量子世界的发现之旅 - (EPUB全文下载)

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书籍内容：

量子世界的发现之旅
[美]迈克尔·S.沃克 著
李婕 译
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目录
推荐序
前言
第一部分 发现量子，理解量子
第1章 量子力学的“诸神之战”
第2章 实验与早期猜想
第3章 量子力学与量子原子
第4章 6亿瓦能量
第二部分 量子力学诠释和它的启示
第5章 量子力学的基本特性
第6章 不确定性、纠缠与多世界理论
第7章 量子力学、数学和自然的本质
第8章 量子计算、密码破译、量子隐形传态和加密
第三部分 从大爆炸到星系——相对论与量子力学
第9章 获取宇宙地图
第10章 宇宙的演化
第11章 大爆炸模型
第12章 走进大爆炸
第四部分 量子力学与化学
第13章 世界的量子本质
第14章 能量、动量和氢原子电子的空间状态
第15章 自旋和磁性
第16章 不相容原理与元素周期表
第17章 化学元素的物理特性
第18章 化学键的形成
第19章 固体材料的构成
第20章 绝缘体、金属与半导体
第五部分 材料与仪器中的量子奇迹
第21章 纳米技术
第22章 超导体在传输、医学和计算上的应用
第23章 核聚变与激光器
第24章 磁铁和磁性材料的应用
第25章 石墨烯、纳米管和“梦想中”的应用
第26章 半导体在电子仪器上的应用
第27章 超导体在科学、能源与传输上的大型应用
致谢
附录A 电磁波的性质和频谱
附录B 元素周期表的发展
附录C 量子计算机的发展
附录D 原子的大小与元素的化学性质
附录E X射线的产生
术语解释
参考文献与拓展阅读
献给我过世及在世的家人
推荐序
我们生活在一个特殊的时代，这个时代的知识总量是以指数级增长的。或许更重要的是，用我最喜欢的一位科学家卡尔·萨根（Carl Sagan）的话说：“我们生活在一个完全依赖科学和技术的社会中，然而几乎没有人了解这些科学和技术。”
[1]
这确实是一个问题，且有待解决。
而且，除此之外，大多数人都因这样或那样的原因无法对科学产生兴趣。一部分原因是，科学的语言是数学，但它涉及的数学太复杂，以至于只有接受了高等教育的人才能用数学这个工具来理解科学。不过，偶尔也会出现一些“翻译者”，向其他人传达科学的意义，以及它的美妙和激动人心之处。
迈克尔·沃克在这本书中做的一切让他站在了“翻译者”的前沿。虽然并不是一名学术研究者，但他通过这本大众科学书，在规避了复杂数学的同时，传达了他对物理世界的清晰理解。你会发现，不需要走进教室，就能了解这些振奋人心的事物。在教室里你可能反倒不会感到兴奋，因为你需要跟数学做斗争，或者老师们并不会讨论这些有趣的话题——即使你主修物理学。虽然有些前沿内容可能经不起时间的考验（任何前沿领域都是如此），但我很乐意向所有学生推荐这本书作为教科书的补充，以便他们更全面地了解数学之外的物理意义。这本书并不是要取代教科书，但它确实更有趣且易读。
这本书的核心是量子力学，但内容已经超越了这个范畴，还介绍了相关应用，沃克为我们提供了对物理世界最奇特、最迷人、最美丽的描述。他非常努力地描述了量子力学，尤其是原子，并将其作为解释化学和我们周围事物的基础。这本书正是把这一部分物理学用非数学的语言和视觉化的呈现方式向我们“翻译”了过来。另外，这本书还时不时地插入了物理学和化学的发展史以及推动科学发展的著名科学家的生活，这些“插曲”也让这本书变得栩栩如生。
在量子力学发展的早期，尽管它在预测实验结果方面取得了令人难以置信的成功，但科学家对量子力学的本质仍困惑不已，为此，科学巨人之间还产生了一些伟大的辩论。例如，阿尔伯特·爱因斯坦（他厌恶量子力学及其违反直觉的结论，最终却因在该领域的贡献获得诺贝尔奖）宣称：“上帝不会跟宇宙玩掷骰子。”尼尔斯·玻尔（另一位诺贝尔奖得主）对此则有一句不那么著名但同样重要的反驳：“不要告诉上帝该做什么。”玻尔也曾说过：“如果有哪个人对量子力学不感到震惊，就说明他不了解量子力学。”然而，80多年后，量子力学可以说是历史上最成功、最具争议，同时也经受住了各种实验考验的理论。
这不是第一本将科学和历史交织在一起的书。实际上，关于这一主题的大多数非学术书籍都会通过介绍历史来缓解量子力学概念带来的冲击。但是沃克还从物理学出发，解释了化学的原理，并讲述了人类对量子力学的理解如何让现代发明和技术成为可能。他在工业实验室的经历大大帮助了他在这方面的叙述（他甚至简要介绍了自己研究过的项目）。不仅如此，他还介绍了我们在地球上看不到的事物，向我们展示了如何通过量子力学的视角理解宇宙——从大爆炸开始直至今天。
地球上的一切事物，包括人类，都是由原子组成的。然而，大多数人都不知道其中遍布的迷人的对称，以及它们如何决定宇宙的大部分属性。这本书为读者提供了一个驶向新认知彼岸的契机。
我相信你会像我一样享受这本书。想必你也会同意这句话：科学比幻想更奇妙。
戴维·托巴克（David Toback）
本科卓越教学撒曼教授，物理与天文系教授
得克萨斯农工大学米切尔基础物理与天文学研究所
2016年9月
作者的话
托巴克教授讲授一门面向非科学专业学生的宇宙学课程，并在2013年出版科普书《无须数学基础的宇宙大爆炸与黑洞导论》（Big Bang, Black Holes, No Math
）。
[1]
Carl Sagan, “Why We Need to Understand Science,” Skeptical Inquirer 14, no.3 (Spring 1990).
前言
我看向窗外纷飞的雪花：雪花本质上是结冰的水，结冰的水本质上是H2
O分子，如果没有特定的量子构造，它们就不会存在了（当然，我也不会存在了）。
我拿出手机：手机的液晶显示屏、导线、半导体芯片，如果没有特定的量子构造，它们也都不会存在了。
我们居住在一个美丽且迷人的量子世界。我们自身就是由量子构成的，其他所有物质和生命也一样。前沿技术的发展越来越依赖于我们对量子法则的理解，然而，我们中的大多数人对此却一无所知。
1900年，德国物理学家马克斯·普朗克（Max Planc ............

书籍插图：

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