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出版者:化学工业出版社

作者:庄宏鑫

出品人:

页数:428

译者:

出版时间:1998-5

价格:20.00元

装帧:平装

isbn号码:9787502520113

丛书系列:

图书标签:

• 物理化学
• 热力学
• 量子化学
• 化学动力学
• 统计热力学
• 分子结构
• 光谱学
• 电化学
• 表面化学
• 溶液化学

《宇宙的低语：量子世界的奇妙探索》 导论：拨开迷雾，窥见真实 自人类文明伊始，我们便仰望星空，试图理解脚下的土地，探究生命的奥秘。物理学，作为一门试图解释宇宙基本规律的学科，始终是我们认知世界的基石。然而，当我们深入探究物质最微小的组成部分，去审视原子、电子、光子这些构成万物的基本单元时，一个颠覆性的景象展现在我们面前——量子世界。这个与我们日常经验截然不同的微观领域，遵循着一套全新的、看似违反直觉的规则，却又精准地支配着宏观世界的运行。 《宇宙的低语：量子世界的奇妙探索》并非一本枯燥的公式堆砌，而是一次引人入胜的旅程，带领读者潜入这片迷人的量子海洋。我们将一同穿越历史的脉络，追溯那些伟大的思想家如何一步步揭开量子世界的神秘面纱。从普朗克的能量量子化假设，到爱因斯坦的光电效应，再到玻尔模型对原子结构的革命性解释，每一个里程碑都凝聚着人类智慧的闪光。我们将领略那些“危险的思想”如何挑战经典物理学的权威，最终催生出量子力学这一颠覆性的理论框架。 本书的目的，是让那些对科学充满好奇，却又对复杂公式望而却步的读者，能够清晰地理解量子世界的核心概念，体会其带来的深刻哲学思考，并认识到它在现代科技中不可或缺的作用。我们将用生动的语言、形象的比喻，以及不失严谨的论述，来描绘这个如同魔法般的世界。 第一章：光与粒子的双重奏——波粒二象性的奥秘 我们首先要面对的，是量子世界最令人费解的现象之一：波粒二象性。我们习惯将光视为一种波，它能衍射、干涉，表现出明显的波动性。然而，当科学家们研究光电效应时，却发现光似乎又像是由离散的粒子——光子——组成的。爱因斯坦借助普朗克的量子假说，完美地解释了这一现象，为我们打开了认识微观粒子行为的另一扇大门。 但光并非孤例。电子，这个我们熟知的构成物质基本单元，也同样展现出这种奇特的双重性格。通过著名的双缝实验，科学家们惊奇地发现，即使单个电子通过双缝，也会出现干涉条纹，仿佛它同时通过了两条缝隙，又像一个波一样在扩散。这种“既是粒子又是波”的特性，挑战了我们对于“物体”的根本认知。 本章将深入浅出地解释波粒二象性的含义，通过生动的实验描述，例如单缝衍射、双缝干涉等，帮助读者直观地理解这一概念。我们将探讨，为什么这种现象只在微观尺度下如此明显，而在宏观世界中我们却几乎无法察觉。同时，我们也会触及关于“测量”在量子世界中的特殊角色，以及它如何影响粒子的行为。 第二章：概率的迷宫——量子世界的“不确定性” 在经典物理学中，一切都是确定性的。如果我们知道一个物体的初始状态，我们就能精确地预测它未来的轨迹。然而，在量子世界，这种确定性荡然无存。海森堡不确定性原理告诉我们，我们无法同时精确地知道一个粒子的位置和动量。我们对一个量的测量越精确，对另一个量的了解就越模糊。 这并非是测量工具的局限，而是量子世界固有的属性。量子力学不再提供一个确定的未来，而是描述一个可能性空间，告诉我们各种结果发生的概率。我们看到的“不确定性”，其实是系统本身固有的随机性。 本章将详细阐释海森堡不确定性原理，并通过举例说明其重要性。我们将讨论，为什么这种不确定性对于理解原子结构、化学键的形成至关重要。同时，我们也将探讨，尽管存在不确定性，量子力学为何仍然能够做出高度精确的预测，并且这些预测已经被无数实验所证实。我们将触及“概率波”的概念，以及它如何取代经典力学中的确定性轨迹。 第三章：量子纠缠——超越时空的幽灵连接 量子纠缠，堪称量子世界中最令人着迷、也最令人费解的现象之一。当两个或多个粒子发生纠缠后，它们之间会建立起一种特殊的联系，无论它们相距多远，测量其中一个粒子的状态，会瞬间影响到另一个粒子的状态。爱因斯坦曾称之为“幽灵般的超距作用”，因为它似乎违背了信息传播不能超过光速的原则。 这种“幽灵连接”，并非简单的关联，而是深层次的、非局域性的联系。一旦粒子纠缠，它们的命运便被绑定在一起。测量一个粒子的自旋向上，另一个粒子的自旋就会立即变成向下，即使它们远隔银河系。 本章将带领读者走进量子纠缠的奇妙世界，通过图解和形象的比喻，解释纠缠的产生机制和测量方式。我们将探讨，量子纠缠在量子通信、量子计算等前沿科技中的巨大潜力，以及它对我们理解宇宙的本质所带来的深刻启示。我们将解析贝尔不等式的实验验证，以及它如何证明了量子力学的完备性，并排除了隐藏变量理论的可能性。 第四章：量子隧穿——穿越不可能的障碍 在我们的日常经验中，要翻越一座山，必须要有足够的能量才能爬上去。然而，在量子世界，粒子却可以“隧穿”过它们能量不足以跨越的势垒，就像穿墙而过一样。这种量子隧穿效应，是量子力学中最令人惊奇的现象之一，也是经典物理学无法解释的。 想象一下，一颗电子，本不具备足够的能量翻越一个能量壁垒，却有一定几率“钻”到壁垒的另一边。这种现象在许多自然过程中都扮演着关键角色，例如核聚变、半导体器件的工作原理，甚至是DNA的突变。 本章将深入浅出地解释量子隧穿的原理，通过生动的类比，例如“鬼魂穿墙”或者“跳房子游戏”，来帮助读者理解这一概念。我们将讨论，隧穿的几率与粒子质量、能量以及势垒厚度的关系。同时，我们也将探讨，量子隧穿效应在现代科技中的实际应用，例如扫描隧道显微镜，它能够观测到原子级别的表面结构，以及其在核医学、电子学等领域的重要价值。 第五章：量子叠加与态的坍缩——概率的真实体现 量子叠加，是量子世界最核心、也最抽象的概念之一。它意味着一个量子系统可以同时处于多种可能状态的叠加态。直到进行测量时，系统才会“选择”其中一种状态，发生“态的坍缩”。最著名的例子便是薛定谔的猫的思想实验，猫既可以是死的，也可以是活的，直到我们打开盒子观察。 这种叠加态并非我们想象中的“一半生一半死”，而是系统同时包含了所有可能性的“叠加”。一旦进行测量，这种叠加态就会瞬间坍缩到某一个确定的状态。测量行为本身，成为了决定量子系统命运的关键。 本章将详细阐释量子叠加和态坍缩的概念。我们将解析薛定谔的猫思想实验，探讨其哲学意义和对我们理解现实的挑战。我们将讨论，为什么“观察者”在量子世界中扮演着如此重要的角色，以及“测量”到底意味着什么。我们还将触及“退相干”的概念，它是量子叠加态在与环境相互作用后趋于消失的过程，也解释了宏观世界为何看起来不处于叠加态。 第六章：量子世界的哲学遐想与未来展望 《宇宙的低语》的最后一章，我们将超越纯粹的科学解释，去思考量子力学所带来的深刻哲学影响。它挑战了我们对现实、因果、决定论的传统观念。如果宇宙的底层是由概率和不确定性构成的，那么我们如何理解自由意志？如果纠缠能够实现超光速的关联，那么我们对时空的理解是否需要重塑？ 本章将引导读者进行更深层次的思考，探讨量子力学对实在论、唯物主义等哲学流派的冲击。我们将回顾那些伟大的物理学家们对量子理论哲学意义的讨论，例如玻尔与爱因斯坦的争论，以及他们各自对量子世界本质的理解。 最后，我们将展望量子科学的未来。从强大的量子计算机，到安全可靠的量子通信，再到超高精度的量子测量，量子技术正以前所未有的速度改变着我们的世界。我们将了解，这些看似遥不可及的理论，如何一步步转化为改变我们生活的现实。 结语：永恒的探索，无尽的惊奇 《宇宙的低语：量子世界的奇妙探索》，正是对人类永恒探索精神的颂歌。它带领我们走出日常经验的牢笼，去拥抱一个更广阔、更奇妙、也更深刻的宇宙。量子世界，虽然微小，却蕴藏着支配一切的宏大规律。理解它，不仅是对科学知识的积累，更是对我们自身认知边界的拓展。愿这本书能够激发您对科学的无限热爱，点燃您探索未知的好奇心，让您在感叹宇宙之奇的同时，也为人类智慧的光辉而骄傲。

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坦白说，市面上关于这方面内容的参考书汗牛充栋，但大多要么过于偏重理论推导，让初学者望而却步；要么过于简化，导致理解停留在表面。这本书却找到了一个绝佳的平衡点。它的结构设计非常精妙，像一棵大树，主干清晰，每章的知识点都像枝杈一样自然延伸。我特别喜欢它在每章末尾设置的“拓展思考”部分，这些问题往往不是简单的计算题，而是需要综合运用前述知识进行逻辑推理和假设分析的开放性问题。这极大地锻炼了我的分析能力。我用它来辅助我进行项目研究时发现，当遇到实际操作中的难题时，我总能迅速回溯到书中的某个原理，并从中找到解决问题的思路。它不是一本只用来“应试”的书，而是一本真正能用于“实践”的工具书。

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从我个人的阅读偏好来看，我更偏爱那些语言风格带有温度和个人色彩的著作，而不是那种冰冷的、纯粹的学术报告。这本书在这方面做得相当出色，尽管主题是严谨的科学，但作者的叙事方式却透露出一种令人信赖的亲切感。例如，在解释那些复杂的过渡态理论时，作者会穿插一些历史典故，介绍关键科学家的曲折发现过程，这极大地降低了知识学习的枯燥感。我仿佛能感受到那位老教授坐在我对面，用他多年积累的经验，将那些晦涩难懂的物质转化过程娓娓道来。这种“人情味”的加入，使得学习过程不再是一种负担，而成为一种充满探索乐趣的旅程。这本书不仅仅是知识的传递，更像是一次与一位伟大学者的深度交流体验。

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这本书的装帧和设计简直是教科书中的一股清流，拿在手里沉甸甸的，一看就知道作者在内容上下了真功夫。我尤其欣赏它在排版上的用心，大量的图表和公式都被清晰地呈现出来，即便是像我这样对细节比较敏感的读者，也能很快地找到重点。比如，书中对于热力学第二定律的阐述，它没有直接抛出复杂的数学模型，而是先用非常生活化的例子来构建直观的理解，这一点非常赞赏。当我翻到关于相图的部分时，那种复杂性一下子就被简洁的线条和恰到好处的注释给消化了。这本书的阅读体验是极其流畅的，它就像一位经验丰富、耐心十足的导师，一步步引导你穿越那些看似高不可攀的理论迷雾。它让我重新燃起了对基础科学的热情，不再觉得这些深奥的原理是束之高阁的知识，而是与我们周围世界息息相关的真实规律。

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我习惯于在学习新领域时，寻找那些能够引发我思考、甚至带有某种哲学意味的著作，而这本书在不经意间满足了我这个需求。它并非一本枯燥的公式汇编，而是在字里行间流露出一种对自然界终极规律的敬畏。尤其是探讨化学键的形成和演化时，作者的笔触变得格外富有张力，仿佛在描绘一场微观世界的史诗。我记得有一段关于熵增的讨论，它跳出了传统的物理化学范畴，将其置于宇宙宏观背景下进行审视，这让我陷入了沉思：我们日常生活中那些看似无序的现象，其背后竟然隐藏着如此强大的、不可逆转的驱动力。这种由知识引发的对世界观的冲击和重塑，是我阅读体验中最令人兴奋的部分。

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初次接触这本书时，我主要的疑虑在于其内容的深度和广度是否能够满足我这个非科班出身、但有强烈自学意愿的读者的需求。读完前几章后，我发现我的担忧是多余的。作者显然非常懂得如何平衡理论的严谨性与可读性之间的矛盾。它并没有因为追求“科普化”而牺牲掉科学的精确性，这一点极其重要。比如，它在介绍量子化学基础时，对于波函数的处理，既有深入的数学推导，又配有恰到好处的物理图像解释，使得抽象的概念得以落地。更难能可贵的是，书中对于实验误差和不确定性的讨论，体现了一种非常成熟的科学态度，教会读者如何批判性地看待实验数据，而不是盲目地相信书本上的结论。这种“授人以渔”的教育理念，使得这本书的价值远远超出了一个单纯的知识载体。

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