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作者李朝晖
出版社北京理工大学出版社
ISBN9787568293884
出版时间2021-03
装帧平装
开本16开
定价45元
货号29217665
上书时间2024-10-20
真空,真的是空的吗?
崂山道士真的可以穿墙而过吗?
为什么我们能看到七彩颜色?
平行世界里有多少个不同的自己?
为什么人人都在说“薛定谔的猫”?
一道算错的计算题,不小心拯救了全人类?
原子弹、激光、手机、量子计算机……
那么多的为什么,让孩子自己解锁答案!
李朝晖:
钢铁公司总工程师。
知名科普公众号作者,专注科普
三十年。
“判天地之美,析万物之理”,
量子力学将会颠覆人们对世界的
看法。
章 量子力学的起源:乌云下的“三剑客”
1.比黑洞还黑的黑体
2.量子假说
3.光是什么
4.光的波粒二象性
5.原子就是一个西瓜
6.美的实验
7.电子为什么不掉入原子核
量子力学漫画小剧场:乌云乌云,快走开!
第二章 量子力学的研究核心:群雄逐鹿
1.小王子的预言
2.打遍天下无敌手
3.矩阵力学
4.薛定谔的波
5.测不准原理
6.第三种解释
7.真空里到底有什么
量子力学漫画小剧场:新物理大厦奇遇
第三章 量子力学的论证过程:华山论剑
1.上帝不掷骰子
2.爱因斯坦,不要教上帝怎么做
3.一剑封喉
4.以彼之道,还施彼身
5.量子幽灵
6.薛定谔的猫
7.平行世界
8.隐变量理论
9.诡异的量子延迟选择实验
10.退相干
量子力学漫画小剧场:世界的真相是?没有真相
第四章 量子世界
1.蘑菇云
2.量子计算机
3.精彩纷呈的量子世界
量子力学漫画小剧场:量子力学——伟大的发现
后记:科学的终结?
真空,真的是空的吗?
崂山道士真的可以穿墙而过吗?
为什么我们能看到七彩颜色?
平行世界里有多少个不同的自己?
为什么人人都在说“薛定谔的猫”?
一道算错的计算题,不小心拯救了全人类?
原子弹、激光、手机、量子计算机……
那么多的为什么,让孩子自己解锁答案!
李朝晖:
钢铁公司总工程师。
知名科普公众号作者,专注科普
三十年。
“判天地之美,析万物之理”,
量子力学将会颠覆人们对世界的
看法。
各位同学一定都很熟悉,在每次期末考试之后,班主任都会组织一次班会,说一下这个学年大家的学习情况,也许还会邀请学霸来谈一下学习经验。
其实不只是我们,科学家们也喜欢开这样的会,不过他们并不是每年都开。
在一百多年前的1900年4月27日,科学家们打算开一个会,总结一下上一个世纪以来的工作,还请了一位学霸进行总结报告,这位学霸就是开尔文爵士。
开尔文爵士是个天才,他十岁就上了大学,二十二岁就成为大学教授,是当时秀的科学家、热力学的创始人之一。
爵士的成就还不止于此,他还是当时杰出的工程师,主持铺设了世界上条海底电缆,所以由他来做这个报告再合适不过。
在大会上,开尔文爵士认为当时的形势一片大好,科学问题基本得到了解决,以后的物理学家将无事可做,可做的就是把实验数据做得更精确一些。
这听起来有点吹牛,并且是开尔文爵士说的,更加让人觉得有点问题,因为开尔文爵士经常说一些错误的预言,他曾经声称任何比空气重的机器都不可能在天空翱翔,这错得有点离谱了,现在飞机都已经成了重要的交通工具,而飞机毫无疑问要比空气重,这次是不是开尔文爵士又说错了呢?
这次开尔文爵士还真没有吹牛。
当时,伟大的牛顿爵士解决了力学问题,把天地万物纳入了牛顿力学之中,无论日月星辰还是飞花落叶,都要遵从牛顿的智慧;法拉第和麦克斯韦则解决了电磁学问题,开阔了人类的视野;开尔文爵士和一众英雄发现了热力学的秘密,现在的汽车、火车、轮船的发动机都还遵从热力学的规律。
不过作为优秀的科学家,爵士还是谨慎地指出了当时科学界还有两个小问题没有解决——这就是传说中的“两朵乌云”。
非常遗憾的是,在这个问题上爵士又错了,这看起来只是万里晴空下两朵微不足道的小乌云,带来的却是一场科学新革命的暴风雨。
两朵乌云,其中一朵乌云带来了爱因斯坦的相对论,另一朵乌云则带来了量子力学。而带来量子力学的那朵乌云其实就是关于黑体的问题。
要说黑体,就得先说什么是黑;要说什么是黑,就得先说什么是颜色;要说什么是颜色,就要从光说起。
我们都知道,白光可以分解为赤橙黄绿青蓝紫七种颜色。
我们看到一个红色的物体,是由于这个物体吸收了其他颜色的光,把红光反射到了我们的眼睛里,所以我们就看到了红色;绿色物体自然就是吸收了其他颜色的光,反射了绿光……依此类推。
而关于黑色,你们一定都听过一句话:天黑得伸手不见五指。
其实“伸手不见五指”只是一种比喻,在现实生活中,我们都见不到这种黑。乌云笼罩下的夜空,也会有模糊的星光穿透乌云;在没有月光的夜晚,也还有街头的点点灯光……那么,到底有没有“伸手不见五指”的黑呢?
还是有的,那就是黑体。
黑体是一种假想的物体,只存在于想象之中,在现实中并不存在。我们平时所见的黑色物体,都是只吸收光而不反射光,而黑体不仅吸收光,它连电磁波都吸收(光也是一种电磁波,我们会在以后的章节中详细说这个问题,在这里,我们只要知道黑体是宇宙间黑黑的物体就可以了)。
不过黑体也并不是在任何情况下都这么抠门,要是把黑体架在火上烤,黑体的温度就会升高,这时候黑体就可以辐射电磁波,甚至发出光来。并且黑体有一个非常特别的性质,那就是黑体的辐射只和温度有关,温度的不同,黑体辐射出来的光的颜色也不同,随着温度的升高,黑体会依次发出红——橙红——黄——黄白——白——蓝白各种不同颜色的光。
既然黑体只是一种假想出来的物体,那么科学家们为什么还要研究它呢?
因为黑体就好比是数学中的“1”,任何一种现实中的物体,只要乘以一个系数,就可以知道这种物体的辐射规律。
这一点太重要了,新冠肺炎疫情期间用来测量体温的测温枪就是利用了这一点,测温枪接收了人体发出的辐射,反射回来就知道了人体的温度。
辐射规律的应用还不止于此。每天太阳都会温暖地照耀着大地,可是太阳的温度有多高呢?总不能飞到太阳上去测量吧。所以我们只要分析一下太阳光的颜色,就可以知道太阳的温度了。同样,我们也可以用这种方法来分析夜空中闪烁的星星的温度。
但是在当时,研究黑体辐射规律时出了大问题,这也就是开尔文爵士所说的“两朵乌云”中的一朵。
科学家们根据实验数据总结出了黑体的辐射规律,在这个过程中,需要运用到科学界的条铁律——奥卡姆剃刀原则。
奥卡姆剃刀原则就是尽量用少的规律来概括世间万物运行的规则,小读者们要用心记住哦,这是一条非常重要的规则,以后我们会反复提到。
依据奥卡姆剃刀原则,科学家们觉得黑体辐射应该可以用一条规律来表达,但大家一直没有找到这条规律,所以开尔文爵士才说,这是物理学上空一朵乌云的原因。
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