量子通史：量子物理史上的40个重大时刻 - (EPUB全文下载)

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版权信息
书名:量子通史：量子物理史上的40个重大时刻
作者:[英]吉姆·巴戈特
译者:徐彬 于秀秀
ISBN:9787521713084
中信出版集团制作发行
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每位学生都值得拥有至少一位好老师
前言
20世纪是由物理学所定义的。全球顶尖物理学家的头脑，汇聚成一条思想之流，忽而将人类带到奇迹的巅峰，忽而又一路降至绝望的谷底。20世纪伊始，人类对绝对知识是那样确定，然而在世纪之末，却又发现并没有绝对的确定性。人类曾以为能够正确地把握物理实在的本质，但就在20世纪，物理学家发展的理论，却又否定了完全理解实在的可能性。依然是在20世纪，人类还造出了能把物理实在完全毁灭的武器。
我们对世界本质的认识，几乎全都来自同一个物理理论。这个理论在20世纪前30年得到发现并不断完善和发展，逐渐变成物理学史上最成功的理论。在21世纪的今天，我们对于很多技术都感到习以为常，但这些技术中，有很多都是以这个理论为基石的。
不过，成功是有代价的，因为这一理论也彻底剥夺了人类从世界的最基本构成层面了解这个世界的能力。
阿尔伯特·爱因斯坦拒绝接受这一新理论提出的不确定性和随机性的说法，他曾说过一句经典名言：“上帝不掷骰子。”尼尔斯·玻尔（Niels Bohr）断言：“一个人，无论是谁，若没有对这个理论感到震惊，就说明他还没有理解它。”美国天才物理学家理查德·费曼（Richard Feynman）则更进一步：他断言没人能理解它。对任何一个受过经典物理学语言和逻辑训练的人来说，这个理论在数学上颇具挑战性，其诡谲令人发狂，而其完美又令人惊叹。
这，就是量子理论，本书讲述的就是量子理论的历史故事。
如果我们把量子理论的历史渊源追溯到马克斯·普朗克（Max Planck）发现“作用量量子”的1900年12月，那么这个理论已经走过一百多个年头了。你可能觉得，一百年时间，足够物理学家认真研究并理解它的意义了；也足够搞清量子理论对物理实在中的随机和因果有何影响，以及对物理实在的本质有何影响了。然而事实正好相反，随着时间的流逝，量子理论给人带来的震惊有增无减。
虽然没有人真正理解量子理论到底是如何运行的，但在应用中，其规律是无可置疑的，量子理论预测的正确性和精确性，在整个科学史上是无可比拟的。虽然对于如何诠释量子理论的争论依旧激烈，但对于量子理论根本性上的对错，却没什么可争论的。
在过去400多年的时间里，人类产生了一个信念（或许应该叫信仰？）：基于实证的调查研究如果符合严格的科学标准，就能够揭示大自然运行的真正机制。然而当自然机制揭开面纱，展示出量子机制时，科学和哲学两个世界不可避免地发生了碰撞。我们所面对的不是真理和理解，而是令人不安的问题，那些关于这个世界我们到底有望了解多少的问题。量子理论把人类推到了认识论悬崖的边缘。20世纪20年代中期以来，人类一直战战兢兢，担心从这个边缘掉落。
这个理论神奇又令人不安，本书就是献给它的：1900年，它从研究黑体辐射实验的陶瓷炉中诞生，经过了一个世纪，欧洲核子研究中心（CERN）的大型强子对撞机又带来了发现新的量子现象的曙光。本书把量子通史分成40个“时刻”来讲述，这40个时刻都是量子理论发展的关键时刻或转折点。
本书将带我们踏上一段漫长的旅程。第一章介绍了普朗克1900年的发现，追溯了早期量子理论的发展历程，包括爱因斯坦的光量子假说、玻尔的原子的量子理论、路易·德布罗意（Louis de Broglie）的波动―粒子假说、维尔纳·海森伯（Werner Heisenberg）的矩阵力学、令人迷惑不解的电子自旋现象及沃尔夫冈·泡利（Wolfgang Pauli）的不相容原理。第一章以埃尔温·薛定谔（Erwin Schrödinger）迟来的“艳福”收尾，那是在1925年，薛定谔创立了波动力学。
第二章追溯了量子理论的哥本哈根诠释的发展过程。1926年，马克斯·玻恩（Max Born）诠释了薛定谔波函数的重要意义，我们由此出发，旁观玻尔、海森伯和薛定谔关于量子跃迁的激烈论战，再目睹海森伯发展出不确定性原理，然后欣赏1927年玻尔在科莫的演讲。
到了这个阶段，量子理论的先驱爱因斯坦却成了这一理论最坚定的批评者之一。第三章讲述了玻尔―爱因斯坦论战，这也是科学史上最深刻的论战之一。1927年10月，第五届索尔维会议召开，爱因斯坦在会上概述了自己最初的几个思想实验，令与会人员陷入了沉思。稍后我们会讲到爱因斯坦―波多尔斯基―罗森论证，即EPR悖论，以及1935年薛定谔的那只闻名遐迩的猫的悖论。途中我们稍做停留，去一览“绝对奇迹”——保罗·狄克（Paul Dirac）关于电子的相对论性量子力学。
要想研究量子理论，就得研究创立量子理论的物理学家。起初，我打算写一本量子理论界的“传记”，也就是以创立和完善量子理论的物理学家为基础的传记。但是其中涉及的很多物理学家，在世界上第一个核武器的研发中也扮演了关键角色，因此我就想把他们在战争期间的探索也包括进去，写一个很长的章节。本书的写作计划本就野心勃勃，再把这些内容包括进去就有些过分宏大了。于是我就把战争期间的故事拿出来单独成书，名为《原子：物理学第一次大战和原子弹秘史，1939―1949》（Atomic: The First War of Physics and the Secret History of the Atom Bomb，1939―1949），由图标图书（Icon Books）于2009年出版。后经出版社允许，我在本书中插入了一段插曲，而这段插曲就是从《原子》中提炼出来的，重点放在了1941年9月玻尔和海森伯在哥本哈根的那场声名狼藉的会面，当时哥本哈根已被纳粹占领。
战后，物理学家们重拾学术研究，而量子理论却陷入了危机之中。第四章讲述了由朱利安·施温格（Julian Schwinger）、理查德·费曼、朝永振一郎和弗里曼·戴森（Freeman Dyson）发起的一系列讨论危机的会议，这些会议的巅峰成果是促成了量子电动力学的发展。随后在1 ............

书籍插图：

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