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书名 量子时代/科学可以这样看丛书
分类 科学技术-自然科学-物理
作者 (英)布莱恩·克莱格
出版社 重庆出版社
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简介
作者简介
布莱恩·克莱格(Brian Clegg),英国皇家科学研究所及皇家人文科学院成员,英国著名科普作家,撰写过关于十一个科学主题的作品,包括畅销书《飞行中的科学》(Inflight Science),《神之效应》(The God Effect),《宇宙大爆炸之前》(Before the Big Bang),《生态学》(Ecologic),《无穷简史》(A Brief History of Infinity)和《构建自己的时间机器》(Build Your Own Time Machine)。布莱恩拥有剑桥大学自然科学和兰卡斯特大学运筹学的硕士学位。
布莱恩还为许多出版物撰写定期专栏、专题与评论,其中包括《自然》(Nature)、《卫报》(The Guardian)、《电脑周刊》(PC Week)、《计算机周刊》(Computer Weekly)、《个人电脑世界》(Personal Computer World)、《创新型领导》(Innovative Leader)、《职业经理人》(Professional Manager)、《BBC历史杂志》(BBC History)。他的书籍被翻译成多种语言,包括德语、西班牙语、葡萄牙语、中文、日语、波兰语、土耳其语、挪威语、泰语甚至印度尼西亚语。
书评(媒体评论)
如果你希望寻找一本有趣的关于量子物理学以
及如何应用于日常生活的书籍,本书是不二之选。
——《BBC聚焦》(BBC Focus)
让本书脱颖而出的关键在于它集中了量子物理
学的应用,正是这些东西改变了我们的生活,并将
我们带入了克菜格所说的“量子时代”。这是一本
非常有趣的书!
——《时代高等教育》(Times Higher
Education)
保证人人都会发现它的魔力。
——尼克·史密斯(Nick Smith),《电子科
技杂志》(E&T Magazine)
目录
致谢
前言
1 量子入门
2 量子本质
3 电子王国
4 量子电动力学
5 光与魔法
6 超级光束
7 让光干活
8 电阻是无意义的
9 悬浮列车与超导量子干涉装置
10 幽灵般的纠缠
11 从比特到量子比特
12 它活了!
13 量子宇宙
精彩页
沃拉斯顿的荒唐事
法拉第很快适应了皇家科学研究所的生活。尽管他并未接受过系统教育,但依然取得了较大的进展。1821年,他的职务得到晋升,他结婚并搬到了之前戴维的房间办公。一切似乎都很顺利,但他在电磁领域的第一个重大发现几乎毁掉了他那宛如神话般的成功。戴维要求法拉第写一篇关于电和磁的现有知识的文章。但法拉第喜欢亲自动手,他并未简单地描述戴维做过的实验结果,而是将实验重做了一次。一次,他将一块磁铁旁的导线接通了电流,结果导线开始绕磁铁做圆周运动。在法拉第自己的总结文献中,出现过这样的描述——这是此前从未发生过的现象。
可以理解,当时的法拉第非常兴奋,他急着要将自己的实验结果发表出来。可现实是残酷的,他最终被谴责盗窃了研究所一位知名的前辈威廉姆·沃拉斯顿(William Wollaston)的发现。沃拉斯顿提出了一个电流在电线内成螺旋状运动的理论。他曾找过戴维,让其帮忙寻找证据,但一直没有结果。现在,法拉第称自己发现了电流作圆周运动的规律。很明显,沃拉斯顿认为法拉第剽窃了他的主意(尽管没有事实依据)。
卷人剽窃一事可吓坏了法拉第,因为他对宗教的信仰极其虔诚。于是,他向他的老师汉弗莱·戴维发出了求助,因为他可以肯定自己的实验结果与沃拉斯顿的理论毫无相似处。但戴维站在了和他社会地位相当的好友沃拉斯顿的一边,并未选择支持还处于工人阶级的法拉第。与科学事实相比,社会地位的差距还是占据了上风。这也提前终结了师徒两人的友谊。在这之后,法拉第人选皇家学会会员时,只有戴维一人持反对意见。事实上,当时的科学界已清晰地认同法拉第的新发现。他不仅做了和沃拉斯顿的理论毫无关联的原创性实验,还提出了电动机的基本原理。
尽管外界对他持支持态度,但由于不悦的经历,法拉第曾中断自己的电磁研究长达10年。他将精力放在了化学上,还从事了一些管理工作。这让他可以在每周五的9点开设科普讲座(类似现在的科普舞台剧,因为到会的观众需着正装出席)以及为孩子们准备圣诞节讲座。这些科普讲座后来在电视上播放,激励了许多20世纪的年轻英国科学家。法拉第对电磁的研究并未结束,1831年,法拉第再次对电磁领域产生了浓厚兴趣。因为他听说了一个实验:一根电线中的电流可以神奇地使另一根电线感生出电流,尽管两根电线之间有一段不小的距离。
新的一代
法拉第布置了两根电线圈,并让其中一根产生了电流,他希望看到另一根也能产生持续的电流。但当他连接并切断第一根电线圈的开关时,另一根电线圈只产生了短暂的电涌。他知道,电线圈也可以像磁铁一样在间隔一定距离的情况下产生磁性。基于这点,他提出了一个大胆的推断:第二根电线产生电流是因为磁场水平的不断变化。很快他就通过线圈移动发明了发电机。
正是在这段时间,发生了今天我们耳熟能详的法拉第与首相罗伯特·皮尔(Robert Peel)的那段经人杜撰的对话。当首相问法拉第“你的发明有何用处”时,法拉第回答,“我不知道,但我敢打赌,有一天,政府一定会对这项发明征税。”
法拉第还有另外一个重要的贡献,我们在后面的章节还会提到。一个传统的物理学家——以及任何现代物理学家——会通过数学作为介质解释物理现象。但法拉第并非数学家,他也许是科学史上最后一位不借助数学原理而作出重大发现的物理学家。在一张纸的下面放一块磁铁,并把铁屑洒到纸上,法拉第观察到铁屑呈线条状被连接到磁铁的两极。在昏暗的煤气灯光照射的实验室里,法拉第思考着那些在磁铁周围散发出如光线一般的线条。
当法拉第移动一根电线使其靠近磁铁,或者推动磁铁通过一个线圈时,这些自磁铁散发出的线条(被法拉第命名为磁力线)就好像被电线切断了一样。这些磁力线排列得越紧密,电线就将其切断得越多,从而产生出更大的电流。这个模型使电磁铁的打开或关闭得以实现。当开关打开时,磁力线从磁铁上延展开来,并与导线相交;当开关关闭时,磁力线塌散,一切恢复原状。
将电磁相互作用定义为力学的一个领域,对物理学的发展具有重要意义。这不仅利于我们理解电磁学,更利于我们理解量子理论。但对于电和磁的本质,还有许多值得我们去探索的东西。在这之后,将法拉第那优雅且毫无数学概念的想法转化为第一个现代科学观点的人是詹姆斯·克拉克·麦克斯韦(James Clerk Maxwell)。
P33-35
导语
布莱恩·克莱格著的《量子时代》详述了人们生活中与量子相关的现象以及量子理论在未来科学中的应用。从电子到光子、从磁悬浮列车到量子干涉装置、从量子计算机到量子宇宙,克莱格为我们透析了量子以及量子纠缠特性的本源。
量子科学并非科学家们的专利,也非物理学专业本科以上的人的专有研究对象,没有经典物理学背景的人或许更适合学习或研究量子科学。
序言
上学的时候,我们很可能接受过科学老师的欺
骗。课堂上,老师教授的科学知识大多为维多利亚
时期所留存,尤其是物理学知识。这也许在一定程
度上解释了,为什么大多数人认为课堂上所学的科
学知识很无趣。量子理论、狭义/广义相对论是物理
学中最重要的基本理论。这些理论早在20世纪就取
得了一定发展,但却一直未能引起学校教学的重视
。一部分原因是这些理论本身晦涩难懂,另一部分
原因是老师们也对这些理论知之甚少。这一现状的
确令人遗憾,因为这两个理论中的任何一个都是极
其重要的,对我们的日常生活具有重要影响。
相对论既让人着迷又让人难以置信,它的核心
引力理论与我们的生活息息相关。一个非常著名的
应用与此相关,全球卫星定位系统就需要依靠狭义/
广义相对论。在爱因斯坦提出他的理论之前,“经
典”物理学已能精确地描述我们所能观察到的几乎
大多数物理现象。除非我们以接近光的速度进行运
动,否则,“经典”物理学的内容几乎可以解决地
球上的任何问题——小到汽车的加速度,大到登月
计划。量子物理学却完全不同。它除了让人着迷让
人称奇之外,还无处不在。我们看到的、触摸到的
和用到的所有事物都是由量子构成。如我们借以看
见其他物品的光线、我们自己、太阳和其他恒星等
。此外,核聚变为太阳提供能源的过程也是依照量
子物理学原理发生的。
量子物理学天生就充满着趣味性,而我们几乎
没能在学校阶段学习过它的任何知识。量子物理学
并不局限于构筑物理学这座大厦的根基,事实上,
它在我们的实际生活中无处不在。据统计,发达国
家的国内生产总值中,大约35%的部分都应归功于量
子物理学技术,量子物理学并不局限于构建原子。
事实上,量子物理学的应用非常深远。我们正在经
历一场革命,只是这场革命的名字还没有取好而已

这已经不是人类首次因为技术进步而改变生活
方式了。历史学家们通常会构思出一个名字来凸显
这一技术“时代”,如石器时代、铜器时代、铁器
时代,皆以其技术特点而命名。这些新发现的可用
材料可使人们生产出更多功能更强效率更高的工具
及产品。19世纪初,人类进入了蒸汽时代,应用热
力学改变了我们提供能源的方式。我们不再依赖牲
畜劳作以及风力水力这些不可预估的能源,转向可
控制的蒸汽制造能源。当下的今天,虽还未获得官
方的正式认证,但我们已步入了量子时代。
量子时代始于哪个节点,我们尚未厘清。但我
们现在所使用的电能,即是量子科技的第一项应用
。电通过导体的流动就是一个量子过程,尽管曾经
的电学先驱们并未意识到这点。如说这项应用太微
弱,尚不能称其为一场革命的话。电子技术的引入
(有意识地利用量子效应)则明确意味着我们已步
入了一个崭新的时期。在那之后,人类发明了各样
的经典的量子设备,比如:无处不在的激光以及核
磁共振扫描仪等;又比如:手机、电视、超市结账
机、照相机,都是利用的量子效应。
没有量子物理学,就不会有物质和光照(太阳
光)。更“可怕的”是,我们也许连苹果手机也无
法使用。
至此,“量子”这个词我已提及了17次,还不
算扉页与封面上的。接下来,我们从“量子”这个
词的定义入手,探寻其背后的奇异与美妙的科学,
这是一件非常有趣的事情。
内容推荐
走进量子世界,揭开量子力学的神秘面纱,回归宇宙本源的终极命题!
随着新时代的到来,崭新的计算和通信方式走进了大多数人的生活。人们不得不承认,新的理论正逐渐颠覆我们的传统认知,甚至正改变着我们的日常生活。
在一片争议声中,量子理论缓慢前行,它为微观世界做出了宏观代言。它使量子电视、量子打印、量子电池等新产品在时代的呼吁下孕育而生。人们开始走进微观世界,制作各种精妙的产品。
物理学界通常将量子力学称为“接近于神”的理论。因为它开启了人类对宇宙本源认知的新旅程,同时也为大众读者了解量子力学蒙上了一层厚厚的面纱。《量子时代》的作者布莱恩·克莱格,用最通俗的语言为人们开启了这扇神秘大门。
《量子时代》从费曼对量子物理学的研究开始,对量子理论作了详细的介绍。展示了科学家们是如何在一片质疑声中逐渐形成了量子理论,并将这一理论与我们的日常生活关联起来。书中用通俗的语言将少数人才能理解的微观理论表达出来,从电子、光等各个方面人手,最终回答了宇宙起源及宇宙终极命运的问题。
《量子时代》是布莱恩·克莱格继《量子纠缠》、《宇宙大爆炸之前》、《万有引力》等畅销书之后又一部科普力作。作者以幽默风趣而又通俗易懂的语言为读者讲述了量子科学的发生、发展及其与人们日常生活的关系。阅读本书,我们可以紧跟科学家的脚步进人神秘的“量子时代”,进一步思考宗教、神学,乃至人类归宿等终极哲学命题。
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更新时间:2025/3/25 13:54:27