很玄妙,卻不是玄學。在見識了微觀世界裡量子的神祕莫測後,物理學家對量子的各種神奇特性給出了更合理的解釋,並成功地應用於現代社會的每個角落,從雷射到電腦,從超導到手機,量子無處不在,幾乎所有事物的背後都有量子力學在主宰。許多以往看來不切實際的幻想,在量子力學的指引下,給我們帶來新的希望和可能,必將深深地改變人類社會的面貌。

  本書的主要特點是:第一,突出了量子力學的核心思想,以此為主線貫穿於全書,從而給出了量子力學的清晰脈絡,向讀者立體地展現量子思想的全貌;第二,力求對所講述的問題盡可能給出數學之外的物理意義,使讀者從零開始讀懂量子力學,逐漸認識一個完全陌生的世界,並真正窺見它的神祕和美麗;第三,注重科普性及應用性,科學屬於人類的共同事業,科學的威力在於普及和創新,科學理論從來都不會停留在紙上,只有經過廣泛的普及和應用,才會推動人類文明的進步。本書將帶領讀者去親身體驗如何應用量子力學造福人類,讓人們享受更加豐富多彩的現代生活。

  讀者如何學習量子力學呢?我們認為最難以理解的是量子力學的基本概念和核心思想,而不是數學推導。必要的數學基礎對於學習量子力學是重要的,但學習量子力學的主要困難在於人們的認知仍然受到傳統思維的束縛,沒有真正樹立起量子力學的觀點。例如,量子糾纏是量子力學最深刻的概念之一。在一些科普讀物中,把量子糾纏錯誤解讀為:「姐姐在某地生了一個女兒,遠在千里之外的妹妹就立即升級為阿姨。」就被解釋為「姐姐和妹妹處於糾纏態」。這樣不恰當解讀的出現,也許是科普作者的無奈之舉。如果僅僅透過與日常生活中觀察到的現象做類比,是很難理解其中的真正意義的。所以,學習量子力學要致力於改變自己的思維模式,彌補你的思維不足,真正理解量子力學不同於古典力學的嶄新的物理觀念。這些觀念主要是:

  第一,微觀世界的未來是不確定的,我們永遠無法知道微觀粒子準確的動態數據,只能基於機率的方法去預言。讀者要樹立機率統計的概念。

  第二,微觀世界是不連續的,它可能更像一片沙漠,遠看是連在一起的,走近才發現,它是由一粒一粒的細沙所構成。讀者要認識世界的本質是量子化的。

  第三,微觀物質具有「雙重人格」,它既是粒子,又是波,將兩種性質截然不同的東西統一到一個物理客體。讀者要樹立波粒二象性的物質觀。

  基於量子力學的一批顛覆性技術正在浮出水面,比如量子電腦、量子通訊和量子測量等技術將是未來資訊產業的基石,有望成為推動第四次工業革命的重要引擎。如何成功發展量子科技,可能變成每個國家一場輸不起的技術革命,各國也必將傾舉國之力爭奪量子科技制高點。

  本書是關於量子力學的科普讀物,不可能,也不應該要求讀者具備較深厚的數學知識,否則,對量子力學有興趣但缺乏足夠數學基礎的許多讀者將被擋在門外。我們在內容取捨和講解方法上更加重視物理概念的描述,它能同時滿足三個方面讀者的需求:如果你過去沒有學過量子力學,可以把它作為入門書來讀;如果你正在學習量子力學,可以把它作為參考書來讀;如果你已經學過量子力學,可以把它當作交流心得體會來讀。

  當然,對於想要更好地了解未來科技發展趨向的工程技術人員和管理者,這本書會使你明白量子力學是什麼,它離生活並不遠。

  本書很多地方借鑑了海內外相關的文獻著作及研究成果,在此對所涉及的專家學者表示衷心的感謝。

  無疑,限於作者的能力與程度,本書的缺點和不妥之處存在不少,懇請讀者批評指正。

  下面讓我們一起走進量子世界!
 
吳今培

用户评价

评分

这本书在对“测量”这个核心问题的探讨上,有着非常独特的视角和深刻的见解,远超出了我预期的广度。它不仅讲述了物理学上如何进行高精度的量子测量,还将其上升到了信息科学和哲学层面进行探讨。作者对“观测者效应”的阐释非常细致入微,探讨了不同流派对“坍缩”事件的解读差异,这使得原本看似封闭的物理学讨论,一下子扩展到了认识论的范畴。我能感受到作者试图传达的理念:量子力学不仅改变了我们对物质世界的认知,也迫使我们重新审视“知识”本身是如何被构建的。这种对基础概念的深刻反思,让这本书的价值超越了单纯的物理入门读物,更像是一部关于“科学方法论”和“认识极限”的深度对话录。它真正做到了从最基础的假设出发,一路探讨到了人类文明未来的潜在走向。

评分

作为一本关注未来发展的书籍,它成功地将过去的基础理论与当下的技术前沿做了一个有力的对接,这一点是很多纯理论科普书做不到的。我原本以为量子计算和量子保密通信会是几个冷冰冰的技术名词,但作者通过生动的案例和类比,清晰地展示了这些前沿领域是如何从那些看似玄乎的基础原理中“生长”出来的。特别是关于量子纠缠在信息安全中的应用,描述得既令人兴奋又发人深省,它让我开始重新思考未来信息社会的基础构建模块。书中的展望部分并没有过度“科幻化”,而是基于现有研究成果的合理推演,这种脚踏实地的乐观态度非常能激励人去关注和学习这些尖端技术。它不仅仅是知识的传递,更像是一次面向未来的“心灵洗礼”,让我对人类科技的无限可能性充满了敬畏。

评分

文字的精准度和可读性达到了一个近乎完美的平衡点。我必须承认,我对物理学的理解能力有限,很多涉及到数学推导的部分,通常是我阅读科普书时最容易“跑神”的地方。然而,这本书巧妙地规避了繁琐的微积分和线性代数,转而使用大量的类比和日常现象来解释那些深奥的概念。比如,作者解释“不确定性原理”时,所用的比喻简直是神来之笔,一下子就抓住了其核心的哲学内涵,而不是仅仅停留在公式层面。行文流畅自然,没有那种刻意“降维打击”的傲慢感,反而充满了对读者的尊重,仿佛作者一直在身边,耐心地为你解答每一个“为什么”。这种‘娓娓道来’却又‘句句珠玑’的写作风格,是这本书最吸引我的地方之一,让我愿意一口气读完它,并且还想推荐给所有感到物理遥不可及的朋友。

评分

这本书在历史脉络的梳理上展现出了惊人的深度和广度,它不仅仅是罗列事实,更是在讲述一个“发现”的故事。从麦克斯韦和赫兹对电磁学的奠基,到普朗克在黑体辐射问题上“被迫”引入量子化概念的那个戏剧性瞬间,作者都处理得非常到位。我尤其欣赏它对思想交锋的刻画,比如爱因斯坦与玻尔之间关于量子力学完备性的那场世纪大辩论,那种哲学层面的交锋和对实在性的追问,让整本书的厚度瞬间提升了好几个档次。它没有回避量子力学中最令人不安的那些“怪异性”,比如叠加态和波函数坍缩,反而将其作为推动科学进步的核心驱动力来阐述。读完后,我感觉自己对现代物理学的诞生背景有了更深层次的理解,不再是孤立地看待那些定律和公式,而是将其置于人类认识自然、挑战旧有范式的宏大叙事之中。这种将科学史与哲学思辨紧密结合的写法,让人读起来酣畅淋漓,回味无穷。

评分

这本书的排版和插图简直是视觉盛宴,完全超出了我对科普读物的预期。作者在介绍复杂的概念时,并没有采用那种枯燥乏味的教科书式语言,而是像一位经验老道的导游,带着我们一步步走进量子世界的奇妙迷宫。特别值得称赞的是,那些历史性的实验,比如著名的“双缝实验”,被描绘得栩栩如生,仿佛我亲眼目睹了光子和电子那种既是粒子又是波的“古怪”行为。我甚至能感受到那些先驱科学家们在面对观测悖论时的那种震撼与困惑。阅读过程中,我时常需要停下来,反复琢磨那些精美的图示,它们将抽象的数学模型具象化,使得那些原本望而生畏的物理定律变得触手可及。这种沉浸式的阅读体验,极大地降低了理解门槛,让一个完全没有物理背景的人也能感受到探索未知的乐趣。书中的叙事节奏把握得非常好,高潮迭起,绝不拖沓,每一次转折都让人对接下来的内容充满期待,仿佛在追一部引人入胜的史诗大片。

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