从量子到宇宙

从量子到宇宙

颠覆人类认知的科学之旅

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作品简介

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。

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。

作品目录

  1. 作者简介
  2. 内容简介
  3. 自序
  4. 1 光的本性之争:光是粒子还是波?
  5. 1.1 惠更斯的波动学说
  6. 1.2 牛顿的粒子学说
  7. 1.3 杨氏双缝干涉实验
  8. 1.4 泊松的乌龙球
  9. 1.5 光就是电磁波
  10. 2 电磁波能量谜团:能量竟然不连续?
  11. 2.1 黑体辐射谜团
  12. 2.2 光电效应谜团
  13. 2.3 原子光谱谜团
  14. 2.4 石破天惊的量子化假设
  15. 3 量子化与连续性之辩
  16. 3.1 芝诺悖论:你能追上乌龟吗?
  17. 3.2 玄而又玄的无穷
  18. 3.3 时空是量子化的
  19. 3.4 运动是连续的吗?
  20. 3.5 量子化才是世界的本质
  21. 4 光的波粒二象性
  22. 4.1 爱因斯坦的光子理论
  23. 4.2 光子理论是牛顿粒子论的回马枪吗?
  24. 4.3 原子能量量子化与原子光谱
  25. 4.4 量子理论与光的本性
  26. 5 爱因斯坦的疑问:什么是光子?
  27. 5.1 光与电磁波:剪不断理还乱
  28. 5.2 波动光学与量子光学:为什么有两种?
  29. 5.3 光的偏振:光子也会思考吗?
  30. 5.4 光速不变:相对中的绝对
  31. 5.5 静止质量为零:有还是没有?
  32. 6 实物粒子的波粒二象性
  33. 6.1 德布罗意的惊人假设
  34. 6.2 实物粒子波动性的观察
  35. 6.3 实物粒子的双缝干涉实验
  36. 6.4 德布罗意波的应用
  37. 7 量子力学的建立
  38. 7.1 薛定谔的波动力学
  39. 7.2 概率构成的物质波
  40. 7.3 玻尔的对应原理
  41. 7.4 海森堡的矩阵力学
  42. 7.5 量子力学正式建立
  43. 7.6 概率论与决定论的争论:上帝掷骰子吗?
  44. 8 单个粒子的波粒二象性
  45. 8.1 单个电子的双缝干涉实验
  46. 8.2 概率波与概率幅
  47. 8.3 观察电子的轨迹
  48. 8.4 跟人类捉迷藏的电子
  49. 9 量子力学正统解释:哥本哈根解释
  50. 9.1 不确定原理
  51. 9.2 互补原理
  52. 9.3 叠加态:人为测量竟如此重要?
  53. 9.4 波函数坍缩
  54. 附录 量子计算机
  55. 10 神奇的量子隧道效应
  56. 10.1 隧道效应:穿墙而过不是梦
  57. 10.2 扫描隧道显微镜
  58. 11 独辟蹊径的路径积分
  59. 11.1 路径积分:所有路径求和
  60. 11.2 路径积分对双缝实验的解释
  61. 11.3 路径积分的广泛应用
  62. 11.4 费曼图:物理学家的看图说话
  63. 12 坚持决定论的隐变量理论
  64. 12.1 德布罗意的导波理论
  65. 12.2 玻姆的量子势理论
  66. 13 量子力学的其他解释
  67. 13.1 意识论:我思故我在?
  68. 13.2 热力学不可逆过程
  69. 13.3 退相干理论
  70. 13.4 GRW理论
  71. 13.5 多世界理论:人人都能创造平行宇宙
  72. 14 人类和光子的博弈
  73. 14.1 单光子偏振实验
  74. 14.2 单光子广角干涉实验
  75. 14.3 单光子延迟选择实验
  76. 14.4 量子擦除实验
  77. 15 幽灵般的超距作用:纠缠态之谜
  78. 15.1 玻尔与爱因斯坦过招
  79. 15.2 EPR佯谬:纠缠态登场
  80. 15.3 纠缠态的实验证明
  81. 15.4 GHZ三粒子纠缠
  82. 15.5 量子隐形传态:超空间传送能实现吗?
  83. 16 原子内部的世界
  84. 16.1 古人的物质组成观点
  85. 16.2 原子论的胜利
  86. 16.3 原子还不是最小
  87. 16.4 原子内部结构
  88. 16.5 原子结构的初期模型
  89. 16.6 电子云:电子在哪儿?
  90. 16.7 电子云节面之谜
  91. 16.8 电子的自旋
  92. 16.9 电子自旋之谜
  93. 17 组成世界的基本粒子
  94. 17.1 物质的镜像:反物质
  95. 17.2 宇宙隐形人:中微子
  96. 17.3 世界的基石:夸克
  97. 17.4 世界的基石:轻子
  98. 17.5 四种基本力和力的传递粒子
  99. 17.6 上帝粒子:希格斯粒子
  100. 17.7 标准模型
  101. 附录 高速粒子对狭义相对论的检验
  102. 18 宏观量子现象:玻色-爱因斯坦凝聚
  103. 18.1 费米子与玻色子
  104. 18.2 泡利不相容原理
  105. 18.3 玻色−爱因斯坦凝聚
  106. 18.4 液氦超流现象
  107. 19 量子场论
  108. 19.1 场与粒子的统一
  109. 19.2 粒子的产生与转化
  110. 19.3 真空里隐藏的奥秘
  111. 19.4 再析费曼图:时间能倒流吗?
  112. 19.5 量子电动力学:精确度惊人的预测
  113. 19.6 量子色动力学:夸克禁闭
  114. 20 超弦理论:万物至理?
  115. 20.1 统一理论的探索
  116. 20.2 宇宙的琴弦:超弦理论
  117. 20.3 M理论:终极理论?
  118. 20.4 平行宇宙
  119. 附录 是否存在交叉宇宙?
  120. 21 宇宙大爆炸
  121. 21.1 膨胀的宇宙
  122. 21.2 广义相对论与宇宙学
  123. 21.3 宇宙理论的发展
  124. 21.4 宇宙的演化
  125. 21.5 恒星的演化
  126. 21.6 暗物质与暗能量之谜
  127. 21.7 时空的颤抖:引力波
  128. 后记
  129. 参考文献
载入中

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