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品牌圖書
仰望量子群星——20世紀量子力學發展史
浙江教育出版社
作 者: 魏鳳文 高新紅   出版時間:2016-03
ISBN:9787553643113
開本尺寸: 16開
定 價:78.00元
印 次: 1
編輯推薦
20 世紀的物理學發生了翻天覆地的變化,它不僅改變了物理學的整體面貌,也促進了相關學科的大發展。量子力學與相對論理論一起,成為近代物理學的兩大支柱,它的新概念和新理論也深度影響著其他相關學科,使固體物理、生物物理、物理化學、核物理、天體物理甚至宇宙學等領域都取得了革命性的進展。
這一學科由眾多耀眼的群星共同撐起,其創建與發展跨越了整整一個世紀。在歷史的滄桑之中,群星薈萃,以玻爾、玻恩、薛定諤、泡利、海森堡、狄拉克、惠勒、費曼、諾依曼、貝爾、阿斯佩等為代表的眾位大師,他們各放異彩,構成了密不可分的整體。
如今,這些大師絕大部分已經去世,但是,只要你是一位認真、嚴肅并珍重歷史的人,一定能從這些人物和他們的事跡中捕捉到使人感到津津有味并發人深省的東西。它們使你懷著深深的敬意,不自覺地被這些人和事所觸動。
目錄
第一章 玻爾——原子量子論的開創者,量子力學的哲學與對話大師
曼徹斯特之行
揭開原子的量子秘密
關于原子譜線研究
原子量子論三部曲
對玻爾原子量子論的反響
玻爾原子模型的修正
元素周期性的研究
玻爾研究所
玻爾的國際影響
玻爾的研究方法
獲諾貝爾獎
關于互補性原理的思考
互補性原理
與薛定諤就兩種量子力學的對話
第五屆索爾維物理大會與巴黎大會
玻爾與愛因斯坦的第一次對話
玻爾與愛因斯坦的第二次對話——愛因斯坦的光盒子
原子核研究
玻爾與愛因斯坦的第三次對話——EPR理論
救援行動與逃亡
加速器與核裂變研究
海森堡造訪研究所
回到研究所
丹麥之子

第二章 玻恩——確定性世界的終結者
青少年時期
進入布雷斯勞大學
初到哥丁根
遭遇克萊因
再次遭遇克萊因
晶體點陣結構研究
婚姻與宗教
93 宣言 與愛因斯坦的友誼
從法蘭克福到哥丁根
玻爾理論與非連續性的突破
量子力學的突破性進展
薛定諤波動力學的問世
波函數的幾率詮釋
“確定論”的終結與“因果律”
瘋狂的小鎮
玻恩與奧本海默
哥本哈根學派的亮相
婚姻危機與瑪麗婭•葛培特
離開哥丁根
從“叢林課堂”到劍橋
未知的未來
在愛丁堡大學
遲到的諾貝爾獎

第三章 薛定諤——波動力學理論的創建者
青少年時期
進入維也納大學
早期研究
初探廣義相對論與色彩學研究
蘇黎世,早期原子量子論研究
關于波動性的思考
波動力學的創立
破解矩陣力學與波動力學的關系
洛倫茲的反應
與同行的交流
與玻爾之爭
訪問美國
在柏林
納粹與科學
在牛津
格拉茨事件
逃出奧地利
來到都柏林
波函數的統計性詮釋、“坍縮”與“薛定諤貓”
統一場理論研究
哲學思考及著作
什么是生命
永不止息

第四章 泡利——不相容原理之父
男孩子的物理學
復雜的身世
來到慕尼黑
恩師索末菲
令人倒霉的磁性
來到哥丁根
上帝的鞭子
惱人的“反常塞曼效應”
不相容原理的建立
泡利與海森堡
批評者泡利
關于電子自旋
蘇黎世時期
中微子概念的提出
赴美
寂寞的研究者
獲諾貝爾獎
病逝

第五章 海森堡——不確定性原理的發現者
一個喜歡音樂和數學的少年
動蕩中的抉擇
研究生之父——索末菲
海森堡模型
“成功優于手段”
量子三角
矩陣力學的誕生
兩種量子力學之爭
不確定性原理
與玻爾之爭 互補性原理
美國之行
萊比錫理論物理研究所
量子電子場、鐵磁性研究
無限大詰難與空間點陣結構的設想
核結構與核力的研究
納粹風暴
獲諾貝爾獎 第二輪大清洗運動
“德國物理學”運動 海森堡—蓋革—維恩請愿書
索末菲繼承人之爭
宇宙射線研究
海森堡事件
海森堡事件的調查
核武器研究 鈾俱樂部
哥本哈根之行
“ε-行動” 戰后歸來
戰后研究 宇宙方程
晚年

第六章 狄拉克——謹言少語的量子力學獨行俠
一位拘謹少言的人
冷酷的童年
大學
改變命運的數學課
初到劍橋
“第一飛人”
投身量子力學
正則變換與狄拉克方程
大蕭條中的局外人 對正電子的預言
埃倫費斯特之死
對美的追求
教學與著作均如其人
年輕的盧卡斯教授與諾貝爾獎得主
獨有的“三棲”特征
惱人的“無限大困難”
婚姻與友情
晚年

第七章 量子力學第三代大師——關于“疊加態”“糾纏態”的研究與“量子真實”
歷史的回顧
光和物質的奇異性質——光子光學新說
楊氏雙縫和“薛定諤貓”
量子疊加態的坍縮——對貓實驗和雙縫實驗的解釋
“惠勒貓”——“延遲選擇”實驗
阿斯佩的延遲實驗與玻爾的互補原理
玻姆的量子糾纏態研究
貝爾及貝爾定理
西姆尼、霍恩、克勞瑟與EPR
阿斯佩等人的量子糾纏態實驗
量子糾纏態的其他實驗
量子遙傳學與密碼學研究
諾依曼與量子力學體系研究
多重宇宙詮釋
量子真實
不同的聲音
作者簡介
魏鳳文 女,1938年11月生于北京,退休后長期旅居國外。曾是首都師范大學教授、碩士生導師、全國高校電磁學研究會常務理事。曾長期從事普通物理和理論物理教學,也曾從事光學科研。曾發表表面增強拉曼散射(SERS)科研論文兩篇、有關教學科研論文十余篇,主要著作有《時空物理縱橫》《廣義相對論基礎》《20世紀物理學史》《當代物理學進展》等。

高新紅 女,1971年生于北京。首都師范大學物理系講師。主要從事大學物理教學和研究。發表論文《電磁學教學中形象思維能力研究》《運用多元智能理論改進教法》等。著作有《物理演示實驗集錦》。
內容簡介

在自然科學中,量子力學不同于愛因斯坦相對論、牛頓力學、麥克斯韋電磁理論、摩爾根遺傳學、達爾文進化論,由于參與人數之多、跨越時間之長,創建之艱辛、給自然科學帶來的沖擊之大與變革之深,使它成為一門極其獨特的學科。

    這一學科由眾多耀眼的群星共同撐起,其創建與發展更跨越整整一個世紀。在事業的輝煌與歷史的滄桑之中,各位大師群星薈萃,各放異彩,構成密不可分的整體。

    本書以玻爾、玻恩、薛定諤、泡利、海森堡、狄拉克、貝爾等三代量子力學大師為線索,介紹了他們的學術成就與研究方法,在學術質疑、詰難與爭辯中的物理對話,學術思想,人物的性格與人格,社會動蕩中的境遇,成功與失敗,以及他們的內心的沖突、友情、親情與師生情誼。

    本書還記錄了20世紀量子力學的萌發、創建與發展的過程。這一過程根植于歐洲的自然哲學,得益于數學的思維模式與邏輯運用,此外,教育體制的寬松、學術的自由、頻繁的交流、嚴謹的學風與社會的人文精神都促成了這一學科的發展。

    量子力學的創建與發展,發生在頻繁的戰亂中。各位大師的學術生涯伴隨著經濟蕭條與納粹迫害,清貧生活與流離失所,疾病困擾與饑餓災荒,不完全是成功與壯舉、熱鬧和輝煌,相反,既有挫折與失敗,也有內心糾纏不清的憂郁與孤獨,但以榮譽、責任、勇氣和自律為品性的高貴,對社會、對人類、對科學、對事業的擔當精神,成就了這些量子力學大師對科學的純真追求。

    本書的史料直接來自二十幾部外文著作,像任何一部科學史書籍那樣,本書也有一個重要的宗旨,它所攜帶的歷史性、科學性與文化性的信息首先應是真實的,為了給出真實性的交待,本書清楚地注明了全部資料的來源和原始出處。

 


文摘
1935 年,薛定諤發表《論量子力學現狀》一文。在這篇論文中,他提出了一個著名的貓實驗,后來被稱作“薛定諤貓”。這個實驗的提出,一方面是為了給愛因斯坦等人的EPR理論助威,一方面是為了反對哥本哈根學派關于量子疊加態與波函數的“坍縮”概念。
根據哥本哈根學派對量子理論的詮釋,在沒經測量前,一個粒子有可能處于各種可能狀態,它的狀態是各種可能狀態的疊加,因而總狀態是模糊不清的。比如放射性元素,雖然在總量上,元素原子的半衰期是個確定值,但是作為一個放射性原子,它的衰變卻是一個隨機的狀態,也就是在此時刻這個原子衰變不衰變,何時衰變,完全是幾率性的,無法確定一定的時間。其結果是,只要沒有觀察,它便處于衰變和不衰變的疊加狀態;只有測量時,它才隨機地選擇一種狀態,或是衰變或是不衰變。為了反駁哥本哈根學派的這種說法,薛定諤想出了一個關于貓的假想實驗。
薛定諤設想有一個封閉的箱子,不開箱子蓋,里面發生什么外面都不知道,而且外面發生什么里面也不知道。如圖所示,箱子里放入一只貓,里面有食物、有一瓶毒藥,瓶上懸著一只鐵錘,鐵錘聯通一個電子開關,而電子開關又受到放射性原子控制。如果原子發生衰變,所放出的α粒子就會觸動電子開關,鐵錘下落,擊碎毒藥瓶,貓就會被毒死。假如沒有原子衰變,這只貓就是活的。現在,由于原子是否衰變處于幾率狀態,貓也將處于不死不活、半死半活的兩種本征態,或者說是兩種狀態的疊加態。只有打開箱子的那一瞬間,才能確定它是死的還是活的,不開箱子,將永遠不能確定這只貓是死還是活。按照哥本哈根學派的說法,打開箱子之后,貓的兩種疊加態立即“坍縮”為一種本征態。
這個奇特的結果與我們的日常經驗完全相違,薛定諤挖苦說:“按照量子力學的解釋,箱中的貓處于死與活的疊加態,也就是既是死的,也是活的,等打開箱子一瞬,才能決定它是死還是活(請注意,不是發現,而是決定),僅看一眼,就足以叫它致命!當打開箱子蓋時,疊加態結束,我們才能知道貓的確定態,或死,或活,豈有此理!哥本哈根學派說狀態‘坍縮’,至于如何‘坍縮’、為什么‘坍縮’,他們根本也說不出來。”
正如玻爾所說,“如果誰要是第一次聽到量子理論而不感到困惑,那他一定是沒有聽懂。”薛定諤貓就是諸多量子理論的困惑之一。薛定諤這個理想實驗的高明之處就在于他把宏觀和微觀機制結合在一個實驗里,目的就是想從宏觀世界的經驗來否定微觀的量子疊加態一說。這個實驗也曾困惑了劍橋盧卡斯教授牛頓席位的繼承人、愛因斯坦之后物理學界公認的第一盟主斯蒂芬•霍金(Stephen Hawking)。他說,如果物理學還有什么叫他煩惱的話,那就是薛定諤貓,“誰要再跟我提起薛定諤的那只該死的貓,我就去拿槍”!
這的確是一個大問題,它要求波函數的突然“坍縮”,然而,現在所有的物理定律,包括量子力學規律中,沒有一個公式能導出“坍縮”,也沒有一個規律可以描述它。物理界普遍接受了哥本哈根的這個解釋,所付出的代價就是違反了薛定諤方程,難怪薛定諤這么耿耿于懷。
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