新量子世界
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作者安东尼·黑,帕特里克·沃尔特斯
出版社湖南科学技术出版社
ISBN9787571006747
出版时间2021-05
装帧平装
开本16开
定价88元
货号31152904
上书时间2024-06-10
商品详情
- 品相描述：全新
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作者简介
雷奕安，北京大学物理学院副教授，博士生导师。
目录
前言
第一章 波子粒子
科学与实验
光与量子力学
双缝实验
第二章 海森堡和不确定性
观察电子
海森堡不确定性原理
不确定性与照相术
费曼的量子路径概念
分形：奇妙的数学
第三章 薛定谔和物质波
德布罗意的物质波
薛定谔方程
电子与中子光学
第四章 原子与原子核
卢瑟福的原子核模型
量子化的能级
氢原子
波函数与量子数
光与原子俘获
第五章 量子隧道效应
势垒穿透
波的隧道效应
量子隧道效应的应用
核物理与阿尔法衰变
核反应与爱因斯坦质能关系
放射性，核裂变和原子弹
反射性年代测定
第六章 泡利与元素
电子自旋与泡利不相容原理
元素
金属，绝缘体与半导体
晶体管与微电子
第七章 量子合作与超流体
激光
玻色凝聚与超流体氦
冷原子
超导电性
量子霍尔效应
第八章 量子跃迁
麦克斯·波恩和量子几率
光子与偏振光
约翰·贝尔与EPR佯谬
薛定谔之猫
量子力学的多宇宙诠释
退相干理论
第九章 量子工程
理查德·费曼和纳米技术
从摩尔定理到量子点
量子信息学
量子计算机
量子输运等等
第十章 恒星之死
一颗不成功的恒星
氢的燃烧
红巨星和白矮星
中子星和黑洞
第十一章 费曼规则
狄拉克与反粒子
费曼图和虚粒子
零点运动与真空涨落
霍金辐射与黑洞
第十二章 弱光子与强胶子
修正后的双缝实验
粒子物理学的诞生
弱光子和希格斯（Higgs）真空
夸克和胶子
超导体，磁单极和夸克禁闭
标准模型之后
第十三 章 后 话 —— 量子物理与科幻小说
序言：原子与原子核
核能和科幻作品的“黄金时代”
姜巴点多宇宙理论和薛定谔猫
纳米科技与量子计算机
结语
尾声
术语表
引文来源
索引
照片来源
译后记
内容摘要
量子力学的原理是物理世界万物的基础——从原子到恒星，从原子核到激光器。本书讲述了量子悖论和薛定谔的猫，以及多重宇宙解释、量子测量等内容。全书展望了纳米技术革命，并描述了量子密码学，计算和隐形传态。以硅基芯片为基础的现代电子工业，使现代生活发生了革命性的变化，这些都基于我们对半导体量子特性的了解。这本书以一种有趣的方式介绍量子力学，是一本不用数学方式介绍量子力学的科普读物。
主编推荐
《新量子世界》中文版出版已经15年了。该书的第一版《量子世界》出版于1987年，曾受到有名物理学家理查德·费曼的衷心称赞和推荐。他本人很好强调清晰明白地把抽象的科学理论介绍给公众。
虽然已经过去了15年，这本书的内容并不过时。除了一些具体应用的发展，如量子信息，量子调控，量子工程，基本概念方面迷惑依旧，争论依旧。
量子力学入门级经典之作，这本书并不要求读者受过相关高等教育，也没有用到很多数学，对那些喜欢科学的读者，有很大的启发作用。
精彩内容
现在，科普读物的出版和发行已经成为图书出版商和发行商的重要利润来源。要出一本“好卖的”科普读物，一般的做法是把单词量控制在100000左右（大约200页），并且不要使用太多图表或照片。目标读者群是受过一定教育，并对科学有一般兴趣的读者。这一出版领域的另一分支是科普工具书的出版，如百科全书、地图集等。我们面向的读者群处于这两个极端之间。我们希望我们出的书不仅仅能够使上面说的“受过教育的”的读者感兴趣，也能，而且更重要的是，激起年轻读者们的好奇和思考。我们认为，让年轻的读者了解一点物理学的激动人心之处是非常重要的，因为这可能使年轻人以后去接受物理学的挑战，从事有关的研究。在当今这个世界上，年轻人们有很多很多的选择，大家一般都会认为像自然科学和数学这样的学科是很“难”的。
当然，要想理解这些学科，不付出努力是不行的，要想真正掌握它们，更是要付出数年的艰辛。所以我们不可能保证读者们能够很快收获颇丰。但我们可以保证的是，学好数学和自然科学，一定能够使我们更深入地了解这个迷人的世界——我们生活的世界，一个量子的世界。还有一点需要指出，那就是我们好像进入了一个怪圈，由于我们越来越依赖于科学和技术，这个世界也变得在技术上也越来越脆弱了，因为了解我们所依赖的这些技术的人越来越少。但是我们文明的必须延续，因此我们必须激励年轻的人们接受科学的挑战。这些年轻人才是我们这本书的真正目标读者群。但是我们希望我们采用的文字，大量的图表、彩色照片，著名科学家的传记等，本身也很有意思，能受到“受过教育的”读者们的欢迎。 我们第一本讲解量子力学的书，《量子世界》（TheQuantumUniverse），出版于1987年。当时的迫切需要是，把量子力学的奇异原理介绍给普通的读者，因为这一理论是日常生活中用到的很多“高技术”设备的工作基础。因此，简单地介绍了量子力学基本原理之后，我们更注重解释如何从量子力学的角度来理解原子、原子核、所有的化学元素，以及天上的星星。量子力学使似乎不可思议的硅芯片成为现实，也是我们今天看到的成千上万的激光器件的基础。 它不仅仅能解释木星的结构，也使我们能够理解在我们的太阳和其他恒星中，巨大的能量是怎么产生的。由于在基本原理层面上，量子理论非常奇怪，很难理解，因此我们特意避免去讨论各种哲学方面的问题，并根据理查德·费曼的意见，采取了一种注重实际效果的做法。我们侧重说明这一理论的实际结果是什么，不管看起来有多么奇怪。自从量子力学在二十世纪二十年代由尼尔斯·玻尔（NielsBohr），埃尔文·薛定谔（ErwinSchr?dinger），沃纳·海森堡（WernerHeisenberg），保罗·狄拉克（PaulDirac）等创立以来，除了应用更为广泛以外，这么多年似乎并没有什么新的发现。 但让我们吃惊的是，在最近的十五年里，量子技术突然产生了巨大的进展。虽然没有出现新的实验事实挑战传统的量子理论的权威性，但的确有了很多激动人心的新发现。主要的进展是，我们可以越来越熟练地控制量子体系。因此我们相信，我们正在亲眼目睹科学王国中一个崭新的学科——“量子工程学”——的诞生。这一学科的名字本身，就意味着在这个新世纪里，我们将越来越熟练地在量子尺度上控制和操作物质，并将引起另一类新的引人入胜的应用——“纳米技术”——的出现。这对半导体工业来说，显然具有非常重大的意义。我们将看到，很快摩尔定律就要失效了。摩尔定律是指，计算机芯片里面晶体管的数目，也就是芯片计算速度和存储量，每隔十八个月就会翻一番。再过大约十年，硅芯片上的特征尺寸（晶体管或导线）将变得非常小，以至于硅片上单个原子或电子的性质将对芯片产生决定性的影响。这些量子物质不能通过经典理论描述。如果量子工程师们不能提供替代的有竞争力的新技术，摩尔定律就要失效了，每十八个月升级一次计算机也不必要了。已经出现的一种可能的替代技术是“量子计算”。量子计算机不像在现行的“经典”计算机上那样把信息严格限定为“1”和“0”，它允许在算法中使用量子位——“qubits”（量子位），大致相当于一个存储位上同时存着 1和0——来进行计算。 这一发现导致了一个崭新的研究领域——“量子信息理论”——的诞生和发展，并且很有可能已经在密码学中得到了实际应用。虽然我们这本书的原意是讲解量子力学，但是为了适应技术的发展，我们大量改写和更新了有关量子技术应用的章节。另外，我们加了新的一章“量子工程学”，专门介绍纳米技术和量子信息论的基本原理和应用。 正如我们说过的，在以前出版的关于量子力学书中，我们采纳了费曼的建议，避免提出诸如“但是怎么会是这样呢？”之类的问题。但是，最近的十五年里，人们对理解量子力学这一理论越来越感兴趣了，因为毕竟这一理论解释了我们生活的世界的基本物理原理。因而我们另加了一章“量子佯谬”，向读者介绍尼尔斯·玻尔与阿尔伯特·爱因斯坦之间那一场没有完结的争论。是玻尔创立了量子力学的正统“哥本哈根学派”理论，也是这一理论最有力的支持者。根据玻尔的解释，不确定性和不可预测性是量子理论的内秉属性，而量子体系的实际物理观测值是可以讨论的。[xi]玻尔的长期朋友和同事，阿尔伯特·爱因斯坦，一直不同意这一正统理论，并穷其余生与玻尔争论不休。他把他对哥本哈根诠释的反对总结为一句众所周知的名言：“上帝不掷骰子！”在一场冗长而没有结论的争论之后，爱因斯坦直到去世那一刻仍然不相信量子力学理论。他去世不久，爱尔兰物理学家约翰·贝尔（JohnBell）提出了一个方案，来判别玻尔的正统量子力学理论和爱因斯坦喜欢的决定论。用来验证“贝尔不等式”的实验现在已经有了结果。结果证明量子力学是正确的。看起来爱因斯坦应该再好好想想。因为贝尔的结果对量子力学理论非常重要，所以我们也 以直观的方式介绍了贝尔不等式。我们的讲解非常接近约翰·贝尔自己在日内瓦作的一个报告。
在任何关于量子力学理论的讨论中，都会提到的另一个很重要的小东西是薛定谔的猫。薛定谔猫佯谬问题以图示的方式说明了量子力学的所谓“测量问题”。我们讨论了流行的休·埃弗雷特（HughEverett）的量子力学“多世界”理论，和沃切克·祖莱克（WojtekZurek）等提出的“退相干”机制，以在某种程度上解释量子测量问题。 最后，作为一个轻松的“编后记”，我们讨论了科幻小说里面对量子力学的处理。赫伯特·乔治·韦尔斯（H.G.Wells）首先在他的科幻小说《解放的世界》（TheWorldSetFree）中描述了原子弹爆炸的世界末日景象。在量子力学发展早期，科幻小说作者就一直努力把我们对原子的最新认识写进小说情节里。 而现代的科幻小说家已经把多宇宙理论和纳米科技当成他们了的标准理论基础的一部分。 最后，在迈克尔·克莱顿(MichaelCrichton)的新书《时间线》(timeline)中，量子计算机，远程传物(teleportation)，时间旅行等编织在一起，开拓了科幻小说发展和探索的一片新天地。 著名的理论物理学家和作者保罗·戴维斯(PaulDavis)曾经预言：十九世纪是机械时代，二十世纪在历史上将被称为信息时代。我相信二十一世纪将会是量子时代。 在下一个十年里，我们就能看出这一预言如何实现，以及实现到什么程度。当然，我们相信，这种由量子力学支持的，即将到来的纳米技术革命，对我们社会的影响，至少会与目前的生物信息学大发展产生的影响一样深刻。我们希望这本书能够为激发未来新一代量子工程师的兴趣和梦想做出贡献。
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