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出版者:科学出版社

作者:郁伟中

出品人:

页数:489

译者:

出版时间:2002-1

价格:38.00元

装帧:

isbn号码:9787030103079

丛书系列:

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《量子纠缠与时空几何的交织》 一、本书概述与核心思想 本书深入探讨了量子信息理论、广义相对论以及新兴的引力量子化理论之间的复杂关联与潜在统一路径。我们不再将时空视为牛顿式的绝对背景，而是将其视为一种由物质和能量（包括量子场）动态决定的结构。本书的核心论点是：时空几何的微观结构，特别是在普朗克尺度上的表现，可能与量子纠缠的拓扑性质存在深刻的、数学上可被精确描述的对应关系。 我们将引导读者从基础的量子力学概念出发，逐步构建起理解信息如何在量子态中编码以及如何在弯曲时空中传播的框架。重点将放在如何利用信息论的工具，如冯·诺依依曼熵、量子保真度以及纠缠熵，来探究黑洞热力学、虫洞的存在性限制，以及宇宙学暴胀阶段的量子涨落如何转化为宏观的宇宙结构。 二、第一部分：量子信息学的几何基础 本部分首先奠定坚实的数学和物理基础。我们详尽回顾了量子信息论的基本概念，包括量子比特、量子门操作、密度矩阵描述，以及衡量纠缠程度的关键指标（如纠缠熵、对合熵）。随后，我们将视角转向微分几何，复习李群、纤维丛、联络以及黎曼张量，为后续引入时空曲率做准备。 一个关键章节将致力于“量子信息几何”——即如何将量子态空间视为一个具有特定度量的流形。我们将详细分析Fubini-Study度规在描述量子态演化和区分不同量子态时的有效性，并讨论如何利用这些几何工具来理解量子失相（Decoherence）的物理过程，将其视为信息在环境中的耗散而非简单的能量损失。 三、第二部分：引力与纠缠的张力 这是本书的理论核心。我们将引入并深入分析近年来理论物理学中最具革命性的概念之一：ER=EPR猜想。 1. 爱因斯坦-罗森桥（虫洞）与爱因斯坦-波多尔斯基-罗森（量子纠缠）的等价性： 我们将细致考察这个猜想的数学形式和物理含义。ER桥是连接时空中不同区域的拓扑结构，而EPR描述的是远距离量子态之间的强关联。本书论证了，如果两个黑洞的视界面之间存在一条可穿越的虫洞，那么它们内部的量子态必须处于最大纠缠态。我们将展示如何通过最小作用量原理（或更精确地说，通过量子信息论的约束）来推导出这种连接。 2. 黑洞信息悖论的新视角： 传统的观点认为黑洞蒸发会丢失信息。我们利用纠缠的视角重新审视霍金辐射。我们将详细分析“火墙”假说及其在信息守恒上的困难。核心观点是：如果我们将黑洞视界面附近的量子场视为一个巨大的纠缠系统，那么视界面上的量子态必然遵循一个严格的单性约束（Unitarity），这迫使我们重新思考时空边界处的物理学。我们将引入AdS/CFT对应关系作为分析工具，特别是探讨“张量网络”模型如何编码弯曲时空的信息内容。 3. 纠缠熵与时空面积： 深入分析“极大曲面与纠缠熵”（Ryu-Takayanagi公式及其修正）。该公式建立了量子场论中的纠缠熵与引力理论中极小曲面的几何面积之间的直接关系。本书将展示，正是这种关系暗示了“纠缠是构建时空的基本砖块”的深刻理念。我们将讨论如何通过计算纠缠熵的微小变化来预测时空结构在微扰下的响应。 四、第三部分：时空几何的量子拓扑学 本部分超越了局部场论的描述，着眼于宇宙学尺度的拓扑结构，以及量子效应如何影响这些结构。 1. 量子引力中的“涌现”时空： 我们探讨了自旋泡沫模型（Spin Foam Models）和圈量子引力（Loop Quantum Gravity）中对时空离散性的描述。这些理论认为时空在普朗克尺度上并非连续的，而是由离散的“量子”组成。本书侧重于解释这些离散结构如何通过纠缠的涌现机制，在宏观尺度上表现为平滑的四维时空。特别是，我们将分析“量子体积算符”与时空拓扑变化的关联。 2. 量子拓扑与可观测性： 我们研究了在极早期宇宙中，量子涨落如何通过拓扑缺陷（如宇宙弦、领域壁等）被“冻结”下来，并成为今天宇宙微波背景辐射中各向异性的种子。我们将展示如何利用非阿贝尔霍尔效应的拓扑保护机制，来理解这些早期宇宙中的拓扑信息是如何在膨胀过程中被保留和读取的。 3. 信息与时空动力学： 最终，本书提出了一个框架，试图将引力场方程（爱因斯坦场方程）重新诠释为信息平衡的方程。如果时空的曲率（几何）是系统信息（纠缠）的度量，那么时空的演化就必须遵循某种最大信息熵增的原理，这与热力学第二定律高度相似。我们将在这一部分探讨“暗能量”是否可以从时空边界或信息耗散中获得新的解释。 五、结论与展望 本书在最后总结了当前理论的成功之处，特别是对黑洞物理学的强大解释力，同时也坦诚地指出了未解决的难题，例如如何构造一个完整的、非扰动的量子引力理论，以及如何将量子信息论中的“可观测性”严格地引入弯曲时空中的动力学描述。本书旨在为研究人员和高阶学生提供一个跨越传统学科界限的综合视角，激发对时空本质的全新思考。

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这本书的插图和示意图质量，简直是教科书级别的典范。我以前阅读过一些同类主题的书籍，常常因为插图模糊不清、标注混乱而感到沮丧，但这本书在这方面做得无懈可击。每一个关键的实验设置图、每一个理论模型的可视化展示，都清晰锐利，色彩的运用也极为克制和专业，仅仅是为了突出重点。比如，其中一处关于粒子相互作用的示意图，用不同深浅的色块区分了能量级别的差异，那种立体感和信息密度，比单纯的文字描述要有效得多。这些图表不仅仅是装饰品，它们本身就是叙事的一部分，有力地支撑着文字的论述。我甚至怀疑，作者在撰写文字的同时，可能已经将这些图示在脑海中完成了三维建模，才能如此精准地将其二维化呈现出来，这种对视觉传达的重视，实在值得称赞。

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从我初步翻阅的目录结构来看，这本书的逻辑组织严密得令人赞叹。它似乎并没有采取那种平铺直叙、堆砌公式的传统物理教材写法，而是更倾向于构建一个清晰的知识脉络。我看到它首先从宏观的背景铺陈开始，引导读者进入一个特定的研究领域，这种“引人入胜”的开场，对于我们这些非专业背景但又渴望了解深层理论的读者来说，简直是福音。随后，它迅速过渡到核心概念的解析，我注意到它用了大量的对比和类比手法来阐释那些抽象的物理现象，这一点非常人性化。尤其是关于理论基础的阐述部分，没有一股脑地抛出复杂的数学推导，而是先给出直观的物理图像，这极大地降低了初次接触该领域知识的门槛。这种层层递进、循序渐进的编排方式，显示出作者对读者心智模型的深刻理解，他们显然知道如何把“硬核”的内容，转化成易于消化的知识块，而不是让人望而却步的定理集合。

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这本书的装帧设计着实让人眼前一亮，那种略带磨砂质感的封面，配上深邃的蓝色调，立刻就给人一种专业而又不失深度的感觉。我尤其喜欢封面上那行烫金的字体，在光线下微微闪烁，虽然内容我还没来得及细读，但仅仅是摆在书架上，它就散发出一种知识的重量感。我记得我是在一个独立书店的角落里发现它的，当时周围都是些文学和历史类的书籍，这本书的出现显得格外突出，仿佛一个沉静的灯塔，吸引着我的目光。那种设计上的匠心，预示着内文排版和图表展示也必然是经过精心打磨的，这对于一本涉及前沿物理概念的书籍来说至关重要。我甚至花了好一阵子研究了一下书脊上的ISBN码和作者信息，感觉这不仅仅是一本书，更像是一件艺术品，体现了出版方对该领域严肃性的尊重。我期待着打开它，看看里面的内容是否能配得上它这般精心的外表，那种触感和视觉上的愉悦，已经为阅读体验打下了极佳的底色。

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阅读体验上，这本书的语言风格可以说是独树一帜，它既保持了科学著述应有的严谨和精准，又巧妙地融入了一种近乎散文式的流畅感。作者似乎拥有将复杂概念进行“文学化”转译的能力，没有那种冷冰冰的术语堆砌感。阅读过程中，我几乎没有遇到那种需要频繁查阅其他词典才能理解的晦涩难懂的句子，更多的感觉像是在听一位经验丰富的导师，带着你深入一个迷人的科学迷宫。这种流畅性，使得即使在处理那些对大多数人而言相当陌生的专业名词时，大脑也能顺畅地进行信息处理，不会产生认知上的强烈阻力。总而言之，这本书的文字功底，已经超越了一般科普读物的范畴，它达到了学术与人文交汇的那个微妙的平衡点，让人在获取知识的同时，也能享受到阅读本身带来的乐趣和智力上的满足感。

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坦白说，我关注这本书的另一个重要原因，是它所涵盖的“应用”部分。在很多理论物理著作中，理论推导常常是重点，但理论与现实的连接点却往往被轻描淡写地带过，让人感觉知识是悬浮在空中的。然而，这本书在介绍完基础原理后，迅速将视角转向了实际的技术突破和工程实践，这一点让我非常兴奋。我注意到其中有一章节专门讨论了某种新型传感器的研发过程，其中不仅提到了理论基础，更深入剖析了在实际应用中遇到的材料限制和环境干扰如何反过来推动理论模型的修正。这种双向的、互动的描述，极大地增强了这本书的实用价值和前瞻性。它不再是高悬的象牙塔里的讨论，而是扎根于工程挑战和未来产业变革的实用手册，让人对未来的科技发展有了更具体的想象空间。

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