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雙縫實(shí)驗(yàn)和量子力學(xué)

諾貝爾獎(jiǎng)得主、著名物理學(xué)家理查德·費(fèi)曼曾說:“雙縫實(shí)驗(yàn)包含了量子世界的全部奧秘。”我們?cè)谥袑W(xué)物理課都會(huì)學(xué)到,一道光穿過兩道狹縫后將會(huì)發(fā)生干涉形成明暗條紋,這就是眾所周知的雙縫實(shí)驗(yàn)。如果只讓單個(gè)光子進(jìn)入設(shè)備,光子竟然也會(huì)自己與自己發(fā)生干涉,在多次實(shí)驗(yàn)后同樣形成明暗條紋。更神奇的是,一旦研究者試圖探測(cè)光子到底通過了哪道狹縫,干涉條紋即刻就消失了,仿佛能感知到我們的意識(shí)一般。托馬斯·楊在19世紀(jì)早期設(shè)計(jì)了這個(gè)模型,以證明光像波一樣運(yùn)動(dòng),這與艾薩克·牛頓的粒子觀點(diǎn)形成了鮮明的對(duì)比。近一個(gè)世紀(jì)后,阿爾伯特·愛因斯坦證明了光以量子或粒子的形式存在,這個(gè)實(shí)驗(yàn)成為愛因斯坦和尼爾斯·玻爾之間關(guān)于現(xiàn)實(shí)本質(zhì)的激烈辯論的關(guān)鍵。可以說,雙縫實(shí)驗(yàn)串起了人類對(duì)物質(zhì)世界規(guī)律,乃至現(xiàn)實(shí)本質(zhì)的探索。十年又十年,一個(gè)又一個(gè)假設(shè),科學(xué)家們以這個(gè)實(shí)驗(yàn)為藍(lán)本,回答了關(guān)于宇宙結(jié)構(gòu)的越來越深的問題,它也催生了2022年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。在這本書中,作者周游世界,穿越歷史,深入探索了我們尚未了解的物質(zhì)現(xiàn)實(shí)的最小尺度,為讀者展現(xiàn)了一幅兼具科學(xué)與美感的畫卷。

(印)阿尼爾·阿南塔斯瓦米 ·物理學(xué) ·14.2萬字

全部的真相:一位宇宙學(xué)家對(duì)客觀實(shí)在的探索與思考
會(huì)員

物理科學(xué)的核心是什么?其奠定基礎(chǔ)和指導(dǎo)發(fā)展的理念是什么?客觀實(shí)在的概念有意義嗎?如果有,我們的物理科學(xué)理論有效地接近它了嗎?本書是一位世界著名的宇宙學(xué)家關(guān)于這些問題的持續(xù)思考。他以宇宙學(xué)為例,結(jié)合自己的科學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),深入探討了科學(xué)的本質(zhì)這一重大問題。作者追溯了自愛因斯坦以來的科學(xué)家對(duì)科學(xué)本質(zhì)的思考,簡明地闡述了一些基礎(chǔ)的科學(xué)研究工作假設(shè),并詳細(xì)回顧了愛因斯坦的相對(duì)論和宇宙學(xué)原理,大爆炸理論,以及暗物質(zhì)、宇宙學(xué)常數(shù)等問題,由此揭示出人類通過越來越嚴(yán)格的檢驗(yàn),以接連近似的方式接近客觀實(shí)在的證據(jù)——這就是作者所發(fā)現(xiàn)的“全部的真相”。本書最重要的現(xiàn)實(shí)意義就在于,將貫串科學(xué)研究過程的科學(xué)精神和科學(xué)思維方法,通過對(duì)現(xiàn)代宇宙學(xué)中一系列重大發(fā)現(xiàn)過程的講述真實(shí)地呈現(xiàn)在讀者面前,從而讓讀者深深體會(huì)到,科學(xué)并不僅僅是一些專業(yè)知識(shí)和技術(shù),更包括獲得這些知識(shí)和技術(shù)的方法,以及看待和探索這個(gè)世界的思想方法。——武星,中北大學(xué)半導(dǎo)體與物理學(xué)院

(美)P.J.E.皮布爾斯 ·物理學(xué) ·17.3萬字

存在主義物理學(xué)
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過去還存在嗎?我們有自由意志嗎?是不是存在另一個(gè)自己?人類是可以預(yù)測(cè)的嗎?意識(shí)可以計(jì)算嗎?事實(shí)上,我們現(xiàn)在不僅不能解釋宇宙的起源,而且我們是否具有解釋它的能力,也是值得懷疑的。粒子中存在宇宙,或者粒子是有意識(shí)的,這些觀點(diǎn)是無關(guān)乎科學(xué)的,就像我們的宇宙是計(jì)算機(jī)模擬的假設(shè)一樣。另一方面,宇宙本身是有意識(shí)的這一觀點(diǎn)很難完全排除。根據(jù)扎比內(nèi)·霍森菲爾德的觀點(diǎn),量子糾纏和真空能量成為替代療法的首選解釋,或者人們相信他們已故的祖母因?yàn)榱孔恿W(xué)的緣故還活著,并不是巧合。科學(xué)和宗教有著相同的根源,它們也依然在解決一些相同的問題:我們從哪里來?我們要去哪里?我們能知道多少?而最接近回答這些問題的科學(xué)領(lǐng)域是物理學(xué)。然而,物理學(xué)家并不總是站在辯論場(chǎng)上的科學(xué)的那一邊。在這本生動(dòng)且發(fā)人深省的書中,霍森菲爾德探討了物理學(xué)中最重大的問題:過去還存在嗎?粒子會(huì)思考嗎?宇宙是為我們而造的嗎?物理學(xué)是否排除了自由意志?我們會(huì)有一個(gè)萬物理論嗎?物理學(xué)家在回答這些問題的道路上走了多遠(yuǎn),目前的極限在哪里,哪些問題可能永遠(yuǎn)無法回答,關(guān)于這些,她都在這本書中帶我們一一做了探索。

(德)扎比內(nèi)·霍森菲爾德 ·物理學(xué) ·13.6萬字

奇妙的粒子世界
會(huì)員

人類對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí),從19世紀(jì)初創(chuàng)立原子論,到今天深入到夸克和輕子,經(jīng)歷了多層次的探索。早在20世紀(jì)30年代,人們已認(rèn)識(shí)到了物質(zhì)結(jié)構(gòu)的小單元(電子、質(zhì)子、中子、光子、中微子等),由此形成基本粒子概念,而后隨著對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)探測(cè)技術(shù)的發(fā)展,人們?cè)?0年代初發(fā)現(xiàn)了大量基本粒子,從而進(jìn)一步揭示了物質(zhì)結(jié)構(gòu)比質(zhì)子和中子更深層次的組分和相互作用規(guī)律。《奇妙的粒子世界》按歷史發(fā)展順序,運(yùn)用通俗語言,圖文并茂地帶領(lǐng)讀者暢游奇妙的粒子世界。書中穿插了很多有趣的故事和插圖,以幫助讀者理解微觀世界中不同于日常生活的物理現(xiàn)象和特性。《奇妙的粒子世界》還將引領(lǐng)讀者了解近幾年來熱門和前沿的科學(xué)議題,例如夸克的色和味、上帝粒子、中微子質(zhì)量和暗物質(zhì)等。相信這《奇妙的粒子世界》非常適合對(duì)科學(xué)有興趣的青年讀者豐富科學(xué)知識(shí),增進(jìn)探尋物質(zhì)結(jié)構(gòu)和宇宙奧秘的執(zhí)著精神以及提高科學(xué)研究的創(chuàng)新能力。《奇妙的粒子世界》具有高中以上文化水平和大學(xué)低年級(jí)的讀者都可讀懂,也適合于從事粒子物理、核物理、宇宙學(xué)以及其他相關(guān)學(xué)科中學(xué)習(xí)和工作的科技工作者開闊視野和了解相關(guān)科學(xué)知識(shí)。

黃濤 曹俊 ·物理學(xué) ·7.6萬字

反事實(shí)

蹺蹺板,計(jì)算機(jī),燈塔與港口不遠(yuǎn)處的船帆。信息,知識(shí),量子信息,下一代熱機(jī)和納米機(jī)器人。看似風(fēng)馬牛不相及的現(xiàn)象和事物,在牛津大學(xué)物理學(xué)家奇亞拉·馬爾萊托看來,可以被統(tǒng)一于一個(gè)新概念之下,用它解釋,以它勾連,甚至可能由它啟迪和創(chuàng)造。這個(gè)令我們耳目一新的概念,叫“反事實(shí)”。簡單來說,反事實(shí)就是關(guān)于可能和不可能的科學(xué),是關(guān)于什么可能發(fā)生,什么不可能發(fā)生的科學(xué)。馬爾萊托用凝練的論證為我們描摹出了反事實(shí)是什么以及它的強(qiáng)大魔力。在如今的基礎(chǔ)物理學(xué)存在的大多數(shù)未解問題中,反事實(shí)屬性都是核心內(nèi)容。反事實(shí)屬性將那些表面看起來非物質(zhì)的抽象概念,比如信息和知識(shí),帶入了物理學(xué)領(lǐng)域。接受了反事實(shí)屬性,我們就可以用明確的定律描述那些傳統(tǒng)觀點(diǎn)認(rèn)為只能近似描述的實(shí)體,比如信息、能量、熱和功。這是一個(gè)新領(lǐng)域,一種新方法,一門能夠?yàn)槲覀兇蜷_更新、更大也更有想象力的宇宙圖景的新科學(xué),幫助我們重新理解這個(gè)世界。

(英)奇亞拉·馬爾萊托 ·物理學(xué) ·12萬字

宇宙方程
會(huì)員

《宇宙方程》梳理了物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)科學(xué)之路,從牛頓的萬有引力到麥克斯韋的波動(dòng)方程,從愛因斯坦的相對(duì)論到玻爾的量子論,分析了當(dāng)下物理學(xué)的發(fā)展瓶頸,相對(duì)論與量子論存在分歧,缺乏一種理論將宇宙的四種基本力完全統(tǒng)一。作者提出了解決問題的革命性理論,“弦理論”可使連續(xù)平滑空間與量子漲落空間獲得統(tǒng)一,分享了簡單、美麗、對(duì)稱的“弦方程”,“弦理論”的數(shù)學(xué)表達(dá),愛因斯坦的夢(mèng)想“萬能理論”或?qū)⒆優(yōu)楝F(xiàn)實(shí)。同時(shí),作者提出目前的“弦方程”尚非最終形式,物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家正在尋找的包含“M-理論”的“弦方程”才是真正的宇宙方程,萬能理論的數(shù)學(xué)表達(dá)。諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者一部分反對(duì)、一部分支持,展開了激烈論戰(zhàn),探討著“弦理論”“宇宙方程”的正確性。反對(duì)者提出該理論尚不能被實(shí)驗(yàn)檢測(cè),支持者提出間接證據(jù)、真理的數(shù)學(xué)表達(dá)推進(jìn)科學(xué)發(fā)展。作者通過思想實(shí)驗(yàn)幫助讀者形象地理解物理理論,通過二維平面人故事幫助讀者理解高維世界,通過方程推演幫助讀者從邏輯層面理解宇宙奧義。

(美)加來道雄 ·物理學(xué) ·8萬字

量子力學(xué)的真相

春天的早晨,從窗戶涌進(jìn)來的空氣帶著花園里的清新氣息,這個(gè)“奇跡”是如何發(fā)生的?分子如何被微風(fēng)吹動(dòng),又如何經(jīng)鼻子轉(zhuǎn)化成令人感到愉悅的氣味?每天早晨醒來的“我”是誰?當(dāng)這個(gè)“我”睜開雙眼時(shí),周圍的宇宙又是什么?……在這個(gè)量子力學(xué)的時(shí)代,關(guān)于我們的存在以及我們與這個(gè)世界之間關(guān)系的這些基本的問題,仍是未解之謎。而愛因斯坦和其他現(xiàn)實(shí)主義者相信:量子力學(xué)理論是不完備的。在《量子力學(xué)的真相》一書中,斯莫林教授用3幕故事帶領(lǐng)我們走進(jìn)量子力學(xué)的世界,了解那些自量子力學(xué)誕生以來就一直困擾著人們的概念問題和嚴(yán)重分歧。第一幕他會(huì)講述我們?cè)谔骄苛孔恿W(xué)發(fā)展軌跡時(shí)所需的基本的量子力學(xué)概念。第二幕他將帶我們追溯了從20世紀(jì)50年代開始的現(xiàn)實(shí)主義量子力學(xué)方法的復(fù)興,并且闡述它們的優(yōu)缺點(diǎn)。斯莫林認(rèn)為:正確且完備的量子力學(xué)理論不僅能夠解決量子引力的問題,還能給出一套完整的宇宙學(xué)理論。第三幕斯莫林將介紹包括自己在內(nèi)的當(dāng)代物理學(xué)家為構(gòu)建現(xiàn)實(shí)主義的萬物理論所付出的努力。量子力學(xué),是一個(gè)充滿悖論與神秘色彩之地,歡迎所有人來到新的科學(xué)時(shí)代。

(美)李·斯莫林 ·物理學(xué) ·17.2萬字

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