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☆☆☆☆☆

出版者:Princeton Univ Pr

作者:Treiman, Sam B.

出品人:

页数:272

译者:

出版时间:2002-10

价格:216.00元

装帧:Pap

isbn号码:9780691103006

丛书系列:

图书标签:

量子力学
物理学
科学
奇幻
科幻
哲学
思维实验
宇宙
现实
可能性

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具体描述

This is a rare and much-needed book: a concise but comprehensive account of quantum mechanics for popular science readers written by a respected physicist. Sam Treiman--internationally renowned for his work in particle physics--makes quantum mechanics accessible to nonspecialists. Combining mastery of the material with clear, elegant prose and infectious enthusiasm, he conveys the substance, methods, and profound oddities of the field. Treiman begins with an overview of quantum mechanics. He sketches the early development of the field by Einstein, Bohr, Heisenberg, Schrödinger, and others, and he makes clear how the quantum outlook flies in the face of common sense. As he explains, the quantum world is intrinsically probabilistic. For example, a particle is not in general in some particular place at a given instant, nor does it have a definite momentum. According to the Heisenberg uncertainty principle, there is a limit to how well both location and momentum can be specified simultaneously. In addition, particles can move through barriers and otherwise move in regions of space that are forbidden by classical mechanics. If a particle has a choice of different paths, it pursues all of them at once. Particles display wave-like characteristics and waves show particle-like characteristics. Treiman pays special attention to the more fundamental wave outlook and its expression in quantum field theory. He deals here with the remarkable fact that all the particles of a given species are strictly identical, and with the unnerving fact that particles can be created and destroyed. As Treiman introduces us to these and other wonders, he also touches--without resolution--on some of the deep philosophical problems of quantum mechanics, notably how probabilities become facts. Weaving together impeccable and up-to-date science, engaging writing, and a talent for clear explanation honed over Treiman's distinguished career as a physicist and teacher, The Odd Quantum is a remarkable survey of a field that changed the course of modern scientific and philosophical thought.

《星辰低语：宇宙的未解之谜》内容简介本书带领读者踏上一场横跨时间和空间的宏伟旅程，探索宇宙中最引人入胜、最令人困惑的现象。我们并非聚焦于已知的物理定律，而是深入探讨那些挑战我们现有认知边界的前沿理论、尚未被证实的假说，以及那些需要更深刻理解才能揭示的宇宙深层结构。第一部分：时空几何的边界第一章：奇点之外的结构黑洞，作为引力塌缩的终极产物，一直以来都是理论物理学的圣杯与噩梦。本章摒弃对史瓦西半径和事件视界的常规描述，转而深入探讨奇点内部可能存在的复杂结构。我们审视“量子泡沫”理论如何预示着在普朗克尺度上，时空本身可能展现出离散的、网络状的形态，而非平滑连续的流形。我们详细分析了诸如“柔性时空”（Fuzzy Spacetime）模型，该模型试图解决信息悖论，提出黑洞内部可能存在一个过渡区域，其中时空曲率在达到无限大之前，便被量子效应所平滑。讨论将延伸至“虫洞”的理论构建，重点分析稳定且可穿越虫洞所需的负能量条件，并评估我们对“异物质”（Exotic Matter）存在的理解深度，这种物质的负质量密度，是实现超光速旅行或时间旅行设想的关键。第二章：时间的箭头与循环的可能时间，是宇宙中最熟悉又最神秘的维度。本章挑战“时间单向性”的经典观点。我们探讨了热力学第二定律与时间箭头之间的关系，并引入了“时间对称宇宙”的假说，即宇宙在微观层面是时间对称的，而宏观的不可逆性可能源于初始条件的特殊性。重点研究了基于圈量子引力（Loop Quantum Gravity, LQG）的宇宙学模型，特别是“大反弹”（Big Bounce）理论。该理论认为，宇宙并非始于一个无限密集的奇点（大爆炸），而是前一个宇宙塌缩后的反弹。我们考察了这种循环模型对早期宇宙信息保存的意义，以及它如何改变我们对宇宙终极命运的预测。此外，本章还触及了彭罗斯的“循环共形宇宙学”（Conformal Cyclic Cosmology, CCC），探讨了不同宇宙“纪元”之间信息传递的微弱痕迹——例如，通过引力波背景中的特定模式。第二部分：暗物质与暗能量的本体论第三章：对“不可见”的几何构造暗物质和暗能量构成了我们宇宙的绝大部分（约95%），但它们究竟是什么，仍然是最大的未解之谜。本书将暗物质的探索从粒子物理的范畴，提升到对时空几何影响的层面。我们详尽梳理了除WIMPs（弱相互作用重粒子）之外的替代性暗物质模型。其中，对“轴子”（Axions）的探测进展和理论约束进行了深入分析，特别是它们在星系形成初期可能扮演的角色。更进一步，我们讨论了“修正牛顿动力学”（MOND）的局限性，并探索了将暗物质视为一种“修正引力场”而非独立粒子的观点——即，引力本身在长距离或低加速度下会发生变化，从而无需引入新的物质成分。第四章：宇宙加速膨胀的驱动力之谜暗能量，驱动宇宙加速膨胀的神秘力量，是现代宇宙学的核心挑战。本章聚焦于对“宇宙学常数”（Lambda）问题的深度剖析。我们探讨了量子场论预测的真空能量与观测到的暗能量密度之间高达$10^{120}$数量级的巨大差异，这一差异被称为“理论物理学中最糟糕的预测”。我们考察了动态暗能量模型，如“昆虫动力学”（Quintessence），其中暗能量不是一个常数，而是随时间演化的标量场。书中对比了不同昆虫动力学模型的“状态方程”，以及它们如何影响未来宇宙的加速率。同时，也审视了“斥力引力”理论，即引力在宇宙尺度上转变为排斥力，这种转变是宇宙固有属性，还是由某种尚未识别的能量形式媒介的。第三部分：多重宇宙的边界与信息交换第五章：弦理论与膜世界的拓扑结构多重宇宙的概念并非空穴来风，它源于我们对基本力的统一尝试。本章深入解析了M理论的框架，特别是它如何自然地导向一个包含$10^{500}$个可能稳定真空解的“景观”（Landscape）。我们探讨了“膜世界”（Brane Cosmology）模型，假设我们的四维时空只是一个高维空间中的“膜”，而引力是唯一能泄漏到其他膜的力。书中详细分析了“邻近膜效应”的可能性——即，另一个平行宇宙的引力影响可能会以极其微弱的方式渗透到我们的宇宙中，表现为对暗能量密度的微小扰动。我们还讨论了“永恒暴胀”（Eternal Inflation）理论，该理论认为暴胀过程从未停止，只是在不同的区域随机停止，形成了无数个具有不同物理常数的子宇宙。第六章：信息熵与宇宙的终极命运宇宙的未来，取决于其信息的处理能力。本章探讨了宇宙热寂之外的更复杂结局。我们研究了“大撕裂”（Big Rip）的理论前提，即暗能量的负压最终会强大到撕裂星系、恒星乃至原子本身。相比之下，我们也分析了“大坍缩”（Big Crunch）或“大反弹”在不同宇宙学参数下的可能情景。核心在于信息熵的演化：如果宇宙最终达到一个高熵的稳定态，那么所有可观测的结构都将消失；但如果存在某种机制允许信息在低熵状态下重新组织（如同量子力学的幺正性所暗示的），那么宇宙的下一个循环或下一层结构中，信息就可能被保留。本书强调，对量子引力的终极理解，是解开信息在这些宏大尺度上行为的关键。结论：超越现有视界《星辰低语》总结道，我们对宇宙的理解仍处于黎明时期。每一个看似“解决”的物理问题，往往都引出了更深层次、更反直觉的谜团。本书旨在激发读者对那些“不可思议”的科学假说的深入思考，它们或许才是通往下一代物理学革命的钥匙。我们不是在描述已知，而是在描绘那些尚未被发现、但逻辑上依然可行的宇宙蓝图的轮廓。