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作者(英) 约翰·格里宾; 中青文 出品
出版社中国青年出版社
ISBN9787515358871
出版时间2020-01
装帧精装
开本32开
定价49.9元
货号28501365
上书时间2024-12-19
这是怎么回事,阿尔菲?人们需要量子的慰藉
量子物理很奇特。至少我们觉得它很奇特,因为原子层次和亚原子层次的粒子世界的运行方式(如理查德·费曼所言,光与无知的行为)是由量子世界的规则决定的,而这些规则我们不熟悉,不是我们称之为“常识”的那些东西。
量子世界的规则似乎在告诉我们,一只猫可以同时是活着的或者死去的,而一个粒子可以同时在两个地方存在。的确,那个粒子同时也是一列波,而且量子世界里的每一种事物都既可以完全以波的术语(terms)解释,也可以完全以粒子的术语解释,全依喜好而定。埃尔温·薛定谔发现了描述波的量子世界的方程,维尔纳·海森堡发现了描述粒子的量子世界的方程,而保罗·狄拉克(Paul Dirac)则证明,对于描述量子世界而言,这两个版本(versions)完全等同。在20世纪20年代末,所有这些都是清楚的。然而让许多物理学家——更不用说普通人——感到万分压抑的是,无论当时还是后来,任何人都无法对量子世界的真实情况给出一个符合常识的解释。对于这种状况的一种反应是不理会这个麻烦,寄希望于它有一天会突然消失。如果你想要做点工作,比如设计一台激光器,解释DNA的结构或者建造一台量子计算机,这些方程(不管你愿意选哪一个)能够派上大用场。实际上,人们告诉一代又一代大学生 :“闭上嘴,算你的就是。”不要问这些方程有什么意义,得出结果就行了。这就相当于让你把手指塞进耳朵,口中念念有词地说 :“啦啦啦,我听不见你。”更愿意思索的物理学家用其他方法寻求慰藉。他们变着法儿地拿出了各种补救方法,多少有些拼着命地试图“说明”量子世界中发生的现象。
这些补救方法就是有关量子的慰藉,人们称它们为“解释”。在方程的层次上,这些解释中没有任何一种比别的解释更好,尽管那些解释者和他们的门徒都会告诉你,他们自己偏爱的解释才是不二法门,相信其他解释等于追随异端邪说。而另一方面,从数学来讲,也没有一种解释比任何别的解释差。很有可能,这说明我们漏掉了什么东西。或许有一天,我们会发现一种对于世界的辉煌的解释,它能做出与今天的量子理论同样的预测,而且非常合理。好吧,至少我们可以这样希望。与此同时,我认为,值得以一个不可知论者的方式,对量子物理学的一些主要解释加以综述。与一般常识相比,这些解释都很疯狂,而且其中的一些比其他的更疯狂。但在这个世界上,疯狂不一定错误,更疯狂不一定错得更厉害。我选择了六个例子,主要是为了说明我引用《爱丽丝梦游仙境》中的话合乎道理。我对它们的相对价值有自己的看法,但不想在这里透露,打算留给读者自己选择。或者,你当然也可以把手指塞进耳朵,嘴里说“啦啦啦,我听不见你说啥”。
但是,在给出这些解释之前,我应该先说清楚我们想要解释的是什么。科学的发展常常是走走停停的。但对于量子物理学的问题,以两个故事作为开始,并向查尔斯·路德维希·道奇森(Charles Lutwidge Dodgson)致以敬意,似乎是更为合适的。
约翰·格里宾
2018 年 6 月
这是一次关于量子物理学核心观点的极简分享。
光究竟是粒子,还是波?
薛定谔的猫,怎么能既死又活?
相隔亿万光年的两个电子,为何可以“心有灵犀”?
世界只有在我们睁眼观察时才存在吗?
爱因斯坦,薛定谔,玻尔,泡利,德布罗意……名震寰宇的大师们争论不休,试图用他们天才的头脑解决量子物理问题,却陷入了一个谜团。
这本书提供的正是关于所有这些问题的解释,尽管这些解释无法彻底消除量子物理至今存在的神秘感,但是正如作者所言,每一种解释,都是一种不可或缺的慰藉。
在探索科学的过程中,我们即使终究不能获得完美解答,但是人类智慧的碰撞,却能带给我们莫大的启迪。
前 言 这是怎么回事,阿尔菲?
人们需要量子的慰藉
故事一 核心神秘
故事二 交织在一起的网
慰藉一 不算非常出色的哥本哈根解释
慰藉二 不见得非常不可能的导航波解释
慰藉三 包袱过重的多世界解释
慰藉四 不相干的退相干解释
慰藉五 系综无法解释
慰藉六 无视时间的相互作用解释
结 论 完全没有理智条款
这是一次关于量子物理学核心观点的极简分享。
光究竟是粒子,还是波?
薛定谔的猫,怎么能既死又活?
相隔亿万光年的两个电子,为何可以“心有灵犀”?
世界只有在我们睁眼观察时才存在吗?
爱因斯坦,薛定谔,玻尔,泡利,德布罗意……名震寰宇的大师们争论不休,试图用他们天才的头脑解决量子物理问题,却陷入了一个谜团。
这本书提供的正是关于所有这些问题的解释,尽管这些解释无法彻底消除量子物理至今存在的神秘感,但是正如作者所言,每一种解释,都是一种不可或缺的慰藉。
在探索科学的过程中,我们即使终究不能获得完美解答,但是人类智慧的碰撞,却能带给我们莫大的启迪。
◆ 市场上有没有一本聚焦量子物理基本问题的书?如果你不是专业研究人员,这样的书真不好找!不是说的太浅,就是说的太深,这是普通人面对量子物理的首要问题。好了!这本书就是来解决这个问题的。
◆ 约翰·格里宾是一位知名的物理科普大师,也是一位多产的畅销书作家。可想而知,本书内容会让读者信服。他的量子物理科普著作已经被翻译成多种文字,誉满全球。
◆ 不懂量子物理的大人,正在落伍;不懂量子物理的孩子,无法拥抱未来!眼前放着一本专业而又一看就懂的量子物理书,那就赶快打开这本书吧!
量子世界的古怪是包裹在一个科学实验中的,它的正式名称为“双缝实验”。理查德·费曼因为自己对量子物理学的贡献而荣膺诺贝尔奖,他更愿意称这个实验为“双孔实验”,而且认为这是“一个用任何经典方式都、无法解释的现象,其中包含着量子力学的核心。实际上,其中包括了全部量子力学基本怪异的……谜团。”中学物理学中用这个实验来“证明”波的一种形式。对于任何只记得这种解释的人来说,费曼的话可能非常令人吃惊。
在中学物理课上,这个实验是在一个暗室中进行的,光照射在一个用硬纸板或者白纸做成的简单的屏上,屏上有两个孔,有时候是两条狭长的平行缝。这个屏的对面是第二个屏,上面完全没有孔。来自面屏上的两个孔的光射到第二面屏上,在上面形成了明暗花样。我们称光从这两个孔穿过的分散方式为衍射,称这种花样为干涉花样,因为它是分别来自两个孔的两束光造成的结果,它们分散开来,互相干涉。如果我们把光视为波,这样的花样完全符合我们的预期。在有些地方,光波相互加强,在第二面屏上形成亮斑 ;而在其他地方,一列光波的波峰与另一列光波的波谷重合,它们相互抵消,留下了暗斑。如果在平静的池塘中同时投入两块卵石,我们可以看到它们造成的涟漪相互干涉,形成完全相同的干涉花样。这种干涉与众不同的特点之一,是第二面屏上亮的光斑并不正对面屏上的任何一个孔,而是刚好在正对它们的两点之间。如果光是粒子束,则亮的光斑所在的位置应该是完全黑暗的。也就是说,如果光是粒子束,则我们可以在每个孔后面看到一个亮斑,而在它们之间的地区是完全黑暗的。
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