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出版者:科学

作者:细野秀夫

出品人:

页数:458

译者:

出版时间:2007-5

价格:85.00元

装帧:

isbn号码:9787030189721

丛书系列:

图书标签:

• 科学
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《量子纠缠与时空几何的奥秘》 内容简介 在这本深刻而引人入胜的著作中，作者带领读者踏上一段超越寻常理解的宇宙探索之旅，深入剖析了量子纠缠这一现代物理学中最令人费解、也最具革命性的现象，并将其与广义相对论所描绘的时空几何学精妙地联系起来。本书旨在揭示微观量子世界的奇异关联如何深刻地影响着我们对宏观宇宙结构及其演化的理解，从而为我们勾勒出一幅更加完整、统一的物理图景。 本书的开篇，作者以极其生动和富有启发性的方式，为读者构建了量子纠缠的直观感受。我们熟悉的经典物理学将物质视为独立的、可以被精确描述的实体，其状态互不影响。然而，量子力学打破了这一认知。书中详细阐述了量子纠缠的本质，即两个或多个粒子之间存在一种超越经典概率的、瞬时的关联。即便这些粒子被置于宇宙的两端，对其中一个粒子的测量也会瞬间影响到另一个粒子的状态。作者通过回顾贝尔不等式的实验验证，以及解释EPR佯谬的深刻含义，清晰地展示了量子纠缠的非局域性（non-locality）是如何挑战我们对“实在”的根深蒂固的看法。这里并非简单地罗列实验结果，而是深入剖析这些实验的设计哲学、技术突破以及它们所带来的理论冲击，让读者理解为何爱因斯坦曾将其称为“幽灵般的超距作用”。 接着，本书将视角从微观粒子转向了宏观的宇宙。作者将读者引入爱因斯坦的广义相对论，用通俗易懂的语言解释了引力并非一种力，而是时空弯曲的表现。质量和能量如何扭曲周围的时空，而这种弯曲又反过来决定了物质和能量的运动轨迹。书中详尽地描绘了时空几何的数学框架，从黎曼几何的基本概念，到度规张量（metric tensor）如何描述时空的曲率。作者通过类比，如在弹力布上放置重物来形象地说明质量如何导致时空弯曲，使得光线在经过大质量天体时会发生偏折。本书更深入地探讨了黑洞、引力波等广义相对论的预言，并结合最新的天文观测证据，如事件视界望远镜拍摄的首张黑洞照片，以及LIGO/Virgo探测到的引力波事件，展现了广义相对论在解释极端宇宙现象方面的强大能力。 本书的核心贡献在于，它巧妙地架起了连接量子纠缠与时空几何之间的桥梁。作者在前人研究的基础上，提出并深入探讨了“时空纠缠”的概念。这意味着，我们不能仅仅将时空视为背景，而应认识到它本身也可能具有纠缠的特性。书中详细介绍了 String Theory（弦理论）和 Loop Quantum Gravity（圈量子引力）等前沿理论中，时空并非连续平滑的，而是由离散的量子单元构成，并且这些单元之间可能存在着深刻的纠缠关系。作者引入了例如“ER = EPR”猜想（即爱因斯坦-罗森桥（虫洞）等价于爱因斯坦-普里姆科夫-彭罗斯（纠缠）），这一猜想暗示了微观的量子纠缠可能与宏观的虫洞结构存在着某种深刻的联系。书中通过详尽的理论推导和物理直觉的引导，让读者理解为何两个纠缠的粒子，从几何学的角度看，可能对应着连接两个不同时空区域的“捷径”。 本书还对信息在宇宙中的角色进行了深刻的思考。作者探讨了信息是如何在量子纠缠中传递的，以及这种传递与时空结构之间可能存在的双向关系。例如，在量子计算的语境下，量子比特（qubits）的纠缠是实现强大计算能力的基础。书中推测，是否宇宙本身就是一个巨大的量子计算机，其计算过程就体现在时空本身的演化和物质的相互作用之中？信息论与黑洞信息佯谬（black hole information paradox）的讨论，将读者引向了对宇宙最根本问题的思考：信息是守恒的吗？它如何在黑洞的吞噬和蒸发过程中得以保留？作者在书中提出的新颖观点，将量子纠缠在信息存储和处理中的作用，与时空本身的几何属性联系起来，暗示信息可能是编织时空结构的基本要素。 为了让读者能够更好地理解这些抽象的概念，本书在理论阐述的同时，穿插了大量的历史故事和科学家的探索历程。从量子力学的奠基人普朗克、玻尔、海森堡，到相对论的创立者爱因斯坦，再到当今在弦理论和量子引力领域做出杰出贡献的学者，他们的智慧火花和不懈追求被生动地呈现在读者面前。书中并非枯燥的学术论文堆砌，而是充满了人文关怀和科学的浪漫主义色彩，让读者在领略宇宙之美的同时，也感受到人类认识自然的伟大力量。 此外，本书还对这些前沿理论的潜在应用进行了前瞻性的展望。虽然量子纠缠与时空几何的深入研究仍处于理论探索阶段，但作者指出，这些研究不仅关乎我们对宇宙本质的理解，也可能在未来催生出我们目前无法想象的颠覆性技术。例如，对量子纠缠的精确操控可能为超光速通讯（尽管目前仍面临严格的物理限制，但理论上的可能性值得探讨）、量子加密等领域带来突破。而对时空几何的更深层理解，则可能为我们探索宇宙深处、甚至实现星际旅行提供理论基础。 本书的结构严谨，逻辑清晰，从最基础的量子力学概念，逐步深入到最前沿的理论物理学研究。对于物理学爱好者而言，本书提供了一个深入了解现代物理学核心问题的窗口；对于研究人员而言，本书则是一份极具启发性的参考资料，其中所提出的观点和方法，可能为未来的研究打开新的思路。作者力求在保持科学严谨性的前提下，以最易于理解和最引人入胜的方式，带领读者一同窥探量子纠缠与时空几何的深邃奥秘，感受科学探索的无穷魅力。本书是一次智识的冒险，一次对宇宙终极真相的深情追问，必将激发读者对科学世界产生更深厚的兴趣和更广阔的思考。

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