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书名 光的探索(从伽利略望远镜到奇异量子世界)
分类 科学技术-自然科学-物理
作者 (法)塞尔日·阿罗什
出版社 世界图书出版有限公司
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简介
内容推荐
几个世纪以来,阐明光的性质一直是一项与现代科学的诞生和发展密切相关的历程;在经历了许多令人惊讶的曲折之后,最终引出了相对论和量子物理学,这两个理论深刻地改变了我们在微观和宇宙尺度上对世界的看法。
在《光的探索:从伽利略望远镜到奇异量子世界》一书中,诺贝尔物理学奖得主、物理学家塞尔日·阿罗什将自己的求学、职业生涯置于科学发现的丰富谱系中,从伽利略、牛顿到爱因斯坦和费曼,从光速的早期测量到量子纠缠的前沿工作,阿罗什教授对光在我们如何观察和理解宇宙中所扮演的角色进行了深入的探讨。
《光的探索:从伽利略望远镜到奇异量子世界》由两部分交织而成:第一章和最后两章,回顾了作者本人在原子分子光物理(原分光)的实验领域中历经半个世纪的科研生涯,这部分同时也是光的科学史在过去几十年中的最新篇章;第二章到第五章,则为围绕光和物理学史的主线展开的一场引人入胜的完整叙事,作者回溯了现代科学的起源,也给读者介绍了他心中的科学英雄,从伽利略到爱因斯坦。作者获得诺贝尔物理学奖的实验工作所展示的对单个量子系统的操控是目前蓬勃发展的量子信息、量子模拟和量子计量技术的基石,书中对最前沿的量子信息学的科普介绍,是站在科研第一线的科学大师对前沿科技及其未来发展做的权威解读。
本书适合对物理科学与现代科学起源和发展感兴趣的各层次读者阅读,诺奖大师通过生动的文笔、深邃的思想,围绕光的探索,为读者揭开现代科学神秘的面纱。
作者简介
孙佳雯,英法双语译者、自由撰稿人,擅长翻译科普类、社科类作品。拥有理学学士、社会学硕士学位。法国巴黎社会科学高等研究院博士候选人,旅居法国多年。愿以翻译为桥梁,沟通古今上下东西文化,跨越知识与日常之鸿沟,让科学变得亲切,让眼界更加宽广,让心灵获得自由。
目录
前言
第一章 宿命的缘起
最初的热情:从数学到天文学
初识现代物理学
“闭嘴,去计算!”
当原子和光子成为旋转的陀螺:光抽运
重新认识世界:丰富又奇妙的存在
互信且自由的学徒时期
激光的前景
研究的起点
初次赴美,重燃我最初的激情
“蓝天研究”
第二章 天文台广场前的思考
见证科学革命起源的两种仪器:望远镜和摆钟
测量光速以丈量宇宙
光的科学被定量化:笛卡尔与他的《屈光学》
大自然总是以最短、最简单的方式行事:费马原理
惠更斯与光的波动理论
牛顿,光微粒与颜色
测量地球的形状
追求精确
基础科学、商业、国力与技术
第三章 法拉第实验室的沉思与浮想
杨对牛顿的挑战
光的偏振
菲涅耳与波的胜利
矢量相加,光波相扰
旋转的振动:圆偏振
数学照亮光学
再会光速
从启蒙时代的沙龙到法拉第的实验室
“场”概念的诞生
光、电、磁的交汇
一些谜团解决了,但另一些还存在
第四章 开尔文勋爵的两朵乌云
迈克耳孙和以太之谜
爰因斯坦横空出世:思想实验
相对论思想带来的改变
时空混合
质量与能量的结合:E=mc2
爱因斯坦“最快乐”的想法又一次来自伽利略
引力与时空弯曲
相对论的预言和“后见之明”
第五章 光,照亮神秘的量子世界
紫外灾难
光:在波与粒子之间
将量子推广到物质
爱聚集的光子和与它们类似的原子
揭开物质波的面纱
波函数,量子态和叠加原理
粒子家族的扩张
一种本质的全同性
量子物理学的潘多拉魔盒
从经典到量子:费马、莫佩尔蒂和费曼之间一场跨世纪的对话
一场穿越数量级的旅行
量子情景:单个对象还是统计系综?
再论杨氏双缝
测量、互补性和不确定关系
围绕想象中的实验展开的辩论
量子纠缠
薛定谔的猫与经典一量子之间的边界
第六章 激光、光子和巨型原子
被光子所缀饰的原子
在加州初识激光
战胜多普勒效应
量子拍
加州轶事
第一次大型国际会议
巨型原子的未知地带
腔量子电动力学的诞生
大西洋两岸的研究和教学
激光致;令革命
陷俘离子和量子跳跃
第七章 驯服薛定谔的猫
光子盒
圆态原子
量子乒乓
量子编织
如何看到光子而不破坏它们?
一个光子的生与死
再会杨氏移动狭缝实验
一边数光子,一边看量子跳跃
量子场的X射线照相
薛定谔的光之猫
探索量子和经典之间的边界
迈向量子计算机:乌托邦还是未来现实?
费曼的梦想:量子模拟
鬼魅般的超距作用:量子密码学和量子远程传态
量子计量和光钟
后记 科学与真相
拓展阅读
科学家姓名索引
致谢
序言
自古以来,光照亮了人
类世界,让世人为之着迷。
然而,只有在最近的四个世
纪中,我们才逐渐揭开了光
的秘密。直到距今不久的时
期,我们才在科学技术的帮
助下“驯服”了光,而这些现
代科技彻底改变了我们的生
活。至于可见光的表亲——
微波,我们发现它也不过是
一百多年前的事,而微波在
现代通信、导航和医学成像
等设备中无处不在。我们通
过发明激光来“驯服”可见光
也才刚刚六十年。激光射线
的非凡特性让我们获得了根
本性的发现,那些我年轻时
难以想象的仪器、设备也被
一台台地发明了出来。
在过去的半个世纪里,
我有幸成为了参与这场知识
大冒险的一分子。我想通过
描述个人致力于光的研究的
科学生涯,和读者们分享当
一位研究者每次看到一个能
够给世界带来意想不到的惊
喜的新现象时所感受到的快
乐。经过多年的研究,我和
我的团队成功地将几个微波
光子困在一个带有反射壁的
盒子里,时间超过十分之一
秒。通过让这些脆弱且难以
捕捉的光粒子与由激光束激
发的原子发生相互作用,我
们在实验中观察到了光的波
动行为和粒子行为,展示了
量子世界的奇异特性。除了
发现的乐趣之外,我们还兴
奋地想到,这项工作有朝一
日可能会带来新的应用,尽
管现在还很难预测它们会是
什么。事实上,每一个发现
了新的有前景的对象的研究
者,都经历过类似的快乐和
兴奋。
在当下,人们对科学的
需求比以往更加紧迫,一件
很重要的事情是,让非专业
的听众能够通过研究者的个
人叙述理解他的动机、他的
好奇心的来源以及偶然性在
探索过程中所起到的作用。
在这个过程中,惊喜永远不
会缺席。同样重要的是,我
们要明白,科学研究首先是
知识的创造者,它丰富了几
个世纪以来积累的文化遗产
。与其他人相比,研究者们
会以一个更高的视角来观察
这个世界,用牛顿的名言来
说,他们是坐在前辈巨人的
肩膀上。基于这一有利位置
,他们是让我们的文明所必
需的知识和理性科学方法代
代相传的传递者。
我会谈及科学,包括我
自己从事的研究以及一些其
他A.~-E作,后者丰富了
我的视野并驱使我从更深层
次去观察这个世界。借此,
我希望与年轻的学生们和刚
人行的研究者们分享我的研
究热忱,让他们能够在这场
持续更新的冒险中,继续科
学的事业。我也希望这本书
能够引发那些好奇的普通民
众对这段历史的兴趣,这段
历史曾经深刻地影响了我们
看待世界的方式,并赋予了
我们强大的行动手段和控制
能力。我还想通过一己的见
解,让已经知道这段历史大
致轮廓的读者产生进一步的
兴趣。我在本书中描述了今
天我们对光的了解,以及我
们是如何了解这些的,也谈
到了我们仍然不知道的东西
,以及我们的子孙后代需要
厘清的东西。
对我而言,想要讨论我
的研究,似乎就不得不将它
置于横亘数世纪的学术探索
的丰富历史背景之下。这段
历史,除了光学之外,还包
括了其他所有的知识流派。
弄清楚“光是什么”这一问题
,这当然是物理学的范畴,
但这项研究也对其他科学,
比如天文学、化学、生物学
甚至生命科学都产生了深远
的影响。探索我们的星球,
确定它的大小和精确的形状
,我们对光的理解的进步也
在其中发挥了巨大的作用。
因此,谈论光就意味着需要
唤起所有知识领域。
越来越精确的测量在这
个故事中起到了至关重要的
作用。随着各种仪器的发明
,对自然界的观察真正成为
了科学,仪器让我们能够用
数字来量化所研究的现象,
并且以客观和可重复的方式
、通过测量的数据来描述它
们,首先是距离和时间间隔
,然后是更微妙的量,如力
、电荷和场。随着数学、几
何学和代数学的共同发展,
将这些数据与理论模型联系
起来,在一个普适性的解释
框架中统一了看起来明显不
同的各种现象。想要呈现这
段历史,意味着要说明科学
知识是如何在仪器的进步和
计算方法的改进之间的不断
互动中一步步建立起来的。
第一位切割透镜镜片并将其
组合成放大镜的工匠,以及
制造出第一只精确的摆钟的
钟表匠,也都是这段历史中
不可或缺的角色。正如发现
复数或导数与积分概念的数
学家一样。
向非专业的大众介绍科
学并不是一件容易的事。利
用图像和比喻看上去很有吸
引力,但是我们要避免让它
们产生误导作用。想要深刻
理解“光是什么”,我们必须
引入量子物理学的知识,这
就有可能导致话题朝向神秘
主义倾斜的风险。量子物理
学之所以令人困惑,是因为
我们不能直接用感官和我们
对宏观世界的直觉去感知它
,但它其实并不神秘。对于
量子世界的发现者来说,量
子物理以一种合乎逻辑的方
式呈现了自己,并引发了一
个严谨的数学理论,使我们
能够精确地计算观察到的现
象,而没有留下任何深奥含
糊的空间。
毫无疑问,伽利略应该
是最早尝试以教育的方式向
广大观众介绍他的发现的科
学家之一。在《关于托勒密
和哥白尼两大世界体系的对
话》一书中,他向同时代的
那些怀疑和困惑的人们展示
了运动的相对性。摒弃
随便看

 

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更新时间:2025/1/31 14:28:11