硬币与金字塔

图书标准信息

• 作者 刘兵 著
• 出版社 湖北科学技术出版社
• 出版时间 2015-02
• 版次 1
• ISBN 9787535282132
• 定价 34.00元
• 装帧 平装
• 开本 16开
• 纸张 胶版纸

【内容简介】

　　硬币和金字塔，是作者在谈及科学与艺术之关系时涉及的隐喻，它们也可以作为科学文化和人文文化之关系的隐喻。本书收录了作者关注科学与人文相结合，强调以人文的视角来看待科学的“非传统”科普作品。

【作者简介】

　　刘兵，清华大学社科学院科技与社会研究所教授，博士生导师，中国科协-清华大学科学技术传播与普及研究中心主任。主要研究方向为科学史、科学文化传播。出版有《克丽奥眼中的科学》等专著10种，《刘兵自选集》等个人文集8种，《超导史话》等科学史与科学文化普及著作5种，译著7种。

【目录】

第一部  知识性科普
  看不见的舞台
  超导史话（节选）
第二部  科学家
  卡皮查：奇特的经历与杰出的成就
  玻色：第三世界科学家的彗星现象
  舒布尼可夫：被清洗的物理学家
  萨顿与科学史
  派斯：从物理学家到物理学史家
  费曼：超级科学明星
  凯勒与科学史的女性主义视角
  科学史家的命运
第三部  审视科学
  戏剧舞台上的物理学家
  科学的一般概念与中国古代的“科学”
  中国古代有无“科学”之我见
  科学史的误区：从爱国主义到中国的‘世界第一”
  “科学的极限”与批判
  科学、技术、人文主义与科学史
  《李俨钱宝琮科学史全集》：科学史家的纪念碑
  令人忧虑的渴望
  科学史就在你我身边
  霍金的预言：未来一千年中的科学
  科学史的功能与生存策略
  网络的自由与限制
  科学家还要做些什么
第四部  科学教育中的人文因素
  从两种文化问题谈起
  科学史与科学教育：历史背景
  美国《206l计划》与科学教学中的人文因素
  美国《国家科学教育标准》与科学教学中的人文因素
  英国对科学教学中的人文因素的要求
  在科学教学中强调人文因素的意义
第五部  科普书话
  硬币与金字塔
  昔日的光辉与今日的思考
  在普及中体现真正的科学精神
  陌生的爱因斯坦
  “奴隶”对“主人”和自身的思考
  传奇的背后
  科学普及中的科学与民主
  自己的身体和自己的权利
  他山之石的意义与无意义
  以性别的视角考察自然与科学
  圈中的陷阱
  不完整的经典之作
  权利的延伸
  一个真实生动的爱因斯坦
  终结者的反思
  现代立场与科学式的《圣经》
  聚集科学文化出版策划人
后记

内容摘要
 《中国科普大奖图书典藏书系》囊括新中国成立以来，著名科普、科幻作家经典获奖作品，展现科学之真、善、美，传播知识、激发兴趣、启迪智慧！中国科普作家协会选编推荐！
刘兵编著的这本《硬币与金字塔》就是该书系之一。

精彩内容
 超导体的一个重要特征——能隙要讲清能隙的概念，还要先讲一点量子力学。
在经典力学中，物质的能量被认为是连续的，然而在量子力学中，则大不相同。以在原子内部的一个电子的能量为例，根据量子力学，这个电子的能量将不能连续地变化，而只能是一些特定的值。当它吸收外来的能量而使自己的能量增加，或放出一部分能量而使自身的能量减少时，它所吸收或放出的能量也只能是一些特定的值。这就是说，它的能量如果要有变化的话，也只能跳跃式地变化，而不能连续地变化。
这就是在量子力学中能量的量子化的物理图像。此外，原子中的电子还有另外一个“毛病”：在一种状态
中，只能有一个电子。这就是量子物理学中著名的“泡利不相容原理”的内容，说起来，倒有些像“一个坑里只能有一个萝卜”。当然，这里所讲的“状态”，严格地讲，应该称为“量子态”，自然能量是量子态的参数之一，但也还有其他的参数，例如电子的自旋等。我们可以打这样一个比方；由于能量的量子化，电子所被允许的能量，是一系列分立的值，就像一
架梯子一样，电子只能站在梯子一级级的横木上，而不能站在一级级横木之间的空当中。如果我们把自旋方向向上的电子用男孩来代表，把自旋方向向下的电子用女孩来代表的话，则每一级横木上只能站一个男孩和一个女孩，而不能站两个男孩或两个女孩。因为某一能量加上男孩这个参数可以被认为是一个量子态
，但同一能量再加上女孩这个参数则被认为是另一个量子态，所以是不违反泡利不相容原理的，当原子中所有的电子都处在可能的最低能量状态时，叫做基态
；而当原子受到外来的激发，如受到光的照射或其他粒子的碰撞等，电子可以吸收一定的能量，再向“梯子”的上面“爬”（也就是“跃迁”）一级或几级，这时，原子就处于激发态。
固体是由许许多多的原子构成的。在固体中，量子力学的能量量子化效应仍然是存在的，只不过情况更加复杂－些。在许多固体的电子能谱中，能量最低的激发态（即第一激发态）与基态能级的距离是一个有限的值，电子不允许具有在此之间的能量，这个距离就叫能隙。
早在1935年，那两位大名鼎鼎的伦敦兄弟，就已经提出了在超导体的电子能谱中也存在能隙的猜测。
他们分析了他们提出的超导电动力学唯象方程，试图用量子力学来推导该方程。后来，在30年代末和40年代初，又有其他一些物理学家也尝试利用能隙的概念来定性地解释超导现象。但是，在这些工作中，超导
体的能隙只不过是一种猜测而已，因为当时并没有实验证明超导体电子能谱中存在能隙，在很长一段时间里，大多数物理学家并没有对超导体的能隙给予足够
的重视。事实上，要从实验上来证明超导体能隙的存在，在当时的实验条件下是极为困难的。尽管也有一
些实验的迹象暗示了能隙的存在，但由于数据太少，结果不可靠，理论上也还存在疑问，所以人们并没有从中得出什么肯定的结论来。
到了50年代，实验技术有了很大的发展，测量的精度大大地提高了，也可以得到更低的温度，再加上第二次世界大战期间出于军事的需要对雷达的研究促进了微波技术的发展，所有这些，都为用实验来证明超导体能隙的存在准备了必要的条件。
1951年，在英国牛津召开的低温物理学会议上，物理学家古德曼首先报告了超导体的热导性质的测量结果，为能隙的存在给出了第一个间接的有力证据。
随后，布朗等人在1953年和科拉克等人在1954年的实验结果，表明超导体电子的比热是以指数形式随温度变化的，这一结果明确地支持了能隙的概念。此后，在1957年前后，科学家们还得到了有关能隙存在的其他一些实验证据。
为了更清楚地说明超导能隙的存在，我们这里以超导体对电磁波的吸收实验为例。按照量子力学的观
点，电磁波也可以被看做由一粒粒运动的光子构成。
而每一个光子的能量E＝hv（这里，v代表电磁波的频率，h是量子力学中最重要的一个常数，叫普朗克常数）。这个公式表明，不同频率的光子具有不同的能量。那么，戈们可以设想一下，若采用不同频率的电磁波来照射处于超导态的超导体，如果其频率足够高，使得光子的能量E比能隙大，则处于超导态的电子就会吸收光子的能量，跃迁为正常电子，即使在温度趋于绝对零度的情况下，也仍然会有对电磁波的吸收。反之，如果照射的电磁波的频率较低，光子的能量正比能隙小，则超导电子就不会吸收来自辐射的能量。
有了超导能隙存在的实验证据，又知道电子一声子相互作用是产生超导的原因，留给理论家们的任务就很明确了：一个成功的超导微观理论，必须能从电子—声子相互作用出发，推导出超导能隙的存在。
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