从量子到宇宙——颠覆人类认知的科学之旅

图书标准信息

• 作者 高鹏 著
• 出版社 清华大学出版社
• 出版时间 2016-12
• 版次 1
• ISBN 9787302452102
• 定价 45.00元
• 装帧 其他
• 开本 16开
• 纸张 胶版纸
• 页数 219页
• 字数 186千字

【内容简介】

本书以各种不可思议的量子现象为主线，以物理学家们所做的各种令人惊奇的实验为脉络，循序渐进地介绍了人类探索量子世界的整个过程。作为一本科普读物，本书涵盖了波粒二象性、叠加态、概率幅、纠缠态、隧道效应、电子云、超流体、量子真空涨落、费曼图、超弦理论等量子力学中引人入胜的大部分内容，也介绍了扫描隧道显微镜、量子计算机、量子隐形传态等量子工程技术，同时还把相关的历史趣事穿插其中。另外，书中还介绍了一些与量子物理相关的粒子物理、相对论、宇宙学等内容，其中就包括了目前更前沿的领域，如反物质、希格斯粒子、暗物质、平行宇宙，以及引力波等。

【作者简介】

哈工大（威海）应用化学系教师，在哈工大读本科、硕士和博士。主讲《电化学原理》和《结构化学》两门课程已经十几年，主编了专业教材《电化学基础教程》，2013年由化学工业出版社出版。参与多项科研课题，发表科研论文20余篇，其中第一作者SCI最高影响因子6.2。

【目录】

 

1 光的本性之争：光是粒子还是波？ 001

1.1 惠更斯的波动学说 001

1.2 牛顿的粒子学说 002

1.3 杨氏双缝干涉实验 003

1.4 泊松的乌龙球 004

1.5 光就是电磁波 006

2 电磁波能量谜团：能量竟然不连续？ 007

2.1 黑体辐射谜团 007

2.2 光电效应谜团 009

2.3 原子光谱谜团 010

2.4 石破天惊的量子化假设 011

3 量子化与连续性之辩 014

3.1 芝诺悖论：你能追上乌龟吗？ 014

3.2 玄而又玄的无穷 015

3.3 时空是量子化的 017

3.4 运动是连续的吗？ 017

3.5 量子化才是世界的本质 018

4 光的波粒二象性 020

4.1 爱因斯坦的光子理论 020

4.2 光子理论是牛顿粒子论的回马枪吗？ 022

4.3 原子能量量子化与原子光谱 024

4.4 量子理论与光的本性 026

5 爱因斯坦的疑问：什么是光子？ 028

5.1 光与电磁波：剪不断理还乱 028

5.2 波动光学与量子光学：为什么有两种？ 030

5.3 光的偏振：光子也会思考吗？ 031

5.4 光速不变：相对中的绝对 034

5.5 静止质量为零：有还是没有？ 035

6 实物粒子的波粒二象性 038

6.1 德布罗意的惊人假设 038

6.2 实物粒子波动性的观察 041

6.3 实物粒子的双缝干涉实验 042

6.4 德布罗意波的应用 045

7 量子力学的建立 047

7.1 薛定谔的波动力学 047

7.2 概率构成的物质波 049

7.3 玻尔的对应原理 051

7.4 海森堡的矩阵力学 052

7.5 量子力学正式建立 054

7.6 概率论与决定论的争论：上帝掷骰子吗？056

8 单个粒子的波粒二象性 059

8.1 单个电子的双缝干涉实验 059

8.2 概率波与概率幅 061

8.3 观察电子的轨迹 065

8.4 跟人类捉迷藏的电子 067

9 量子力学正统解释：哥本哈根解释 068

9.1 不确定原理 068

9.2 互补原理 070

9.3 叠加态：人为测量竟如此重要？ 072

9.4 波函数坍缩 076

附录量子计算机 077

10 神奇的量子隧道效应 079

10.1 隧道效应：穿墙而过不是梦 079

10.2 扫描隧道显微镜 081

11 独辟蹊径的路径积分 084

11.1 路径积分：所有路径求和 084

11.2 路径积分对双缝实验的解释 086

11.3 路径积分的广泛应用 088

11.4 费曼图：物理学家的看图说话 089

12 坚持决定论的隐变量理论 093

12.1 德布罗意的导波理论 093

12.2 玻姆的量子势理论 095

13 量子力学的其他解释 098

13.1 意识论：我思故我在？ 098

13.2 热力学不可逆过程 099

13.3 退相干理论 100

13.4 GRW理论 101

13.5 多世界理论：人人都能创造平行宇宙 102

14 人类和光子的博弈 106

14.1 单光子偏振实验 106

14.2 单光子广角干涉实验 108

14.3 单光子延迟选择实验 110

14.4 量子擦除实验 113

15 幽灵般的超距作用：纠缠态之谜 115

15.1 玻尔与爱因斯坦过招 115

15.2 EPR佯谬：纠缠态登场 119

15.3 纠缠态的实验证明 120

15.4 GHZ三粒子纠缠 124

15.5 量子隐形传态: 超空间传送能实现吗？125

16 原子内部的世界 128

16.1 古人的物质组成观点 128

16.2 原子论的胜利 129

16.3 原子还不是最小 130

16.4 原子内部结构 132

16.5 原子结构的初期模型 134

16.6 电子云：电子在哪儿？ 136

16.7 电子云节面之谜 139

16.8 电子的自旋 140

16.9 电子自旋之谜 142

17 组成世界的基本粒子 145

17.1 物质的镜像：反物质 145

17.2 宇宙隐形人：中微子 148

17.3 世界的基石：夸克 149

17.4 世界的基石：轻子 152

17.5 四种基本力和力的传递粒子 153

17.6 上帝粒子：希格斯粒子 156

17.7 标准模型 157

附录高速粒子对狭义相对论的检验 158

18 宏观量子现象：玻色–爱因斯坦凝聚 161

18.1 费米子与玻色子 161

18.2 泡利不相容原理 163

18.3 玻色.爱因斯坦凝聚 165

18.4 液氦超流现象 168

19 量子场论 171

19.1 场与粒子的统一 171

19.2 粒子的产生与转化 172

19.3 真空里隐藏的奥秘 174

19.4 再析费曼图：时间能倒流吗？ 177

19.5 量子电动力学：精确度惊人的预测 180

19.6 量子色动力学：夸克禁闭 182

20 超弦理论：万物至理？ 183

20.1 统一理论的探索 183

20.2 宇宙的琴弦：超弦理论 185

20.3 M理论：终极理论？ 188

20.4 平行宇宙 190

附录是否存在交叉宇宙？ 191

21 宇宙大爆炸 193

21.1 膨胀的宇宙 193

21.2 广义相对论与宇宙学 196

21.3 宇宙理论的发展 199

21.4 宇宙的演化 202

21.5 恒星的演化 204

21.6 暗物质与暗能量之谜 208

21.7 时空的颤抖：引力波 210

后记 215

参考文献 217

 

谁要是不为量子理论感到震惊，那就是因为他还不了解量子理论。

——尼尔斯·玻尔

我想我可以相当有把握地说，没有人能理解量子力学。

——理查德·费曼