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出版者:国防工业出版社

作者:杨恩翠

出品人:

页数:246 页

译者:

出版时间:2003年01月

价格:20.0

装帧:平装

isbn号码:9787118031645

丛书系列:

图书标签:

• 化学
• 生物
• 数学
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《图说量子力学：微观世界的奇妙之旅》 内容简介 本书旨在以通俗易懂、图文并茂的方式，带领读者漫游神秘莫测的量子力学世界。我们知道，宏观世界的物理定律似乎直观而易于理解，然而，一旦深入到原子、电子、光子这些微观粒子层面，一切都将变得截然不同。量子力学正是揭示这些微观现象背后深刻规律的理论框架。本书不追求严谨的数学推导和复杂的公式演算，而是侧重于通过生动形象的类比、精美的插图以及富有启发性的思考题，帮助读者建立对量子力学核心概念的直观认识。 我们将从“为什么需要量子力学”这一根本性问题出发，回顾经典物理学在解释黑体辐射、光电效应等现象时遇到的困境。随后，深入浅出地介绍量子力学的基石——量子化。我们将用图解的方式展示能量、动量等物理量不再是连续变化的，而是以不连续的“份”——即量子——的形式存在。例如，我们会用“楼梯”来类比能级，说明电子只能占据特定的能量台阶，而不能停留在台阶之间。 接下来，我们将引出量子力学中最具颠覆性的概念之一：波粒二象性。我们会通过精妙的图示，展示光既可以像粒子一样具有能量和动量（如光子），又可以像波一样展现干涉和衍现的特性。同样，电子这样的微观粒子，也并非我们直观理解的“小球”，而是同时拥有粒子和波的双重属性。我们会用“水波”与“小球”的对比，来帮助理解这种奇异的二象性，并探讨双缝干涉实验如何有力地证明了这一点。 本书还将重点阐述量子叠加态和量子纠缠这两个核心概念。我们将用“一枚硬币在抛掷过程中既不是正面也不是反面，而是处于一种正面与反面的叠加状态”来类比量子叠加。这意味着一个量子系统可以同时处于多种可能的状态，直到我们进行观测，它才会“坍缩”到某一个确定的状态。这颠覆了我们“事物非此即彼”的认知。 而量子纠缠，则更为奇妙。我们将用“一对被神奇地联系在一起的手套”来形象地说明，即使将两只纠缠在一起的手套分开极其遥远的距离，测量其中一只手套的左右，另一只手套的状态会瞬间确定，无论它们相隔多远。这种“超距作用”般的关联，挑战了我们对空间和时间的直观理解，也是量子信息技术（如量子计算和量子通信）的理论基础。 在介绍这些基本概念的同时，本书还会触及一些重要的量子现象和应用，例如： 不确定性原理： 我们将解释海森堡不确定性原理，说明我们无法同时精确地知道一个粒子的位置和动量。我们会用“模糊的照片”来比喻，当一张照片越清晰地展现了物体的轮廓（位置），其运动的速度（动量）信息就越模糊，反之亦然。这将帮助读者理解微观世界的内在“模糊性”。 量子隧穿效应： 经典物理学认为，粒子无法穿过比其能量更高的势垒。然而，量子力学允许粒子有一定概率“隧穿”过这个势垒。我们将用“小球试图滚过一座山丘，但即使小球的能量不足以越过山顶，它也有微小的几率突然出现在山的另一边”来描绘这一现象。隧穿效应在半导体、扫描隧道显微镜等领域有着至关重要的应用。 量子计算的萌芽： 我们将简要介绍量子计算的基本思想，例如量子比特（qubit）如何利用叠加和纠缠的特性，实现远超经典计算机的并行计算能力。我们将用“传统的计算机只能同时处理一个计算路径，而量子计算机则可以同时探索无数条计算路径”来概括其优势。 本书的语言风格力求严谨又不失活泼，避免使用晦涩难懂的术语，对于必要的概念，也会辅以详细的解释和图示。每一章节都力求逻辑清晰，循序渐进，让初学者也能轻松入门。我们相信，通过本书，读者将能够： 理解量子力学为何是现代物理学的两大支柱之一（与相对论并列）。 掌握量子力学最核心的几个概念，如量子化、波粒二象性、叠加态和纠缠。 对量子世界的奇异现象建立直观的认识，并初步了解其在科技领域的潜在应用。 激发对物理学更深层次的探索兴趣。 本书不包含任何数学推导，不涉及复杂的微积分、线性代数等数学工具，其核心在于概念的理解和思想的启迪。我们希望通过这本书，能让更多人领略到量子世界的奇妙与魅力，感受科学探索的乐趣，开启一段令人着迷的微观世界之旅。本书的插图设计精美，力求用最直观的视觉语言辅助理解，让抽象的概念变得触手可及。我们相信，科学的普及不应局限于专业的科学家，而应该成为大众乐于接受和学习的文化。 本书的结构清晰，章节之间过渡自然。从最基础的“量子”概念入手，逐步深入到更复杂的现象。每一章的结尾都会有“思考与启示”环节，引导读者进一步思考所学内容，联系生活实际，或对相关的前沿进展进行展望。例如，在介绍不确定性原理后，我们会思考它对我们如何理解“确定性”的哲学观念有何影响。在介绍量子纠缠后，我们会探讨它是否意味着信息传递速度可以超越光速（答案是否定的，但其机制依然引人入胜）。 我们认为，理解量子力学不应是一件枯燥乏味的事情，而是一场充满惊喜的发现之旅。本书的编写团队由对物理学教育怀有热情、并擅长沟通的专家组成，他们深谙如何将复杂的科学原理转化为易于理解的语言和图像。我们不希望读者被繁琐的公式吓倒，而是希望通过生动的故事、形象的比喻和精美的插图，在读者的心中播下科学的种子，激发起他们探索未知的好奇心。 本书的每一幅插图都经过精心设计，力求准确传达科学概念的同时，又具有艺术的美感。例如，在描述波粒二象性时，我们会用流动的波纹与独立的粒子碰撞的场景结合，形成鲜明的对比。在描述量子叠加态时，我们会用一个模糊的、同时包含多种可能形态的图像来表现。这些视觉元素将成为读者理解量子世界的强大助力。 我们坚信，量子力学并非高不可攀的科学殿堂，而是揭示宇宙本质的一把钥匙。通过本书，我们希望读者能够跨越物理学知识的门槛，轻松愉快地遨游于微观粒子构建的奇幻世界。无论您是初次接触量子力学的学生，还是对科学充满好奇的普通读者，本书都将是您了解这个颠覆性理论的理想起点。它将帮助您建立起对这个看似反常，实则深刻而优美的物理理论的全新认识，并为您打开一扇通往现代科学前沿的大门。 总而言之，《图说量子力学：微观世界的奇妙之旅》是一本以趣味性、形象性和易理解性为核心的量子力学入门读物。它拒绝枯燥的理论说教，而是以生动的图画和贴切的比喻，带领读者领略微观世界的宏伟图景。本书的目标是让读者在轻松愉快的阅读体验中，深刻理解量子力学的基本原理，激发对科学的无限热爱。

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这本书的结构真是令人耳目一新。我一直以为，要系统地学习化学、生物和数学这三大基础学科，需要阅读好几本厚重的专业教材，每本都得啃上好一阵子。但这本书似乎另辟蹊径，它巧妙地将这三个领域的精髓浓缩在了一个相对紧凑的框架里。首先，从内容的选择上看，它没有陷入深奥的理论泥潭，而是非常精准地抓住了那些在实际交叉研究中最为核心、最常被引用的概念和工具。比如，在介绍化学动力学时，书中不仅清晰阐述了速率方程，还立刻引入了相关的微分方程模型，并用简洁的数学语言解释了反应平衡的本质。这种“即学即用”的编排方式，极大地提高了学习效率。我特别欣赏作者在概念过渡时的流畅性，比如，当讨论到生物大分子结构分析时，作者自然而然地引入了傅里叶变换的数学工具，而不是将数学部分割裂开来单独讲解。这使得读者在学习新知识的同时，也能深刻体会到数学工具在解析复杂生物化学现象时的强大威力。书中的图表绘制得非常清晰，即便是初次接触某些复杂模型的读者，也能通过直观的视觉辅助快速建立概念，而不是被复杂的符号和公式所困扰。总而言之，它成功地搭建了一座将看似孤立的科学分支连接起来的桥梁，对于需要跨学科知识储备的研究者或学生来说，无疑是一份极具价值的入门指南。

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我对这本书的实用性和案例选择印象深刻。许多教材虽然理论扎实，但在实际应用环节往往显得苍白无力，读者学完后仍旧不知道如何将所学知识应用到真实的研究问题中去。而这本教程则在这方面做得非常出色。书中穿插了大量来源于现代生命科学和材料科学前沿的研究实例，这些实例不仅紧密地与当前章节的理论知识挂钩，而且每每都巧妙地展示了化学、生物、数学三者是如何协同作用来解决实际难题的。比如，在讨论非线性动力学模型时，书中没有停留在抽象的洛特卡-沃尔泰拉方程上，而是直接将其应用于细胞群体生长与药物代谢率的预测模型中，并展示了如何利用数值方法来模拟和分析这些复杂的动态过程。这种将理论与前沿应用紧密结合的做法，极大地激发了我继续探索的兴趣。此外，书中对软件工具和计算方法的介绍也十分到位，它没有过度强调某一种特定的编程语言，而是侧重于算法思想和计算逻辑，这使得无论读者未来使用何种工具，都能快速上手进行数据分析和模型模拟。这本书真正做到了将理论知识转化为解决实际问题的能力。

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从装帧和排版的角度来看，这本书的设计体现了极高的专业水准和对读者的体贴。尽管内容密度相当大，涉及了从基础的分子结构到复杂的系统生物学建模，但整本书的阅读体验却异常舒适。纸张的选择和印刷质量都非常优秀，长时间阅读也不会感到眼睛疲劳。更为关键的是，作者在章节布局上的用心。他们非常注重知识点的逻辑关联，每一章的开头都有明确的“本章目标”和“与前章联系”，这使得读者能够清晰地定位自己所处的知识版块以及本部分知识在整个学科体系中的位置。尤其是在涉及大量符号和变量定义的区域，书中的格式设计非常规范，字体大小、间距和关键术语的加粗处理都恰到好处，避免了信息过载导致的阅读障碍。我发现，即便是那些包含复杂矩阵运算或概率分布函数的页面，也依然保持了高度的可读性。这种对细节的极致追求，反映出编者对读者学习过程的深刻理解和尊重，让人在阅读过程中始终保持一种愉悦的心流状态，而不是在寻找定义和公式中感到挫败。

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我对这本书最深刻的感受是它提供了一种独特的“系统整合”视角。在传统的教育体系中，化学、生物和数学往往被教授为相互独立的学科，学生常常会陷入“只见树木，不见森林”的困境，难以形成宏观的认知框架。这本书的价值恰恰在于它打破了这些学科壁垒，通过构建统一的知识网络，展示了生命现象的本质往往可以用更加基础的物理化学和数学规律来解释。例如，书中在阐述信号转导通路时，并没有仅仅停留在分子作用机制的描述上，而是引入了图论和网络拓扑学的概念来分析整个信号网络的鲁棒性和信息传递效率。这种将宏观的系统行为与微观的分子机制用统一的数学语言进行描述的方法，是极其高明的。它教会读者，无论是研究一个简单的化学反应速率，还是分析一个庞大的基因调控网络，其背后的逻辑框架——即变量定义、约束条件和动态演化——是具有高度共通性的。这本书成功地将读者从纯粹的记忆和计算导向，提升到了对复杂系统内在规律的洞察层面，这对于培养下一代具备全局视野的交叉学科人才来说，是无可替代的财富。

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这本书的叙述风格，用“平易近人”来形容可能有些轻描淡写了，它更像是与一位经验丰富的导师进行一对一的深度交流。很多理工科书籍，即便是面向初学者的版本，也常常因为过度追求严谨性而导致语言晦涩，让人望而却步。然而，这本书的作者似乎深谙“授人以渔”的道理，他们选择了一种非常口语化、但又不失专业深度的叙述方式。当我读到关于酶促反应的章节时，我发现作者没有直接抛出米氏方程，而是先用了一个非常贴近生活的比喻来解释“底物饱和”的概念，这个比喻生动形象，一下子就抓住了问题的核心。随后，作者才循序渐进地将比喻转化为精确的数学表达式。这种循序渐进、层层递进的讲解方法，极大地降低了初学者的心理门槛。更值得称道的是，作者在解释每一个公式推导时，都非常耐心地交代了每一步的物理或化学意义，而不是仅仅展示代数变换。这让我不再是将公式视为需要死记硬背的“天书”，而是真正理解了它们是如何从基本原理中“生长”出来的。这种注重理解而非记忆的教学思路，对于培养读者的科学直觉和独立思考能力至关重要，我感觉自己不仅仅是在获取知识，更是在学习一种科学思维模式。

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郝金库、王万得两个老师编的，适合生物系学生学习高等数学，比较基本

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