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上帝掷骰子吗
《上帝掷骰子吗》这本书是关于量子论的故事。量子论是一个极为奇妙的理论:从物理角度来说,它在科学家中间引起了最为激烈的争议和关注;从现实角度来说,它给我们的社会带来了无与伦
……
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比的变化和进步;从科学史角度来说,也几乎没有哪段历史比量子论的创立得到了更为彻底的研究。然而不可思议的是,它的基本观点和假说至今没有渗透到大众的意识中去,这无疑又给它增添了一道神秘的光环。 这本书带读者做一次量子之旅,从神话时代出发,沿着量子发展的道路,亲身去经历科学史上的乌云和暴雨,追逐流星的辉光,穿越重重迷雾和险滩,和最伟大的物理学家们并肩作战。除了回顾基本的历史背景,还将向着未来探险,去逐一摸索量子论面前的不同道路,闯入人迹罕至的未知境地,和先行者们一起开疆扩土。让人惊叹的,不仅仅是沿途那令人眼花缭乱的绚丽风景,更来自于人内心深处的思索和启示——那是科学深植在每个人心中不可抗拒的魅力。 这本书适合任何有中学基本物理概念的读者。
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作者:曹天元
出版社:辽宁教育出版社
定价:35.00元
ISBN:7538281770
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书摘 (21 )
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第十二章 新探险
dzter
2015-12-08 19:50:18 摘录自322页
量子论的出现彻底改变了世界的面貌,它比史上任何一种理论都引发了更多的技术革命。核能、计算机技术、新材料、能源技术、信息技术……这些都在根本上和量子论密切相关。牵强一点说,如果没有足够的关于弱相互作用力和晶体衍射的知识,DNA的双螺旋结构也就不会被发现,分子生物学也就无法建立,也就没有如今这般火热的生物技术革命。再牵强一点说,没有量子力学,也就没有欧洲粒子物理中心(CERN),而没有CERN,也就没有互联网的vvww服务,更没有划时代的网络革命。如果要评选20世纪最为深刻地影响了人类社会的事件,那么可以毫不夸张地说,这既不是两次世界大战,也不是共产主义运动的兴衰,也不是联合国的成立,或者女权运动,殖民主义的没落,人类探索太空……它应该被授予量子力学及其相关理论的创立和发展。
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dzter
2015-12-08 19:50:18 摘录自312页
如果DH解释是正确的,那么我们每时每刻其实都经历着多重的历史,世界上的每一个粒子,事实上都处在所有可能历史的叠加中!但一旦涉及宏观物体,我们所能够观察和描述的则无非是一些粗略化的历史,当细节被抹去时,这些历史便互相退相干,永久地失去了联系。比方说如果最终猫还活着,那么“猫死”这个分支就从历史树上被排除了,按照奥卡姆剃刀,我们不妨说这些历史已经不存在于宇宙之中。
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dzter
2015-12-08 19:50:18 摘录自312页
考虑薛定谔猫的情况:当那个决定命运的原子衰变时,就这个原子本身来说,它的确经历着衰变/不衰变两种可能的精细历史。原子本身只是单个粒子,我们忽略的东西并不多。但一旦猫被拖入这个剧情之中,我们的历史剧本换成了猫死/猫活两种,情况就不同了!无论是“猫死”还是“猫活”都是非常模糊的陈述,描述一只猫具体要用到1027个粒子,当我们说“猫活”的时候,我们忽略了这只猫与外界的一切作用,比如它如何呼吸,如何与外界进行物质和能量交换,等等。就算是“猫死”,它身上的n个粒子也仍然要和外界发生相互作用。换句话说,“猫活”和“猫死”其实是两大类历史的总和,就像“胜”是“1:0”,“2:0”,“2:1”等历史的总和一样。当我们计算“猫死”和“猫活”之间的干涉时,我们其实穷尽了这两大类历史下的每一对精细历史之间的干涉,而它们绝大多数都最终抵消掉了。“猫死”和“猫活”之间那千丝万缕的联系于是被切断,它们退相干,最终只有其中的一个真正发生!如果从密度矩阵的角度来看问题,则其表现为除了矩阵对角线上的那些经典概率之外,别的干涉项都迅速消减为0:矩阵“对角化”了!而这里面既没有自发的随机定域,也没有外部的“观测者”,更没有看不见的隐变量!
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dzter
2015-12-08 19:50:18 摘录自309-310页
当我们观测了电子的行为,并得到最终结果后,我们实际上就构建了一种“粗略历史”。我们可以把它归结成两种:“我们观测到粒子在左”以及“我们观测到粒子在右”。为什么说它们是粗略历史呢?因为我们忽略的东西实在太多了。我们现在只关心我们观测到电子在哪个位置,而不关心任何环境的影响,比如我们站在实验室的哪个角落,今天吃了拉面还是汉堡还是寿司,更不关心当我们进行观测的时候,空气中有多少灰尘沾在我们身上,窗户里射进了多少光子与我们发生了相互作用……从理论上讲,每一种不同的情况都应该对应于一种特定的历史,比如“吃了拉面的我们观察到电子在左”和“吃了汉堡的我们观察到电子在左”其实是两种不同的历史。“观察到电子在左并同时被1亿个光子打中”与“观察到电子在左并同时被1亿零1个光子打中”也是两种不同的历史,但我们并不关心这些,而只是把它们简并到“我们观察到电子在左”这个类别里去,因此我们实际上构建了一个非常粗略的历史。
现在,当我们计算“我们观测到电子在左”和“我们观测到电子在右”两个历史之间的干涉时,实际上就对太多的事情做了遍历求和。……最后,“我们观测到电子在左”和“我们观测到电子在右”两个粗略历史退相干了,它们之间不再互相联系,而我们只能感觉到其中的某一种!
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dzter
2015-12-08 19:50:18 摘录自308页
在量子力学中,我们具体可以采用所谓的“路径积分”(pathintegral)的办法,构造出一个“退相干函数”来计算所有的这些历史。路径积分是鼎鼎有名的美国物理学家费因曼在1942年发表的一种量子计算方法,它本该在我们的史话中占有相当的地位,可惜由于篇幅原因,我们只能对它进行一些简单的描述。基本而言,路径积分是一种对于所有空间和时间求和的办法:当粒子从A地运动到B地,它并不具有经典理论中所描述的那样一个确定的轨道。相反,我们必须把它的轨迹表达为所有可能的路径的叠加!在路径积分的计算中,我们只关心粒子的初始状态和最终状态,而完全忽略它的中间过程。对于这些我们不关心的事情,我们简单地把它在每一种可能的路径上遍历求和,精妙的是,最后大部分路径往往会自相抵消掉,只剩下那些为量子力学所允许的轨迹!费因曼证明,他的路径积分其实和海森堡的矩阵以及薛定谔的波动方程同出一源,是第三种等价的表达量子力学的方法!他本人后来也为此与人共同分享了1965年的诺贝尔物理奖。
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dzter
2015-12-08 19:50:18 摘录自305页
我们还记得埃弗莱特的MWI:宇宙在薛定谔方程的演化中被投影到多个“世界”中去,在每个世界中产生不同的结果。这样一来,在宇宙的发展史上,就逐渐产生越来越多的“世界”。历史只有一个,但世界有很多个!当哈特尔和盖尔曼读到格里菲斯关于“历史”的论文之后,他们突然之间恍然大悟。他们开始叫嚷:“不对!事实和埃弗莱特的假定正好相反:世界只有一个,但历史有很多个!”
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第一章 黄金时代
神奇的量子世界探险之旅——评《上帝掷骰子吗:量子物理史话》
第二章 乌云
自序
第一章 黄金时代
第三章 火流星
第二章 乌云
第四章 白云深处
第五章 曙光
第三章 火流星
第六章 殊途同归
第四章 白云深处
第七章 不确定性
第五章 曙光
第八章 论战
第六章 殊途同归
第九章 歧途
第七章 不确定性
第十章 回归经典
第八章 决战
第十一章 不等式的判决
第九章 歧路
第十二章 新探险
第十章 回到经典
尾声
第十一章 不等式的判决
外一篇 海森堡和德国原子弹计划
第十二章 新探险
后记
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第三章 火流星
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第七章 不确定性
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第八章 决战
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