《从量子到宇宙》颠覆人类认知的科学之旅[pdf]

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编辑推荐

作者对量子物理很感兴趣，十余年来钻研图书馆中的相关科普和专业书籍超过百本，具备了撰写量子力学科普作品的能力。作者在结合实际讲课经验的基础上，总结了学生对于量子力学知识的认知规律，由此根据循序渐进、通俗易懂的原则，用自己的方式把神奇的量子世界系统介绍给读者。随着大众受教育程度的提高，科普作品具有越来越广阔的读者群，目前国内量子力学方面的畅销科普书大都是翻译的外国作品，且大多只专注于某一方面，并不系统，该书体系完整，简明扼要又深入浅出，和同类科普书籍相比具有鲜明特点。本书的定位是一本适合高中水平以上人群的大众科普读物，以青少年读者为主。

内容简介

本书以各种不可思议的量子现象为主线，以物理学家们所做的各种令人惊奇的实验为脉络，循序渐进地介绍了人类探索量子世界的整个过程。作为一本科普读物，本书涵盖了波粒二象性、叠加态、概率幅、纠缠态、隧道效应、电子云、超流体、量子真空涨落、费曼图、超弦理论等量子力学中引人入胜的大部分内容，也介绍了扫描隧道显微镜、量子计算机、量子隐形传态等量子工程技术，同时还把相关的历史趣事穿插其中。另外，书中还介绍了一些与量子物理相关的粒子物理、相对论、宇宙学等内容，其中就包括了目前更前沿的领域，如反物质、希格斯粒子、暗物质、平行宇宙，以及引力波等。

作者简介

高鹏，男，哈工大威海校区应用化学系教师，在哈工大总校取得学士、硕士和博士学位。参与多项科研课题，出版教材一部，发表专业论文20余篇，2006年被评为校级优秀教师。主讲以量子物理为基础的专业课《结构化学》已经十几年，并先后开设公共选修课《化学元素趣谈》、《不可思议的量子世界》和《从量子到宇宙》，讲课旁征博引、生动风趣，深受学生欢迎。

前言

每个人眼中都有一个世界。每个人眼中的世界都不同。但是，我们能看到、能感受到的世界只是宏观的世界，是一个看上去按部就班的世界。如果我们能缩小十个数量级，进入量子世界，那其中的奇幻景象，恐怕是你尽最大的想象力也想不到的。你一定好奇什么是“量子”？它不是一种粒子，而是一种概念。它指的是小尺度世界的一种倾向：物质的能量和其他一些属性都倾向于以特定的方式不连续地变化。

量子世界中的一切物理现象都与我们在日常生活中认知的牛顿力学世界完全不同，我们在日常生活中熟悉的许多基本物理规律在量子世界中都被彻底颠覆。量子世界是一个由量子力学统治的世界。量子力学对于实验现象的解释和预见性是如此精确，以至于大多数人都不假思索地对它进行应用。但是在量子世界里，一系列不可思议的现象又会让我们怀疑我们到底是否能真正地理解这个世界。量子力学大师费曼曾经说过：“我想我可以相当有把握地说，没有人能理解量子力学。”

十多年前，当我第一次接触量子物理时，我就被它深深地迷住了。量子世界是一个谜一般的世界，在这个世界里，你以往的一切经验都会失去作用；在这个世界里，你就像一个懵懂无知的孩童，一切都会让你觉得新奇。这十年来，我有幸讲授与量子力学相关的课程，我一直在不断地从各种书籍中汲取与量子物理有关的知识，但是，对它的认识越深，我就越觉得它是如此的不可思议。我们应该感谢那些伟大的物理学天才们，他们对量子物理的探索谱写了科学史上最壮丽的史诗，他们对量子世界的探索让我们知道了世界竟然是如此的神奇。

原来，我们眼中的世界并不是世界的全部。既然有幸来到这个世界，我们就应该尽量了解这个世界的全部，欣赏这个世界的奇妙，这是作为生命的一种乐趣。

本书以各种不可思议的量子现象为主线，以物理学家们所做的各种令人惊奇的实验为主线，循序渐进地介绍了人类探索量子世界的过程，介绍了量子理论的产生、发展、应用、分支乃至分歧，当然也提出了一些疑问和思考。作为一本科普读物，本书涵盖了波粒二象性、叠加态、概率幅、纠缠态、隧道效应、电子云、超流体、量子真空涨落、费曼图、超弦理论等量子力学中引人入胜的大部分内容，也介绍了扫描隧道显微镜、量子计算机、量子隐形传态等量子工程技术，同时还把相关的历史趣事穿插其中。

另外，书中还介绍了一些与量子物理相关的粒子物理、相对论、宇宙学等方面的内容，以使读者对这个奇妙的世界有更深刻的理解。本书在写作过程中参考了大量相关书籍，主要参考书目列于书后。这些书使我受益匪浅，在此对这些书的作者表示衷心的感谢。我国本土科学家到现在还没有人获得过诺贝尔物理学奖，原因是多方面的，但我认为，我们太注重于让学生学习课本知识而忽视了课堂之外的知识海洋是原因之一。青少年时期是培养科学兴趣最重要的时期，只有广泛涉猎才能发现自己的兴趣爱好，为将来打下基础。希望本书能够激发广大读者朋友尤其是青少年朋友们对科学的热情，这正是我写作的初衷所在。另外，由于能力所限，疏漏和不足之处在所难免，敬请读者朋友们批评指正。

高鹏2016年8月份于山东威海

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