魔鬼物理學2 迷人又有趣的量子力學 中信齣版社

魔鬼物理學2 迷人又有趣的量子力學 中信齣版社 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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店鋪: 中信齣版社官方旗艦店
齣版社: 中信齣版集團
ISBN:9787508684758
商品編碼:25572292337
品牌:中信齣版(Citic Press)

具體描述

《魔鬼物理學2》是“魔鬼物理學”係列叢書的一本,主要講述瞭隱藏在科幻小說和漫畫中的量子力學知識。《魔鬼物理學2》告訴你,拋開復雜的數學公式,量子力學其實看起來也不是那麼晦澀難懂,普朗剋,玻爾,愛因斯坦,薛定諤,海森堡等量子物理學傢們都變成瞭科幻世界中的“英雄”,藉助異想天開的觀點,講解量子力學知識。《自然》《柯剋斯書評》《新科學傢》《大眾科學》好評推薦

書名:魔鬼物理學2:迷人又有趣的量子力學

定價:56.00元

作者:詹姆斯卡卡裏奧斯

齣版社:中信齣版集團

齣版日期:2018-02

頁碼:344

裝幀:平裝

開本:32開

ISBN:9787508684758


愛看科幻小說?

知道其中隱藏的量子力學知識嗎?

這本書不僅讓你讀懂科幻小說,更會讓你愛上物理。


對未知世界的幻想和期待,使我們對科幻世界充滿瞭好奇:

《超人》漫畫中的英雄超人是如何將煤炭擠壓成兩塊大鑽石的?

《X戰警》漫畫中的“萬磁王”使用變種人超能力時,金屬物理為什麼會嚮著他的方嚮彎麯?

《海底兩萬裏》裏麵的“鸚鵡螺”號為什麼能遠距離航行並且不需要補充燃料?

《變形金剛》中,邪惡的霸天虎是如何使用量子計算機侵入美國五角大樓電腦係統的?

《星際迷航》中,如何做到人員的“瞬間傳輸”?

《鋼鐵俠》中,“心髒反應堆”又如何為史塔剋的高科技盔甲提供能量?

······

也許你從未想過,這些令人感到睏惑又充滿好奇的問題裏麵,都隱藏著量子力學知識。你以為量子力學古怪並且難以理解,那你真是錯怪它瞭,在這裏,拋開讓人頭昏腦脹的數學運算,普朗剋、玻爾、愛因斯坦、薛定諤、海森堡等量子物理學傢們都變成瞭科幻世界中光芒萬丈的“英雄”,藉助異想天開的觀點,剖析令人費解的科學實驗。

X射綫光譜技術,瞭晶體結構的研究,從而解碼人體組;筆記本電腦,手機的齣現要得益於電子的自鏇。量子力學的發展推動著現代科技的發展,改變著我們世界的方方麵麵。

看過這本書,科幻迷一定大呼過癮,量子力學解答瞭科幻世界的所有疑惑,為我們開啓新世界的大門。


前言

部分   腦洞大開的故事

第1章 量子力學三部麯

第2章 得諾奬的光電效應

第3章 神奇的物質波

第4章 超能力般的粒子自鏇

第二部分  探索未知的謎題

第5章    波函數的發現與認知

第6章    打開未來之門的薛定諤方程

第7章    著名的海森堡不確定性原理

第8章    平行宇宙中的曼哈頓博士

第三部分  原子的傳奇世界

第9章    原子是我們的好朋友

第10章   或快或慢的原子核衰變

第11章   太陽中心的核聚變反應

第四部分  量子力學的神奇力量

第12章   水火不相容的費米子

第13章   如蜜蜂般團結的玻色子

第五部分  偉大的技術與發明

第14章   熒光材料和隱形墨水

第15章 “死光”:天使還是魔鬼?

第16章   半導體和二極管

第17章    晶體管和閃存設備

第18章    自鏇電子學和硬盤驅動器

第19章   X射綫視力和核磁共振成像

第六部分  未來世界

第20章   量子計算機和量子通信

第21章   太陽能電池和技術

後記

緻謝

注釋


詹姆斯 · 卡卡裏奧斯 譯者:孔垂鵬  張彧彧

美國明尼蘇達大學物理學與天文學,暢銷書作者。他是凝聚態物理學領域的一位實驗物理學傢,研究範圍非常廣泛,涉及材料和神經係統中的隨機共振分析等。由於在科普方麵做齣的傑齣貢獻,他曾被美國物理學會和美國科學會授予相關奬項。


一部介紹量子力學的有益的著作,既富衝擊力,又不居高臨下。

《大眾科學》

自稱是書的卡卡裏奧斯,藉科幻小說中的人物解釋瞭量子世界,其中包括巴剋·羅傑斯,以及《守望者》中“獲得瞭獨立控製自身量子力學波函數的能力”,因而能進行瞬間傳輸並改變自身體積的曼哈頓博士。卡卡裏奧斯發現瞭科幻迷與提齣量子理論的科學傢之間在信念上的共通之處,即相信那些貌似不可能之事終將成真。

探索頻道

可讀性……卡卡裏奧斯認為,將那些發展瞭量子力學的物理學傢們比作“改變世界的英雄”絕非溢美。誠如他所言,20世紀二三十年代,由幾位物理學傢發現的掌控原子與光,以及原子之間的相互作用的規律,不斷塑造和改變著我們賴以生存的世界。

《新科學傢》雜誌

物理學傢詹姆斯·卡卡裏奧斯藉用科幻小說,解釋瞭量子力學如何為今天的技術提供瞭理論支撐,從DVD播放器到核磁共振成像掃描儀……他預測,有朝一日,技術的突破可能會利用量子力學現象為我們帶來噴氣飛行背包,並實現時間旅行。

《自然》雜誌

量子力學仍然是一個復雜的領域,然而瞭解量子力學,就像瞭解莎士比亞或者憲法一樣,是獲得良好教育的必修課……關於量子力學,卡卡裏奧斯給齣瞭的一套令人愉快並且……風格奇特卻又閤理明智的解釋,避免瞭電視科學紀錄片式的過度簡化。

《柯剋斯書評》


“未來”曾兩度開啓:1900 年 12 月 14 日和 1928 年 8 月 26 日。

1900 年 12 月 14 日,馬剋斯·普朗剋在德國物理學會的例會上做瞭有關“紫外災難”問題解決方案的報告。他指齣,原子隻有在不連續躍遷的過程中纔會觸發能量損失。這一新的理論觀點推倒瞭多米諾骨牌中的塊,終在 20 世紀 20 年代中期將物理學引嚮量子力學這一新的發展領域。1928 年 8 月 26 日,在夏季之末,巴剋·羅傑斯在通俗科幻雜誌《驚奇故事》上完成瞭他的處女秀。

創刊於 1926 年的《驚奇故事》,是本專門刊載科幻故事的雜誌,齣版人雨果·根斯巴剋將此類故事命名為“科幻小說” 。該刊的座右銘是:“今日奇談怪論……明日冷酷現實”。普朗剋的突破性研究標誌著一個新興科學領域的誕生,它是一個屬於“書”的研究領域。而巴剋·羅傑斯的登場則開啓瞭極客們想象中的未來世界。(我在此聲明,作為一位癡迷於科幻小說和漫畫書的物理學,我既是書,又是極客。)a

20 世紀初,科學技術取得瞭迅猛發展,電報、電話和汽車的發明顛覆瞭我們的時空觀,技術使世界不斷濃縮。因此,《驚奇故事》的讀者在 1928 年會對個人飛行座駕和分解射綫的成功發明抱有期待, 也許不足為奇。

菲利普·弗朗西斯·諾蘭在他的中篇小說《大決戰——公元 2419 年》(Armageddon 2419 A. D.)中描寫瞭巴剋·羅傑斯的次冒險, 這篇小說發錶在《驚奇故事》雜誌的 1928 年 8 月刊上。次年,安東尼·羅傑斯這位 20 世紀兼 25 世紀的公民形象,以連環漫畫的形式被刊登在多傢報紙上,因此獲得瞭“巴剋·羅傑斯”的綽號。在探索斯剋蘭頓附近的一處廢棄礦洞時,前空軍軍官巴剋·羅傑斯因吸入瞭某種泄漏氣體而進入假死狀態,直到 25 世紀纔蘇醒,並且很快就適應瞭新時代的生活。諾蘭筆下這位去到未來的英雄,就像馬剋·吐溫筆下穿越迴到亞瑟王朝的康州美國佬一樣足智多謀。

在故事中,憑藉未來世界的武器和在次世界大戰中培養的軍事纔能,羅傑斯與一眾士兵共同抵抗來自亞洲的邪惡“匈奴”侵略者,這些侵略者在 22 世紀早期徵服瞭美國。事實上,20 世紀三四十年代刊登在通俗科幻雜誌上的很多故事中都存在兩種截然不同的態度:它們對未來科學技術的持續發展保持樂觀,對國際(或星係)關係的發展卻保持悲觀。


《奇妙的宇宙:從經典到前沿的物理探索》 一、 宇宙的尺度與我們的位置 本書將帶領讀者進行一場橫跨時空的思想漫遊,從我們腳下的日常世界,拓展到宇宙的最宏大結構,再深入到物質的最微小本質。我們首先要建立一個對“尺度”的深刻理解。人類的經驗受限於宏觀世界,牛頓的經典力學以驚人的準確性描述著行星的運行和物體的運動。但當我們把視野投嚮星辰大海,引力統治瞭一切,愛因斯坦的廣義相對論揭示瞭時空的彎麯與物質的深刻聯係。 我們將探討宇宙的起源——大爆炸理論的證據鏈條,從宇宙微波背景輻射(CMB)的均勻性與微小漲落,到星係紅移所揭示的宇宙加速膨脹。我們會解析暗物質和暗能量的概念,它們構成瞭宇宙總質量能量的約95%,卻至今仍籠罩在神秘的麵紗之下。讀者將瞭解到,我們所能直接觀測到的普通物質,不過是這龐大圖景中的一粒微塵。 二、 經典物理學的輝煌與局限 在進入前沿物理之前,我們必須迴顧那些奠定現代科學基石的理論。開普勒、伽利略和牛頓構建的經典物理學,是一套優雅、確定且高度可預測的理論體係。我們將詳細解析牛頓運動三定律在宏觀低速情況下的應用,理解能量守恒和動量守恒的普適性。 然而,任何偉大的理論都有其適用範圍。當我們將研究對象的速度提升到光速附近,經典力學開始失效。狹義相對論的誕生標誌著物理學的一場革命。時間膨脹、長度收縮、質能等價性(E=mc²)——這些奇特的結論,並非憑空臆造,而是從對光速恒定性的嚴格假設中推導齣來的必然結果。我們將通過具體的思想實驗,如著名的“雙生子佯謬”,來深入理解相對論對我們時空觀的顛覆。 隨後,我們將觸及熱力學和統計力學的世界。熵——這個描述係統混亂程度的量,不僅是經典熱力學的核心,也深刻影響瞭我們對時間方嚮的理解。為什麼時間總是嚮前流逝?熵增定律給齣瞭一個強有力的解釋。 三、 深入物質的微觀疆界 一旦我們深入原子和亞原子層麵,經典物理學的確定性便徹底瓦解。光是波還是粒子?物質的本質是什麼?這些古老的問題引領我們進入瞭20世紀初物理學最激動人心的領域。 我們將剖析普朗剋的量子化假設如何解釋黑體輻射,以及愛因斯坦如何利用光子概念解決瞭光電效應。這些現象錶明,能量的傳遞和交換是以不連續的“份”——量子——進行的。 接著,我們將認識到物質本身也錶現齣波的特性(德布羅意波),這徹底打破瞭我們對粒子和波的傳統二元認知。物質波的發現,為電子顯微鏡等技術的誕生奠定瞭理論基礎。 四、 概率的統治:非定域性的衝擊 在量子的世界裏,“確定性”被“概率”取代。我們將詳盡介紹哥本哈根詮釋的核心思想:波函數描述瞭粒子所有可能狀態的概率分布,而測量行為則會導緻波函數的坍縮,使粒子“選擇”一個確定的狀態。 這一轉變帶來瞭深刻的哲學睏境。不確定性原理(海森堡測不準原理)不再是技術限製,而是宇宙的基本屬性——我們無法同時精確知道一個粒子的位置和動量。 本書的亮點之一是對“量子糾纏”現象的深入探討。兩個或多個粒子在特定條件下關聯起來,無論它們相隔多遠,對其中一個粒子的測量會瞬間影響另一個粒子的狀態。愛因斯坦曾稱之為“鬼魅般的超距作用”,我們將梳理貝爾不等式實驗如何最終證實瞭量子力學的非定域性,證明瞭實在世界的關聯性遠超我們的日常直覺。 五、 粒子物理學的標準模型與展望 為瞭理解構成物質的基本單元,我們需要進入粒子物理學的領域。我們將介紹誇剋(上、下、奇、粲、底、頂)和輕子(電子、中微子等)的分類,以及它們如何通過強核力、弱核力、電磁力與引力相互作用。 標準模型是描述這些基本粒子及其相互作用的最成功的理論框架。我們將解析傳遞這些力的基本粒子——規範玻色子(光子、膠子、W和Z玻色子),並重點介紹希格斯機製如何賦予基本粒子質量,這是標準模型中至關重要的一環。 然而,標準模型並非終點。它未能解釋引力(尚未與量子力學完美融閤)、暗物質、暗能量以及中微子的質量問題。本書的最後部分將展望物理學的未來方嚮,包括弦理論、圈量子引力等試圖統一所有基本力的宏大嘗試。讀者將瞭解到,物理學的最前沿,依然充滿瞭未解之謎和等待發現的驚人規律。 結語:科學精神的頌歌 《奇妙的宇宙》不僅是一本物理學導論,更是一部關於人類好奇心、理性思維和不斷超越自身認知局限的精神史詩。我們探索的每一步,都是對自然界最深層奧秘的緻敬。閱讀本書,你將不僅獲得知識,更將培養一種審視世界的新視角——一個既宏大又精妙,既確定又充滿概率的奇妙宇宙。

用戶評價

評分

這本關於物理學的書,我簡直愛不釋手,它徹底顛覆瞭我對那些深奧概念的固有印象。作者的敘述方式就像一位技藝高超的魔術師,將原本晦澀難懂的原理,用一係列生動、甚至是有些齣人意料的比喻和故事串聯起來。我記得書中關於某種粒子行為的描述,一開始還以為是某種復雜的數學推導,結果他一下子跳到瞭一個日常生活中我每天都會遇到的場景,一下子就把那個抽象的概念給具象化瞭。這種講故事的能力,真的非常瞭不起,它讓你感覺自己不是在學習一門學科,而是在參與一場精彩絕倫的冒險。閱讀的過程中,我經常會忍不住停下來,迴味一下剛纔讀到的那個精妙的類比,那種“原來如此”的豁然開朗的感覺,是閱讀很多其他科普讀物時難以獲得的。它沒有那種高高在上的學術腔調,反而充滿瞭對世界運作機製的好奇和敬畏,讓人忍不住想一口氣讀完,去探索下一個未知的角落。那種文字的張力,簡直讓人欲罷不能。

評分

這本書最讓我印象深刻的一點,是它在處理那些看似“反直覺”的物理現象時所展現齣的那種無可匹敵的敘事力量。很多時候,科學的魅力恰恰來自於它對我們日常經驗的挑戰,但挑戰得太突兀,讀者就會産生抵觸心理。然而,這本書的作者卻非常善於鋪墊,他會先用你完全可以理解的常識建立起一個穩固的基石,然後,隻在你完全放鬆警惕的時候,悄悄地,但又無可辯駁地,引入那個顛覆性的概念。整個過程是如此的流暢自然,以至於你接受那個新穎的、甚至有些怪異的理論時,竟然毫無阻力,反而覺得這就是事物本該有的樣子。這種高超的引導技巧,使得閱讀體驗充滿瞭驚喜與信服力。

評分

不得不說,這本書的結構設計簡直是教科書級彆的典範,完全是為那些對科學懷有熱情卻又畏懼復雜公式的讀者量身定製的。它似乎深諳讀者的“痛點”,總是在你即將感到疲憊或睏惑的那個臨界點,精準地插入一段詼諧幽默的插麯或者一個極其形象化的類比,讓你瞬間恢復精神,甚至帶著笑意繼續前行。我特彆欣賞它在引入新概念時的那種循序漸進的節奏感,沒有那種“一口吃成胖子”的急躁,而是像一位耐心的嚮導,每走一步都幫你把腳下的路看清楚,再引你走嚮下一個風景。這種對閱讀體驗的極緻關懷,讓原本枯燥的理論知識變得如同探索一個充滿謎題的花園,每解開一個謎題,都有新的美景展現在眼前,讓人心曠神怡,完全沉浸其中,忘記瞭時間的流逝。

評分

我通常認為科普讀物在保持科學嚴謹性和大眾可讀性之間很難找到完美的平衡點,但這本書在這方麵展現齣瞭驚人的功力。它既沒有為瞭迎閤大眾而過度簡化,導緻核心思想失真,也沒有因為追求學術上的完美而變得佶屈聱牙。它像是在走鋼絲,但每一步都踩得穩穩當當。作者對於關鍵概念的闡述,那種深入骨髓的理解和錶達齣來的清晰度,讓人不得不佩服其深厚的學術底蘊。更妙的是,它在不犧牲深度的前提下,成功地將那些宏大、甚至有些形而上的物理學概念,轉化成瞭可以被普通人清晰感知和思考的框架。讀完之後,你會覺得自己的思維被拓寬瞭,看待世界的方式也多瞭一種全新的、更具層次感的濾鏡。

評分

翻開這本書的感受,就像是收到瞭一封來自一位充滿智慧的長者的私信,語氣親切、見解獨到,而且充滿瞭對年輕一代探索精神的鼓勵。它的語言風格帶著一種特有的、略顯古樸的優雅,但絕不老套,反而賦予瞭嚴肅的科學話題一種跨越時代的魅力。在某些章節,我甚至能感受到作者在文字背後那種沉思良久後的那種豁達與幽默,他似乎在用一種過來人的姿態,邀請我們一起分享他對宇宙奧秘的震撼與喜悅。這種情感上的共鳴,遠超瞭一般的知識傳遞,它激發瞭一種更深層次的求知欲,讓人在閤上書本之後,依然會不自覺地思考書中的那些奇妙現象,甚至開始對日常生活中不經意的小事産生科學的聯想。

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