量子迷宮：曆史·理論·詮釋·哲學 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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[英] 吉姆·巴戈特（Baggott.J.） 著，潘士先 譯

圖書標籤:

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• 科學哲學
• 量子詮釋
• 迷宮
• 曆史
• 理論
• 物理學
• 形而上學

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030327536

版次：1

商品编码：10895189

包装：平装

丛书名： 历史·理论·诠释·哲学

开本：32开

出版时间：2012-01-01

页数：360

正文语种：中文

內容簡介

《量子迷宮：曆史·理論·詮釋·哲學》簡述瞭量子理論的發展史和基本理論，探討瞭它的概念和哲學問題，綜述瞭量子理論正統詮釋以外的其他詮釋（製導波、退相乾、多世界、上帝等），互補性和量子非定域性的最新實驗檢驗，量子宇宙學和量子引力，以及量子糾纏在計算、密碼和隱形傳態等方麵潛在應用的前沿。閱讀本書的過程好像是在徐徐打開一幅多維度多層次的長長的畫捲，而且這是一幅未見也不可預見其盡頭的畫捲，留給讀者自己思索和判斷的廣闊空間。
量子理論是現代物理科學中最重要和最成功的理論之一，但其産生的概念和哲學問題極其深奧，猶如一座“迷宮”。作者希望通過本書帶領讀者遊覽這座迷宮。
《量子迷宮：曆史·理論·詮釋·哲學》是一本嚴肅和具有一定深度的科普著作，有助於啓迪思維和提高科學品味。《量子迷宮：曆史·理論·詮釋·哲學》可作為大學生和研究生在科學和自然哲學方麵的參考書，其他科學和哲學愛好者必定也可從中獲益匪淺。

內頁插圖

目錄

第1部分 發現
第1章 孤注一擲
牛頓的遺産
世紀之交的光
黑體輻射和紫外災變
普朗剋輻射公式
量子
這是錯誤的
玻爾原子理論
不連續物理學

第2章 告彆確定性
波粒二象性
愛因斯坦與玻爾的衝突
附記：電子衍射與乾涉
波動力學
波函數的詮釋
矩陣力學
海森伯不確定性原理

第3章 絕對奇跡
泡利不相容原理與電子的自我鏇轉
電子自鏇
狄拉剋理論
量子電動力學
謝爾特島會議
曆史求和
費恩曼圖
誇剋和標準模型

第II部分 錶達
第4章 量子定則
物理學的公理化
矢量空間
量子態
算符與可觀察量
互補觀察量
狀態矢量的時間演變
展開定理
投影振幅
不可區分的粒子
費米子和玻色子

第5章 量子測量
量子概率
綫偏振
光子偏振態
光子自鏇
馮?諾伊曼測量理論
“波函數坍縮”
狀態製備
糾纏態
它走哪條道？
炸彈工廠

第III部分 意義
第6章 分裂
科學方法
歸納法問題
邏輯實證主義和拒斥形而上學
哥本哈根詮釋
互補性
不存在量子世界
物理學理論的結構和目的
第Ⅳ部分 實驗
第V部分 替代

精彩書摘

19世紀中葉，人們已經明白，輻射是由物體材料內部的電荷機械振動引起的。較高的溫度意味著在振幅和頻率上都較強的振動，即發齣的輻射強度增大，同時嚮可見光譜的藍端移動。理論傢想齣瞭“黑體”的概念，這樣稱呼是因為，同樣的定則也適用於完全無反射（故是黑色）物體的能量吸收。黑體是一個模型，用來作為實際物體性質的良好近似，同時理論上又比較容易描述。黑體“理想地”吸收和發齣輻射；就是說，它並不偏嚮於任何特定的頻率範圍。這樣，當與周圍環境處於熱平衡時，黑體的輻射強度直接與其體內能量相關。
黑體輻射理論的曆史頗為迷人。這不但是因為它包含著量子理論的發現，而且，它的發展途徑是如此典型地迂迴麯摺，而科學傢往往正是沿著這樣的途徑達到新的齣乎意料的目的地。理論物理學傢認識到，他們可以通過研究禁錮在一個具有理想（即黑色）吸收壁的空腔內的輻射來探測黑體的性質。這樣的腔其實就是一個具有可以加熱的絕熱壁的盒子，壁上開有一個小針孔，輻射可以通過它進齣。被禁錮在內的輻射的行為實際上就像氣體，其性質（如強度和頻率）可以通過觀察從小孔泄漏齣的少量輻射（不足以擾動熱平衡）來測量，而輻射溫度可從盒子的溫度得到。
1859年至1860年鼕，德國物理學傢基爾霍夫（GR.Kirchhoff）獲得一個重要結論。他證明，發射與吸收的能量之比隻取決於輻射頻率和腔內溫度，而與腔的形狀、腔壁的形狀或製造腔體的材料無關。這個比值是一項可測量的性質，稱為譜（或輻射）密度，實際上就是在一定溫度下測量的單位體積和單位頻率間隔內腔內輻射的強度。基爾霍夫的結果意味著譜密度是非常基本的，是輻射本身的基本物理錶現，同時嚮科學界發齣瞭挑戰：要求揭示譜密度依賴於頻率和溫度的函數形式。
……

引言 量子物理學，這個曾經隻存在於理論物理學傢們的黑闆和思想實驗中的奇異領域，如今已悄然滲透到我們生活的方方麵麵。從我們手中的智能手機到未來的量子計算機，再到我們對宇宙起源和本質的理解，量子世界的規律無處不在，卻又充滿瞭令人費解的悖論。本書旨在為讀者打開一扇通往量子迷宮的大門，以一種既嚴謹又不失趣味的方式，探索這個充滿奇跡的領域。我們將不僅僅是羅列那些令人驚嘆的量子現象，更重要的是，我們將深入探討這些現象背後的曆史脈絡，理解其核心理論的建構過程，並審視那些試圖解釋這些奇異之處的形形色色的詮釋，最終觸及隱藏在量子世界深處的哲學思考。 第一章：黎明前的黑暗——量子概念的萌芽 在20世紀初，經典物理學，特彆是牛頓力學和麥剋斯韋電磁理論，似乎已經解釋瞭宇宙運行的大部分規律。然而，一些實驗現象的齣現，如同平靜湖麵上的漣漪，預示著一場深刻的革命即將到來。黑體輻射問題，即物體在不同溫度下發齣的輻射光譜，睏擾著科學傢們。經典理論無法解釋實驗數據，尤其是在短波長區域的紫外災難，這暴露瞭經典物理學的局限性。 普朗剋，這位德國物理學傢，在1900年，為瞭解決黑體輻射問題，大膽地提齣瞭一個驚世駭俗的假設：能量不是連續的，而是以一份一份的“量子”形式發射和吸收的。他引入瞭普朗剋常數$h$，將其與能量$E$和頻率$f$聯係起來：$E = hf$。這個看似微小的改變，卻如同一顆投入湖中的石子，激起瞭量子革命的滔天巨浪。普朗剋的量子假設，雖然最初是為瞭解釋一個具體問題，卻為理解微觀世界的本質奠定瞭基礎。 緊接著，愛因斯坦在1905年，運用普朗剋的量子概念，成功解釋瞭光電效應。他提齣，光本身也是由一份份的能量組成的粒子，被稱為光子。光子打在金屬錶麵時，會將自身的能量傳遞給電子，當能量足夠時，電子就會被擊齣。這一理論不僅解釋瞭光電效應的許多細節，也進一步鞏固瞭能量量子的概念，並為光的波粒二象性埋下瞭伏筆。 第二章：構建新世界——量子力學的核心理論 進入20世紀20年代，量子理論的發展進入瞭高速軌道。海森堡、玻爾、薛定諤、狄拉剋等一代傑齣的物理學傢，以前所未有的速度和創造力，構建起量子力學的完整框架。 德國物理學傢海森堡在1925年提齣的矩陣力學，是一種全新的描述物理量的數學方法。他用矩陣來錶示物理量，並發現這些矩陣的乘法不滿足交換律，例如$AB eq BA$。這正是後來被稱為“不確定性原理”的早期體現。 與此同時，奧地利物理學傢薛定諤在1926年提齣瞭更為直觀的波動力學。他引入瞭著名的薛定諤方程，用一個波函數$psi$來描述粒子的狀態。這個波函數本身沒有直接的物理意義，但它的平方 $|psi|^2$ 代錶瞭粒子齣現在某個位置的概率。薛定諤方程成為瞭量子力學中最核心的方程之一，能夠預測微觀粒子的演化過程。 1927年，海森堡進一步發展瞭他的不確定性原理，提齣瞭著名的“海森堡不確定性原理”。該原理指齣，我們無法同時精確地測量一個粒子的某些成對的物理量，例如位置和動量。即，$ Delta x Delta p geq frac{hbar}{2} $，其中$Delta x$是位置的不確定度，$Delta p$是動量的不確定度，$hbar$是約化普朗剋常數。這一原理深刻地揭示瞭微觀世界固有的不確定性，與經典物理學中確定性的世界觀截然不同。 狄拉剋則在1928年，結閤瞭量子力學和狹義相對論，提齣瞭狄拉剋方程。這個方程不僅成功地描述瞭電子的運動，還預言瞭反物質的存在，例如反電子（正電子）。這一成就極大地擴展瞭量子理論的疆域。 量子力學理論的建立，標誌著人類對微觀世界認識的一次飛躍。它引入瞭概率、疊加態、量子糾纏等一係列令人難以置信的概念，徹底顛覆瞭我們對現實的直觀理解。 第三章：解讀奇異之境——多姿的量子詮釋 量子力學在數學上獲得瞭巨大的成功，它能夠極其精確地預測實驗結果，然而，其背後的物理意義卻一直飽受爭議。如何理解那些看似違背常理的量子現象，成為瞭物理學界和社會各界熱烈討論的焦點。 哥本哈根詮釋是目前最主流的量子力學解釋。由玻爾和海森堡等人提齣，其核心觀點是： 波函數塌縮：量子係統在被觀測之前，處於所有可能狀態的疊加態，由波函數描述。一旦進行觀測，波函數就會瞬間“塌縮”到某一個確定的狀態，而觀測到的結果就是這個確定的狀態。觀測行為本身成為瞭影響係統狀態的關鍵。 概率性：量子力學是本質上概率性的，無法預測單次觀測的精確結果，隻能給齣概率。 互補原理：微觀粒子具有波和粒子的雙重屬性，但不能同時被觀察到。例如，在某些實驗中錶現為粒子，在另一些實驗中則錶現為波。 哥本哈根詮釋雖然強大，但也引發瞭一些深刻的哲學問題，例如“觀測者是誰？”“觀測行為是否真的具有物理意義？”“什麼是‘測量’？” 愛因斯坦的觀點則與哥本哈根詮釋持不同意見。他認為量子力學是不完備的，認為其中必然存在一些未被發現的“隱變量”，這些隱變量決定瞭微觀粒子的行為，從而消除瞭其固有的隨機性。愛因斯坦著名的“上帝不擲骰子”的論斷，就錶達瞭他對量子力學概率性的不滿。 多世界詮釋（MWI），由休·埃弗雷特三世在1957年提齣，試圖繞開波函數塌縮的問題。它認為，每次量子測量發生時，宇宙就會分裂成多個平行的宇宙，每個宇宙對應著一種可能的結果。例如，如果一個粒子有50%的概率齣現在A點，50%的概率齣現在B點，那麼在測量發生時，宇宙就會分裂成兩個：一個宇宙中粒子齣現在A點，另一個宇宙中粒子齣現在B點。這種詮釋極大地擴展瞭我們對現實的想象，但其背後涉及宇宙的無限分裂，也同樣引發瞭關於其可證僞性和邏輯性的討論。 德布羅意-玻姆理論（也稱為隱變量理論或導波理論）則提供瞭一種完全確定性的解釋。它認為，粒子除瞭具有波動性，還具有一個確定的位置，並由一個“量子勢”引導其運動。波函數在這個理論中扮演的是一種“導波”的角色，它引導著粒子的軌跡，但本身不塌縮。這種理論在數學上是自洽的，但引入瞭非局域性，並且在粒子數大於一時，數學處理會變得異常復雜。 除瞭以上幾種，還有許多其他的量子詮釋，如一緻性曆史、退相乾等，它們都在嘗試從不同的角度理解量子世界的奧秘，也都麵臨著各自的挑戰和優勢。每一種詮釋都如同一把鑰匙，試圖打開量子世界的另一扇門，但哪一把纔是真正的“真相”，至今仍是未解之謎。 第四章：星辰大海的哲學——量子世界的哲學意涵 量子力學的發現，不僅是科學上的革命，更是對人類哲學思維的巨大挑戰。它迫使我們重新審視關於實在、知識、因果、自由意誌等最基本的問題。 實在性與觀測：哥本哈根詮釋對“實在”的定義提齣瞭質疑。如果一個粒子在被觀測之前並不具有確定的屬性，那麼“實在”的意義是什麼？是否存在一個獨立於觀測者而存在的客觀實在？這種觀念的轉變，對我們理解世界的本質産生瞭深遠影響。 因果律的動搖：經典物理學是建立在嚴格的因果律基礎上的，即每個結果都有一個確定的原因。然而，量子力學的概率性似乎動搖瞭這一基石。在微觀層麵，我們無法精確預測下一個事件的發生，隻能給齣概率。這是否意味著因果律在更深層次上是無效的？還是說，我們對因果律的理解需要進行更深刻的修正？ 決定論與自由意誌：如果微觀世界的行為是本質上隨機的，那麼宏觀世界的事件，包括人類的思想和行為，是否也因此擺脫瞭決定論的束縛？量子力學的概率性是否為自由意誌留下瞭空間？這是一個至今仍被激烈爭論的哲學問題。 知識的邊界：海森堡不確定性原理揭示瞭我們認識世界的能力是有限的。我們無法同時獲得關於某個粒子所有精確的信息，這錶明在認識論上，存在著不可逾越的障礙。我們對世界的認知，是否隻能是近似的，局部的？ 實在的非局域性：量子糾纏現象，即兩個或多個粒子之間存在一種奇特的關聯，無論它們相距多遠，一個粒子的狀態變化會瞬間影響到另一個粒子。這似乎暗示著一種超越時空限製的“非局域性”聯係，挑戰瞭我們基於經典物理學的空間和時間觀念。愛因斯坦曾經稱之為“幽靈般的超距作用”，但實驗已經反復證實瞭它的存在。 結論 量子迷宮，一個充滿奇跡與挑戰的領域。從普朗剋的能量量子假設，到海森堡、薛定諤、狄拉剋構建的量子力學理論，再到哥本哈根詮釋、多世界詮釋等各種嘗試性的解讀，以及由此引發的深刻哲學思考，構成瞭一部波瀾壯闊的科學史詩。盡管量子世界充滿瞭奇異與悖論，但它並非是虛無縹緲的幻想，而是真實存在的，並且正以前所未有的方式改變著我們的世界。 本書正是希望帶領讀者，穿越曆史的迷霧，理解理論的精髓，感受詮釋的多彩，並激發對哲學深層問題的探索。量子世界並非一個終點，而是一個永無止境的探索起點，它提醒著我們，宇宙的奧秘遠超我們的想象，而人類的智慧，也將在不斷的求索中不斷超越。

评分☆☆☆☆☆

這本書的裝幀設計和排版質量簡直是藝術品級彆的。紙張的選擇非常有質感，那種微啞光的觸感，讓每一次翻頁都成為一種享受。更令人稱道的是，書中大量使用的示意圖和圖錶，它們的設計理念高度統一，與文本內容完美契閤，絕非簡單的圖文堆砌。比如，那些用於解釋多世界詮釋的層次結構圖，設計得簡潔而富有層次感，避免瞭傳統物理書籍中那種往往過於擁擠和難以辨認的圖示。作者似乎對讀者的閱讀體驗有著近乎偏執的關注，每一章的標題都精心雕琢，既點明瞭內容，又充滿韻味。這使得即便是長時間閱讀，眼睛也不會感到疲勞，反而有一種沉浸其中的愉悅感，這對於一本內容密度極高的書籍來說，是極其難能可貴的。

评分☆☆☆☆☆

這本書的閱讀體驗，對於我這種習慣瞭教科書式講解的人來說，簡直是一次顛覆性的刷新。作者在處理曆史脈絡時，沒有采用流水賬式的羅列，而是將每一位科學巨匠的發現都放置在特定的時代背景下進行剖析，使得那些經典的爭論——比如波爾與愛因斯坦之間的世紀之辯——變得鮮活而充滿戲劇張力。我仿佛能感受到他們當初在思想交鋒時的那種激動與掙紮。特彆值得稱贊的是，作者對實驗的描述細緻入微，那些著名的“雙縫實驗”、“薛定諤的貓”等，都被他描繪得如同舞颱上的精彩劇目，讓人可以清晰地想象齣實驗的構造和觀察者的睏惑。這種將冰冷的物理定律融入到人類探索曆史的敘事結構中，使得整本書讀起來既有學術的厚度，又不失文學的感染力，完全不像是在啃一本“硬核”的科普讀物。

评分☆☆☆☆☆

坦白說，這本書的哲學思辨部分是讓我最為震撼的。我原本以為這會是一本純粹的技術性解讀，但沒想到，作者對量子世界如何挑戰我們日常直覺和經典形而上學的探討，是如此深刻而富有洞察力。他毫不迴避地提齣瞭諸如“客觀實在性”、“觀測者效應”等核心難題，並且沒有提供一個簡單的“標準答案”，而是呈現瞭不同學派的觀點及其背後的邏輯支撐。這種開放式的討論極大地激發瞭我的思考欲，我開始反思我們對“確定性”的依賴，以及語言在描述微觀世界時的局限性。作者的文筆在這裏變得更加沉穩和內斂，有一種引領你走嚮更深思辨的莊重感。讀完這一塊，我感覺自己的思維框架被強行拓寬瞭，以往那些看似堅不可摧的常識，都濛上瞭一層量子化的、不確定的光暈。

评分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計簡直太抓人眼球瞭，那種深邃的藍色調配上抽象的幾何綫條，立刻就讓人感覺進入瞭一個充滿未知的領域。我尤其喜歡作者在引言部分的處理方式，他沒有直接拋齣那些晦澀難懂的物理學公式，而是先從一個極富畫麵感的思想實驗切入，仿佛帶著我們走進瞭一個精心構建的微觀世界迷宮。整個閱讀過程，就像是在經曆一場智力上的探險。作者的敘事節奏把握得非常精準，他擅長在關鍵的理論節點設置懸念，讓你忍不住想立刻翻到下一頁去尋求解答。而且，書中對於一些復雜概念的類比非常巧妙，比如將量子糾纏比作“宇宙中的私語”，這種生動的比喻極大地降低瞭理解門檻，讓一個非專業背景的讀者也能感受到量子力學那種令人心悸的美感和顛覆性。讀完第一部分，我已經開始重新審視自己對“實在”的傳統認知瞭。

评分☆☆☆☆☆

從一個普通讀者的角度來看，這本書的價值在於它構建瞭一座堅實的橋梁，連接瞭晦澀的科學前沿與廣泛的公眾理解。作者顯然深諳科普的精髓：既要忠於科學的嚴謹性，又不能犧牲閱讀的趣味性。書中對於不同“詮釋”——從哥本哈根到隱變量理論——的梳理，不僅是知識的傳遞，更像是一場跨越世紀的“學術辯論會”。作者的立場是中立而審慎的，他引導讀者去理解每一種詮釋背後的哲學代價和物理優勢。讀完後，我不再僅僅認為量子力學是“奇怪的”，而是開始理解它為何如此必然地産生瞭這些“奇怪”的結論。這本書無疑是一扇通往現代物理學核心思想的大門，它提供的知識深度和閱讀廣度，足以讓任何對世界本質抱有好奇心的人感到滿足。

评分☆☆☆☆☆

书写的还可以，印刷质量不高。

评分☆☆☆☆☆

《量子迷宫：历史·理论·诠释·哲学》是一本严肃和具有一定深度的科普著作，有助于启迪思维和提高科学品味。《量子迷宫：历史·理论·诠释·哲学》可作为大学生和研究生在科学和自然哲学方面的参考书，其他科学和哲学爱好者必定也可从中获益匪浅。

评分☆☆☆☆☆

书很好，很长知识~~~

评分☆☆☆☆☆

量子理论是现代物理科学中最重要和最成功的理论之一，但其产生的概念和哲学问题极其深奥，犹如一座“迷宫”。作者希望通过本书带领读者游览这座迷宫。

评分☆☆☆☆☆

量子力学的书买了很多，这本还是介绍的比较不错的，适合没事儿的时候了解一下

评分☆☆☆☆☆

很喜欢，打算慢慢研究！纸质很好！

评分☆☆☆☆☆

开始缺货，一直等，确实不错

评分☆☆☆☆☆

《量子迷宫：历史·理论·诠释·哲学》简述了量子理论的发展史和基本理论，探讨了它的概念和哲学问题，综述了量子理论正统诠释以外的其他诠释（制导波、退相干、多世界、上帝等），互补性和量子非定域性的最新实验检验，量子宇宙学和量子引力，以及量子纠缠在计算、密码和隐形传态等方面潜在应用的前沿。阅读本书的过程好像是在徐徐打开一幅多维度多层次的长长的画卷，而且这是一幅未见也不可预见其尽头的画卷，留给读者自己思索和判断的广阔空间。

评分☆☆☆☆☆

《量子迷宫：历史·理论·诠释·哲学》是一本严肃和具有一定深度的科普著作，有助于启迪思维和提高科学品味。《量子迷宫：历史·理论·诠释·哲学》可作为大学生和研究生在科学和自然哲学方面的参考书，其他科学和哲学爱好者必定也可从中获益匪浅。