第一推动·读懂量子物理的四大经典(套装共4册,带你探索量子之谜)pdf下载

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简介:第一推动·读懂量子物理的四大经典(套装共4册,带你探索量子之谜)
出版社:湖南科学技术出版社
出版时间:2017-08-28
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内容介绍

内容简介
  本套装包含第一推动•物理系列关于量子物理最经典的四本著作:《量子之谜——物理学遇到意识》:量子力学获得了惊人的成功,至今没有一项理论预言是错的,然而量子力学还是显得迷雾重重。它告诉我们,物理实在是由观察产生的,并且这种“幽灵作用”能够在两个相距遥远的事件之间瞬时传递——无需借助物理力。从人类的角度来看,量子力学使物理学遭遇到意识问题。
  本书描述了一些无可争议的实验事实以及量子理论对它们的公认解释,借助于风趣的故事和量子理论创立者们的趣闻轶事,用非专业术语浅显明了地阐述了现今各种各样的解释以及每一种这类解释如何遇到意识上的困境,同时介绍了近年来对量子力学的基础和奥秘的研究和应用的*进展。
  简言之,这是一本由资深专家用平实的大众语言撰写的,融亲身经历和当今理论前沿、技术前沿为一体的不可多得的枕边书。《宇宙的琴弦》:本书解释了爱因斯坦、海森伯以来的主要物理学成就,不但能具体提供一些现代物理学的基本材料,如狭义相对论,广义相对论和量子力学;同时也能把从四面八方走来寻求统一理论的研究者们动人的兴奋和激动传给大家。本书通过类比和比喻,尽量避开了专业术语和数学方程,让读者对科学家如何达到当今的宇宙概念有一个直觉的认识。
  超弦理论有两个特点:第一,它预言了广义相对论;量子理论是20世纪70年代建立的,因为它预言了没有质量的粒子存在而部分失效。这使得人们认识到粒子的相互作用就是引力子在引力场中的传递,就像电子在电场中的传递一样。在低能的情况下,弦理论给出了与广义相对论相同的结果。所以,我们有了一个引力的量子理论——弦理论的第一个奇迹。第二个奇迹是,它预言了一个十维的时空。许多人特别是实验物理学家对此不感兴趣,除了实实在在的4维时空外,并没有其它的证据。弦理论家回答说:我们只知道四维时空,是因为这四维是大的展开的维度,可能还存在其他隐藏卷曲的维,因为我们的实验还不足以检测到。
  超弦理论是融合爱因斯坦的相对论和量子力学的好方法。根据这个理论,基本粒子及其相互作用是由微小的弦圈振动产生的。要解释这个复杂无比的理论是相当困难的,但是本书却赢得来自各个方面的赞誉。纽约时报的科学专栏作家GEORGE JOHNSON就说:“格林阐述的思想和发展,其深度和明晰是我不曾想到的”,“比起那些科学作家经常翻炒旧的科学套路,他把一个又一个新见解抛给读者”。当今世界弦理论的大师、普林斯顿高级研究所的惠藤,这样评价本书:“每个对理论物理学好奇的人将会对本书爱不释手。
《不同的宇宙》:《不同的宇宙》是一本真正具有启智意义的书,诺贝尔奖获得者罗伯特·劳克林认为科学前沿就在我们脚下。他用极为生动的语言讲述了量子行为的神奇世界是如何渗透在我们熟悉的日常生活中。他没去寻找终极理论。而是在思考世界的突现性质——就是晶体保持其形状和硬度的那种性质,它起源于大量原子的自组织——并且向我们展示了为什么说物理学的基本规律事实上也是突现性的。
《时间之箭》:《第一推动物理系列:时间之箭》论证了现代科学理论关于时间的最普遍观点。时间就像一只箭,射向未知的前方,把过去永远留在后面。作者回顾了3个世纪的科学史,大胆地对牛顿力学、爱因斯坦的狭义相对论和广义相对论、量子力学以及最近的混沌理论进行了重新解释。作者引导读者济览了所有企图解开时间奥秘的重要科学理论。他们探究时间的物理理论——牛顿力学,爱因斯坦的相对论,量子理论与势力学——以及考查更广泛的时间昭示:时间如何出现在诗、化学到生物学——从"马维尔的双翼战车"和"生理时钟"到造成旅行时差和星期一早晨沮丧心情的原因。 最后他们总结各种不同的时间阐释,描述出一种崭新方式赋予时间方向感,并呼吁要找出能涵盖时间箭头的全新理论。
“时间”仍是人类最难解答的谜之一,虽然当今重要科学理论都有它的踪迹,但是仍然缺乏明确的对"时间"的科学解释。例如:时间在很多重要的科学理论中没有方向,是“可逆的”。
目录
版权信息
量子之谜——物理学遇到意识
总序
致谢
第二版前言
第1章 爱因斯坦为何称其为“幽灵”
物理学领域的难言之隐
争议
量子理论的解释
第2章 造访根帕克——一个量子寓言
序幕:前往纳根帕克的自信的访客
第3章 牛顿世界观:普适的运动定律
古希腊科学的贡献及其致命缺陷
中世纪和文艺复兴时期的天文学
伽利略关于运动的新思路
实验方法
可靠的科学
牛顿世界观
普适的运动定律和万有引力
牛顿的遗产
通过类比超越物理
第4章 经典物理学还剩下什么
光的故事
电磁力
能量
相对论
您好,量子力学
第5章 量子概念如何切入物理学
不情愿的革命者
三级技术专家
博士后
王子
第6章 薛定谔方程——新的普适运动定律
波动方程
波函数
波场
薛定谔对波场的最初(错误)解释
波场的公认解释
本质上就是概率的
第7章 双缝实验——观察者问题
双缝实验的盒子对版本
第8章 难言之隐
第9章 全球经济的三分之一
激光器
晶体管
电荷耦合器件(CCD)
磁共振成像(MRI)
未来前景
第10章 太棒了,神奇的哥本哈根
哥本哈根学派的解释
怎样的哥本哈根解释才是可接受的
哥本哈根解释的三大支柱
对哥本哈根解释的接受和不安
哥本哈根解释概要
第11章 众说纷纭的薛定谔猫
盒子里的猫的故事
不公正的偷窥
对薛定谔故事的回应
薛定谔的猫在今天
第12章 寻求真实世界EPR
回避海森伯
晴天霹雳
偏振光
偏振光子
孪态光子
玻尔对EPR的回应
第13章 幽灵作用——贝尔定理
约翰·斯图尔特·贝尔
贝尔的动机
贝尔定理
贝尔不等式的推导
显式模型
实验检验
量子理论预言的究竟是什么
实验结果的底线
违反贝尔不等式把我们带到了何处
贝尔宣告了爱因斯坦的终结吗
第14章 实验形而上学
宏观结果
宏观方案
生物学中的量子现象?
超越传统智慧
第15章 如何持续——量子之谜的解释
物理学家与意识
为什么需要解释
当今具有争议的十一大解释
哪种解释能够实现
第16章 意识之谜
什么是意识
自由意志
从贝克莱到行为主义
意识的“硬问题”
计算机有意识吗
第17章 意识之谜遭遇量子之谜
我们需要有意识的观察者吗
自觉意识与纠缠
意识和还原论
机器人论证
意识的唯一客观证据
位置很特殊
两个谜团
意识的两种量子理论
量子力学的心理学解读
量子力学支持神秘论吗
类比
异常现象
第18章 意识和量子宇宙
黑洞、暗能量和宇宙大爆炸
人择原理
临别思考
译后记
宇宙的琴弦
总序

为B·格林《宇宙的琴弦》喝彩
第一篇 知识的边缘
第1章 同一根弦
第二篇 空间、时间和量子的困境
第2章 空间、时间和观众的眼睛
第3章 卷曲与波澜
第4章 奇异的微观世界
第5章 渴望新理论:广义相对论与量子力学
第三篇 宇宙交响曲
第6章 万物都是音乐:超弦理论的基础
第7章 超弦的“超”
第8章 看不见的维
第9章 证据:实验信号
第四篇 弦理论与时空结构
第10章 量子几何
第11章 空间结构的破裂
第12章 超越弦:寻找M理论
第13章 从弦/M理论看黑洞
第14章 宇宙学的沉思
第五篇 21世纪的统一
第15章 远望
科学名词解释
推荐读物
主题索引
人名索引
译后记
重印后记
不同的宇宙
总序
致中国读者
前言
致谢
第1章 前沿定律
第2章 与不确定性相伴
第3章 登上牛顿马车
第4章 水、冰和汽
第5章 薛定谔的猫
第6章 量子计算机
第7章 冯·克利青
第8章 我在晚宴上解决了它
第9章 核家族
第10章 时空结构
第11章 小饰件的嘉年华会
第12章 保护的暗边
第13章 生命原理
第14章 星球武士
第15章 阳光下的野餐桌
第16章 突现论时代
注释
译后记
周读书系.时间之箭
总序
前言

第一章 时间的形象
文学中的时间
文化时间
哲学中的时间
时间:牛顿和爱因斯坦
量子时间
时间与热力学
创造性时间
混沌与箭头
第二章 牛顿物理学的兴起:时间失去了方向
希腊人,古代天文学和科学
科学大革命
牛顿和力学
牛顿方程式的剖析
电磁时间
关于场,以太,空间和时间
牛顿物理学的预言能力
庞加莱的回归论
牛顿物理学的局限
时间失去了方向
第三章 时间使爱因斯坦受挫
迈克耳孙莫雷实验
通往狭义相对论之路
绝对时间被废弃
接近光速运动时的新世界
同时性和时间膨胀
双生子佯谬
时空
加速度和绝对空间
通往广义相对论之路
平直的和弯曲的空间
广义相对论
引力时间膨胀
宇宙学和时间
时间和宇宙的创生
黑洞,宇宙监察和时间弯曲
人择原理
时间旅行
相对论的不足之处
第四章 时间的量子跃迁
原子结构与经典物理学的失效
量子论的诞生
爱因斯坦出场
波和粒子
玻尔原子和量子论
新的力学
无处不在,同时又无处在
哥本哈根解释
海森伯不确定性原理
玻尔爱因斯坦论战
时间:失而复得
量子猫佯谬
魏格纳的朋友
平行的宇宙
读者存照
EPR佯谬
当时间停滞了
物质和反物质
长寿K介子奇案
沸腾的真空
宇宙免费午餐
第五章 时间之箭:热力学
热力学的诞生
平衡态热力学
砸碎平衡
混沌中现出有序
极度远离平衡态
生机在远离平衡态时萌动
不可逆性佯谬
跨越鸿沟
玻尔兹曼的时间箭头
一切都在脑际:“粗粒化”
宇宙学的时间箭头
第六章 创造性演化
秩序和混沌
培养自组织
化学中的自组织
布鲁塞尔振子的诞生
化学图案与化学波
诱人的贝鲁索夫扎孛廷斯基反应
漫谈分维、奇异吸引子、混沌
级连通向混沌
对有机世界的一个物理化学观点
分子演化,复制和生命的起源
遗传钟
时间与创造
第七章 时间之箭与生命之箭
生物学混沌
糖钟
细胞分裂的万能钟
黏菌社交
生物形态的起源
跳动的心脏
动力性疾病
性循环或硬激发
群体动态学
进化与深时
达尔文的理论
演化的步伐
混沌:性别存在的理由
生物界的节拍
第八章 统一的时间景象
时间的问题
决定论放手了
遍历性
宇宙尽头的电子
混沌粉碎了决定论
混沌与时间之箭
KAM来到
相对论混沌
量子论与不可逆性
时间与豹斑
熵与创生
第九章 未结束的探索
前言
  总序
  科学,特别是自然科学,最重要的目标之一,就是追寻科学本身的原动力,或曰追寻其第一推动。同时,科学的这种追求精神本身,又成为社会发展和人类进步的一种最基本的推动。
  科学总是寻求发现和了解客观世界的新现象,研究和掌握新规律,总是在不懈地追求真理。科学是认真的、严谨的、实事求是的,同时,科学又是创造的。科学的最基本态度之一就是疑问,科学的最基本精神之一就是批判。
  的确,科学活动,特别是自然科学活动,比较起其他的人类活动来,其最基本特征就是不断进步。哪怕在其他方面倒退的时候,科学却总是进步着,即使是缓慢而艰难地进步,这表明,自然科学活动中包含着人类的最进步因素。
  正是在这个意义上,科学堪称为人类进步的“第一推动”。
  科学教育,特别是自然科学的教育,是提高人们素质的重要因素,是现代教育的一个核心。科学教育不仅使人获得生活和工作所需的知识和技能,更重要的是使人获得科学思想、科学精神、科学态度以及科学方法的熏陶和培养,使人获得非生物本能的智慧,获得非与生俱来的灵魂。可以这样说,没有科学的“教育”,只是培养信仰,而不是教育。没有受过科学教育的人,只能称为受过训练,而非受过教育。
  正是在这个意义上,科学堪称为使人进化为现代人的“第一推动”。
  近百年来,无数仁人智士意识到,强国富民再造中国离不开科学技术,他们为摆脱愚昧与无知做了艰苦卓绝的奋斗。中国的科学先贤们代代相传,不遗余力地为中国的进步献身于科学启蒙运动,以图完成国人的强国梦。然而应该说,这个目标远未达到。今日的中国需要新的科学启蒙,需要现代科学教育。只有全社会的人具备较高的科学素质,以科学的精神和思想、科学的态度和方法作为探讨和解决各类问题的共同基础和出发点,社会才能更好地向前发展和进步。因此,中国的进步离不开科学,是毋庸置疑的。
  正是这个意义上,似乎可以说,科学已被公认是中国进步所必不可少的推动。
  然而,这并不意味着,科学的精神也同样地被公认和接受。虽然,科学已渗透到社会的各个领域和层面,科学的价值和地位也更高了,但是毋庸讳言,在一定的范围内,或某些特定时候,人们只是承认“科学是有用的”,只停留在对科学所带来的后果的接受和承认,而不是对科学的原动力、科学的精神的接受和承认。此种现象的存在也是不能忽视的。
  科学的精神之一,是它自身就是自身的“第一推动”。也就是说,科学活动在原则上是不隶属于服务于神学的,不隶属于服务于儒学的,科学活动在原则上也不隶属于服务于任何哲学。科学是超越宗教差别的,超越民族差别的,越越党派差别的,超越文化的地域的差别的,科学是普适的、独立的,它自身就是自身的主宰。
  湖南科学技术出版社精选了一批关于科学思想和科学精神的世界名著,请有关学者译成中文出版,其目的就是为了传播科学的精神,科学的思想,特别是自然科学的精神和思想,从而起到倡导科学精神,推动科技发展,对全民进行新的科学启蒙和科学教育的作用,为中国的进步做一点推动。丛书定名为《第一推动》,当然并非说其中每一册都是第一推动,但是可以肯定,蕴含在每一册中的科学的内容、观点、思想和精神,都会使你或多或少地更接近第一推动,或多或少地发现,自身如何成为自身的主宰。
  《第一推动丛书》编委会
  谨以此书纪念约翰·贝尔——20世纪后半叶杰出的量子理论家。他的著作、演讲和个人通信启发了我们。
  弄清楚事情的因果关系不是很好吗,即便这在实用上不是必要的!例如,假设量子力学被发现不遵从精确的形式体系,假设这种形式体系超越了实用目的,我们发现有一种挥之不去的力量坚定地指向主题之外,引向观察者的心灵,引向佛经圣典,引向上帝,甚至唯一的引力,这难道不是非常的有趣么?
  ——约翰·贝尔
精彩书摘
  我对量子问题的思考可以说和对广义相对论的思考一样多。
  ——阿尔伯特•爱因斯坦
  我无法真正相信(量子理论),因为……物理学表示的是一种时间和空间上的实在,容不得超距的幽灵行为。
  ——阿尔伯特•爱因斯坦
  20世纪50年代的一个周末,我在普林斯顿大学访友时,朋友曾问他的女婿比尔•贝内特和我(布鲁斯)是否愿意和他的朋友阿尔伯特•爱因斯坦晚上小聚一下。这样,我们两个诚惶诚恐的物理系研究生不久便来到爱因斯坦家的客厅,他穿着拖鞋和运动衫来到楼下。我因为紧张,只记得茶点,却忘了谈话是如何开始的。
  爱因斯坦很快就问起我们关于量子力学课的事情。他赞同我们的主讲老师选用戴维•玻姆的书作教材,他问我们是否喜欢玻姆对量子理论所暗示的奇异性质的处理。我们无法回答,因为课上老师让我们跳过教材的这一部分,将注意力集中在题为“量子理论的数学形式体系”一节。爱因斯坦坚持与我们探讨关于这一理论的真正含义等思想,但他所关注的问题是我们不熟悉的。我们的量子物理课程侧重的是这一理论的运用而不是它的意义。爱因斯坦对我们对这个问题的反应感到失望,于是谈话便随之结束了。
  很多年以后我才明白,爱因斯坦为什么这么关注量子理论的神秘影响。我不知道,早在1935年他便指出,这个理论需要以一地的观察能够在无须任何物理力的作用下瞬时影响到遥远之处所发生的事情为前提。他将这种实际上并不存在的性质讥讽为“幽灵作用”。这令量子理论的推动者们倍感诧异。
  爱因斯坦还为下述理论陈述所困扰:如果你观察小的对象,譬如说某处的一个原子。结果却造成因为你的观察而使它跑到别处去了。这种效应对于大的物体是否适用呢?原则上,是的。作为嘲笑量子理论的例子,爱因斯坦曾半开玩笑地对一位物理学同行说,他是否相信月亮的存在只有在看到它时才算。根据爱因斯坦的理解,如果你认真对待量子理论,你就必须否认存在一个独立于观察的物理实在世界。这是一项非常严重的质疑,因为量子理论不只是许多物理学理论中的一种,而更是整个物理学的基本框架。
  本书着重于量子理论中那些困扰爱因斯坦的神秘推断。这些推断大致出现于从他1905年最初建议的量子学说直到他去世后的半个世纪的时间里。在与爱因斯坦交谈的那个晚上之后,我几乎没有想过量子的古怪性质,即物理学家所称的“测量问题”。作为研究生,我曾对“波粒二象性”问题感到疑惑。它是这样一种疑难:如果你以这种方式来观察,你可以证明原子是一个物质聚集于一处的致密客体;但如果你用另一种方式来观察,你得到的结果完全是另一码事儿。你能确信原子不是一个致密物体,而是在广泛区域里传播的波。这一矛盾让我困惑,但我以为,如果花上几个小时来仔细思索,我能够想得通,就像我的老师那样。但作为一名研究生,我有更紧迫的事情要做。我的博士论文涉及大量的量子理论,但像大多数物理学家那样,我很少关心这一理论的深层含义,更没有意识到它远远超出了单纯的“波粒二象性”范围。
  在做了十年的应用物理研究和科研管理之后,我转任加州大学圣克鲁斯分校(UCSC)教师。在为文科学生开设物理课的同时,量子力学的奥秘吸引了我。而在意大利举行的为期一周的关于量子力学基础的会议则又将我带回到很久以前在普林斯顿那个毫无准备的与爱因斯坦交谈的夜晚。
  当我(弗雷德)在麻省理工学院大学三年级上量子力学课时,我在笔记本里写下了薛定谔方程,我看着这个主宰宇宙中一切的方程而感到非常激动。后来我变得疑惑:量子力学断言,原子的自旋方向可以同时指向不止一个方向。我花了好些时间试图弄懂它,但最后还是放弃了。我猜想恐怕得学到更多的知识后才能理解它。
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