描述
开 本: 20开纸 张: 胶版纸包 装: 平装-胶订是否套装: 否国际标准书号ISBN: 9787111541578丛书名: 30秒探索
产品特色
编辑推荐
翻译成20种文字畅销全球；
一种全新的阅读形式，每天30秒，探索各学科精华，适合全家人的科普书。
50个主题，一幅图、两页纸、三四百字，帮你探索量子的世界，普及量子的知识，了解量子的秘密，培养对科学的兴趣。
一种全新的阅读形式，每天30秒，探索各学科精华，适合全家人的科普书。
50个主题，一幅图、两页纸、三四百字，帮你探索量子的世界，普及量子的知识，了解量子的秘密，培养对科学的兴趣。
内容简介
你知道薛定谔的猫，但你了解薛定谔方程吗？激光、晶体管和电子显微镜的工作原理是什么？什么是重整化的危险？流体在什么情况下会成为超流体？量子计算机有多大能耐？本书将带你一起揭秘科学史上伟大的发现，思考物理和技术的未来发展。
本书将探索物理学中匪夷所思的一个神秘领域，介绍50个重要的量子问题和理论。每条理论不过用一幅图、两页纸、三四百字，在半分钟内向普通读者进行讲解。在当今时代，包含量子理论的电子产品成为了日常必需品，量子理论的新进展频频登上新闻头条，请随本书一起探访平行世界，搭乘波动理论，确定地谈论不确定性原理，解开量子纠缠的谜题。
本书将探索物理学中匪夷所思的一个神秘领域，介绍50个重要的量子问题和理论。每条理论不过用一幅图、两页纸、三四百字，在半分钟内向普通读者进行讲解。在当今时代，包含量子理论的电子产品成为了日常必需品，量子理论的新进展频频登上新闻头条，请随本书一起探访平行世界，搭乘波动理论，确定地谈论不确定性原理，解开量子纠缠的谜题。
目 录
目 录
译者序
前言
1 量子理论的诞生
2 术语
4 紫外灾难
6 普朗克的量子假设
8 爱因斯坦解释光电效应
10 巴耳末的可预测光谱
12 玻尔的原子模型
15 人物传略：尼尔斯·玻尔
16 波粒二象性
18 德布罗意物质波理论
20 量子双缝实验
23 基础知识
24 术语
26 量子自旋
28 矩阵力学
30 薛定谔方程
33 人物传略：埃尔温·薛
定谔
34 薛定谔的猫
36 海森堡不确定性原理
38 波函数坍缩
40 脱散
43 光与质量的物理学
44 术语
46 泡利不相容原理
48 狄拉克方程
51 人物传略：保罗·狄拉克
52 量子场论
54 量子电动力学基础
56 重整化的危险
58 费曼图
60 回到过去
63 量子效应及其解释
64 术语
66 分束器
68 量子隧穿
70 超光速实验
72 哥本哈根解释
74 玻姆解释
77 人物传略：戴维·玻姆
78 意识坍缩
80 多世界解释
83 量子纠缠
84 术语
86 EPR悖论
88 贝尔不等式
91 人物传略：约翰·贝尔
92 量子加密
94 量子位
96 量子计算
98 量子隐形传送
100 量子芝诺效应
103 量子应用
104 术语
106 激光
108 晶体管
110 电子显微镜
112 核磁共振扫描仪
114 约瑟夫森结
117 人物传略：布赖恩·约
瑟夫森
118 量子点
120 量子光学
123 量子极限
124 术语
126 零点能
128 超导体
130 超流体
132 玻色-爱因斯坦凝聚态
135 人物传略：萨特延德
拉·纳特·玻色
136 量子色动力学
138 量子生物学
140 量子引力
142 参考资源
144 作者简介
146 词汇表
前 言
前言布赖恩·克莱格（Brian Clegg）说实话，学校里教授的物理可能相当枯燥。19世纪的经典物理学尽管必不可少，却缺乏惊天动地的震撼力。可惜的是，我们不能给学生早点儿介绍物理学中更精彩的部分。而在科学界，没有哪个领域比量子理论更激动人心、更不可思议。
微观事物早在古希腊时期就有人认为物质由微小的部分组成。但原子论（“原子”一词来自希腊语的atomos，意思是“不可分割的”）的观点并没有受到重视。当时占据主流的是“四元素”理论。该理论认为，万物都是由土、气、火、水四种元素构成的。到19世纪末，原子论卷土重来，成为化学和物理学的一个实用概念。但是原子究竟是什么、它们有什么规律，人们并不清楚。有些人甚至质疑原子是否存在。让这些科学家大吃一惊的是，原子不仅被证实存在，而且大到人体，小到灰尘，一切皆由原子构成，而这些原子的运动规律比任何人想象的都要奇特。
起初，人们设想原子及其构成部分就像日常生活中普通物体的微缩版。因此，科学家认为，原子的飞行路径也会像网球一样，只是运动的层级更小罢了。后来人们发现原子还有内部结构。有理论提出，原子的构造可能像缀着葡萄干的布丁，负电荷附着在正电荷的表面。但研究揭示，原子大部分质量都集中在原子核，显然原子更像是一个微型的太阳系。
量子革命让物理学的守旧派不安的是，他们的描述的图景已经维持不下去了（尽管我们其他人对此喜闻乐见）。原子内部结构类似于太阳系，不可能是稳定的。量子微粒也不会像网球一样按照确定的轨道运动。随着量子理论逐渐发展成型，人们越来越确信微观世界和宏观世界之间存在根本差异。网球的运动遵循明确的轨道，它的轨迹取决于自身质量和所受外力。但量子微粒的运动情况只能用概率来表示。量子微粒运动的一个重要特点是随机性。在观测到它们的实际运动情况之前，人们永远无法预测它们接下来会出现在哪里。
爱因斯坦对此深感不安。他写道：“在受到辐射时，电子可以根据自己的意志进行自由选择，不仅能选择离开的时机，也能选择运动的方向，这让我感到难以忍受。如果事实真是如此，我宁愿去做补鞋匠，甚至是赌场的雇员，也不愿意做物理学家。”由此做出那句著名的评论：“上帝不会掷色子。”但其他科学家却被这种现象深深吸引住了。
美国伟大的物理学家理查德·费曼说：“我将向你描述大自然真正的样子，如果你看不惯，这只会妨碍你对它的理解……从常识来看，（量子理论）描述的大自然是荒谬的。而这样的描述却与实验结果完全吻合。所以希望你能接受现实，大自然本来就是荒谬的。”希望本书能够让你像费曼一样，体会到量子世界的奇异和荒谬。
分解量子很少有哪个主题像量子理论这样适合划分成一个个易于理解消化的小知识点。本书的50篇文章分为7章，每章阐述一个问题。首先是《量子理论的诞生》。经典物理学理论认为，原子与日常生活中的物体类似。但这种观点与实际观察结果不符。要想解释原子的稳定性，我们需要一个截然不同的角度。
接下来是《基础知识》。这一章讲量子理论中的重要概念，其中一些概念，如海森堡的不确定性原理，已经超越了物理学的范畴，成为流行文化的一部分。具备了这些基础知识之后，我们就可以探究日常生活中几乎所有现象的科学原理，也就是光与质量的物理学。从阳光如何温暖我们，到为什么椅子能承受重量而不会直接倒塌，这些问题都可以用量子电动力学来解释。量子电动力学要求我们以一种全新的方式来看待量子世界。就理论预测与实际观察的相符度而言，它已经成为成功的理论之一。
接下来我们将探讨量子效应及其解释。这一章解释了我们为什么既可以透过玻璃看到另一侧的情形，又可以在玻璃上看到反射成像，以及量子隧穿如何维持太阳活动。本章也探究了量子解释这一难题。量子理论的独特之处在于，它擅长预测观察结果，但理论本身却难以确定。哥本哈根解释、多世界解释和玻姆解释都试图把观察现象纳入到一个框架之下，用它来解释为什么会观察到这样的现象，但我们却无法区分这些选项的优劣，只能凭个人喜好而非良好的科学逻辑进行选择。
下一章中我们将遇到量子理论中奇妙的现象——量子纠缠。爱因斯坦希望用这个概念来否定量子理论，并且将它称为“幽灵般的超距作用”。量子纠缠使一个量子粒子能瞬间影响到任何距离以外的另一个量子粒子。表面看来这似乎违背了狭义相对论的光速限制，但一个又一个实验证实了这一现象的存在，量子加密和量子计算等应用的工作原理也以量子纠缠现象为基础。
后两个章节研究的是基于量子理论的技术渗透到了我们的生活的哪些方面，以及量子物理学造成的一些情况。在量子应用一章，我们将探索激光、晶体管和核磁共振扫描仪等应用。我们使用电力的同时，其实也是在利用一种量子现象。但量子理论的知识已经被广泛应用于电子产品的技术设计。据估计，发达国家国内生产总值的三分之一都来自基于量子理论的技术。
在《量子极限》一章中我们将探寻零点能的奥秘，这是边缘科学的一个热门话题，但这一真实的量子现象意味着，即使是真空也并非完全是空无一物。我们也将讨论极低气温下的怪异行为以及量子物理学在原子核、重力、甚至生物学中的延伸。
开启探索之旅每个话题都配有一幅精彩的插图。为方便阅读，每个话题的材料都分成了几个部分。“30秒量子理论”提供主体介绍，“3秒钟灵光乍现”总结这个话题的主要内容。如果你想了解更多信息，“3分钟奇思妙想” 提取这个话题中引人入胜的部分并对其进行拓展延伸。“相关理论”自然而然地引出其他相关话题，“3秒钟人物”介绍在该领域的发展过程中发挥关键作用的人物。
《30秒探索：量子理论》这本书自身也被量子化了：基本知识被分解为小知识点，让读者去发现、品味和吸收科学中妙不可言、让人百思不得其解的领域。我们所做的一切和所看到的一切，其核心都是量子粒子。然而这些粒子和我们感官直接接触的东西又是那么的不同。这就是量子理论的矛盾之处，也是它的迷人之处。下面就让我们一起共同探索量子理论的奥秘。
微观事物早在古希腊时期就有人认为物质由微小的部分组成。但原子论（“原子”一词来自希腊语的atomos，意思是“不可分割的”）的观点并没有受到重视。当时占据主流的是“四元素”理论。该理论认为，万物都是由土、气、火、水四种元素构成的。到19世纪末，原子论卷土重来，成为化学和物理学的一个实用概念。但是原子究竟是什么、它们有什么规律，人们并不清楚。有些人甚至质疑原子是否存在。让这些科学家大吃一惊的是，原子不仅被证实存在，而且大到人体，小到灰尘，一切皆由原子构成，而这些原子的运动规律比任何人想象的都要奇特。
起初，人们设想原子及其构成部分就像日常生活中普通物体的微缩版。因此，科学家认为，原子的飞行路径也会像网球一样，只是运动的层级更小罢了。后来人们发现原子还有内部结构。有理论提出，原子的构造可能像缀着葡萄干的布丁，负电荷附着在正电荷的表面。但研究揭示，原子大部分质量都集中在原子核，显然原子更像是一个微型的太阳系。
量子革命让物理学的守旧派不安的是，他们的描述的图景已经维持不下去了（尽管我们其他人对此喜闻乐见）。原子内部结构类似于太阳系，不可能是稳定的。量子微粒也不会像网球一样按照确定的轨道运动。随着量子理论逐渐发展成型，人们越来越确信微观世界和宏观世界之间存在根本差异。网球的运动遵循明确的轨道，它的轨迹取决于自身质量和所受外力。但量子微粒的运动情况只能用概率来表示。量子微粒运动的一个重要特点是随机性。在观测到它们的实际运动情况之前，人们永远无法预测它们接下来会出现在哪里。
爱因斯坦对此深感不安。他写道：“在受到辐射时，电子可以根据自己的意志进行自由选择，不仅能选择离开的时机，也能选择运动的方向，这让我感到难以忍受。如果事实真是如此，我宁愿去做补鞋匠，甚至是赌场的雇员，也不愿意做物理学家。”由此做出那句著名的评论：“上帝不会掷色子。”但其他科学家却被这种现象深深吸引住了。
美国伟大的物理学家理查德·费曼说：“我将向你描述大自然真正的样子，如果你看不惯，这只会妨碍你对它的理解……从常识来看，（量子理论）描述的大自然是荒谬的。而这样的描述却与实验结果完全吻合。所以希望你能接受现实，大自然本来就是荒谬的。”希望本书能够让你像费曼一样，体会到量子世界的奇异和荒谬。
分解量子很少有哪个主题像量子理论这样适合划分成一个个易于理解消化的小知识点。本书的50篇文章分为7章，每章阐述一个问题。首先是《量子理论的诞生》。经典物理学理论认为，原子与日常生活中的物体类似。但这种观点与实际观察结果不符。要想解释原子的稳定性，我们需要一个截然不同的角度。
接下来是《基础知识》。这一章讲量子理论中的重要概念，其中一些概念，如海森堡的不确定性原理，已经超越了物理学的范畴，成为流行文化的一部分。具备了这些基础知识之后，我们就可以探究日常生活中几乎所有现象的科学原理，也就是光与质量的物理学。从阳光如何温暖我们，到为什么椅子能承受重量而不会直接倒塌，这些问题都可以用量子电动力学来解释。量子电动力学要求我们以一种全新的方式来看待量子世界。就理论预测与实际观察的相符度而言，它已经成为成功的理论之一。
接下来我们将探讨量子效应及其解释。这一章解释了我们为什么既可以透过玻璃看到另一侧的情形，又可以在玻璃上看到反射成像，以及量子隧穿如何维持太阳活动。本章也探究了量子解释这一难题。量子理论的独特之处在于，它擅长预测观察结果，但理论本身却难以确定。哥本哈根解释、多世界解释和玻姆解释都试图把观察现象纳入到一个框架之下，用它来解释为什么会观察到这样的现象，但我们却无法区分这些选项的优劣，只能凭个人喜好而非良好的科学逻辑进行选择。
下一章中我们将遇到量子理论中奇妙的现象——量子纠缠。爱因斯坦希望用这个概念来否定量子理论，并且将它称为“幽灵般的超距作用”。量子纠缠使一个量子粒子能瞬间影响到任何距离以外的另一个量子粒子。表面看来这似乎违背了狭义相对论的光速限制，但一个又一个实验证实了这一现象的存在，量子加密和量子计算等应用的工作原理也以量子纠缠现象为基础。
后两个章节研究的是基于量子理论的技术渗透到了我们的生活的哪些方面，以及量子物理学造成的一些情况。在量子应用一章，我们将探索激光、晶体管和核磁共振扫描仪等应用。我们使用电力的同时，其实也是在利用一种量子现象。但量子理论的知识已经被广泛应用于电子产品的技术设计。据估计，发达国家国内生产总值的三分之一都来自基于量子理论的技术。
在《量子极限》一章中我们将探寻零点能的奥秘，这是边缘科学的一个热门话题，但这一真实的量子现象意味着，即使是真空也并非完全是空无一物。我们也将讨论极低气温下的怪异行为以及量子物理学在原子核、重力、甚至生物学中的延伸。
开启探索之旅每个话题都配有一幅精彩的插图。为方便阅读，每个话题的材料都分成了几个部分。“30秒量子理论”提供主体介绍，“3秒钟灵光乍现”总结这个话题的主要内容。如果你想了解更多信息，“3分钟奇思妙想” 提取这个话题中引人入胜的部分并对其进行拓展延伸。“相关理论”自然而然地引出其他相关话题，“3秒钟人物”介绍在该领域的发展过程中发挥关键作用的人物。
《30秒探索：量子理论》这本书自身也被量子化了：基本知识被分解为小知识点，让读者去发现、品味和吸收科学中妙不可言、让人百思不得其解的领域。我们所做的一切和所看到的一切，其核心都是量子粒子。然而这些粒子和我们感官直接接触的东西又是那么的不同。这就是量子理论的矛盾之处，也是它的迷人之处。下面就让我们一起共同探索量子理论的奥秘。
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