家用电脑

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出版者:
作者:力诚教育
出品人:
页数:236
译者:
出版时间:2009-2
价格:29.80元
装帧:
isbn号码:9787900761248
丛书系列:
图书标签:
  • 电脑
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具体描述

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探秘量子纠缠:超越经典物理的微观世界 内容简介: 本书并非关于您家中那台稳定运行、处理日常文档和影音娱乐的家用电脑的指南。恰恰相反,它带领读者深入到物理学最前沿、最令人费解的领域——量子力学,聚焦于其中最为奇特且具有颠覆性的现象:量子纠缠。 我们生活的宏观世界遵循着牛顿的经典物理学定律,事物的运行清晰可测,因果关系明确。然而,当我们把目光聚焦到原子和亚原子粒子的微观尺度时,一切规则都被颠覆了。本书旨在为那些对基础科学充满好奇心,渴望理解宇宙终极奥秘的读者,提供一个深入浅出但又不失严谨的指引,探索量子纠缠这一“鬼魅般的超距作用”是如何挑战我们对实在、信息和空间的基本认知。 全书共分为八个部分,层层递进,从历史溯源到前沿应用,力求构建一个完整的量子纠缠知识图谱。 第一部分:经典之墙与量子之光 本部分首先回顾了十九世纪末经典物理学所面临的危机,如黑体辐射和光电效应,这些“紫外灾难”的难题预示着一个新物理时代的到来。接着,我们将介绍普朗克对能量量子化的革命性假设,以及爱因斯坦对光子概念的提出,为理解量子世界的非连续性打下基础。重点阐述了波粒二象性,即微观粒子如何同时展现出波的特性和粒子的特性,这是理解纠缠现象的前提。 第二部分:概率的海洋——量子态与叠加原理 在经典世界中,一个物体在任何给定时刻都有确定的位置和速度。但在量子世界中,粒子的状态由波函数描述,它代表了粒子处于各种可能状态的概率分布。本章将详细解释薛定谔方程的意义,它如何描述这些概率波随时间演化。核心内容将围绕“叠加原理”展开:一个粒子可以同时处于多种状态的组合之中,直到被观测的那一刻,波函数才会“坍缩”到一个确定的本征态。我们将通过著名的双缝干涉实验,直观展示这种叠加态的奇特表现。 第三部分:纠缠的诞生——爱因斯坦的困惑与EPR佯谬 本部分是全书的核心铺垫。我们将深入探讨爱因斯坦、波多尔斯基和罗森在1935年提出的EPR佯谬。爱因斯坦无法接受一个如此非定域性的理论,他认为量子力学是不完备的,必然存在某种“隐变量”来预先决定测量结果。本章将详细解析“纠缠态”的数学定义,即两个或多个粒子被一个共同的量子态所连接,无论它们相隔多远,对其中一个粒子的测量会瞬间影响另一个粒子的状态。我们将剖析“定域实在论”与量子力学的根本冲突。 第四部分:贝尔不等式的胜利 EPR佯谬提出了一个哲学上的困境,但直到上世纪六十年代,物理学家约翰·贝尔才将其转化为一个可实验检验的数学不等式——贝尔不等式。本章将详尽解释贝尔不等式是如何建立在定域隐变量理论基础之上,以及如果实验结果违反了该不等式,则意味着定域实在论必须被放弃。随后,我们将回顾阿斯佩克特、克劳泽等人的关键实验,这些实验以压倒性的优势证明了贝尔不等式的违背,确凿无疑地证明了量子纠缠的非定域性——“鬼魅般的超距作用”是自然界的基本属性。 第五部分:纠缠的特性与度量 纠缠不仅仅是一种关联,它是一种独特的物理资源。本章将介绍量化纠缠程度的工具,如纠缠熵、纠缠纯度等。我们将讨论不同类型的纠缠态,例如贝尔态(最大纠缠态)与多体纠缠态。我们还将探讨如何区分量子关联与经典的统计关联,强调纠缠的非经典本质在于其“不可克隆性”——除非是特定类型的纠缠态,否则我们无法完美复制一个未知的量子态。 第六部分:量子信息的基石 纠缠态是新兴的量子信息科学的燃料。本章将阐述纠缠在构建量子计算和量子通信中的关键作用。我们将介绍量子比特(Qubit)的概念,它如何利用叠加态存储信息,以及纠缠态如何实现比经典逻辑门更强大的信息处理能力。重点介绍量子隐形传态(Quantum Teleportation)的原理——如何利用一对预先共享的纠缠粒子,实现一个量子态从一处到另一处的转移(注意:这里转移的是信息或状态,而非物质本身)。 第七部分:前沿应用:量子计算与密码学 量子纠缠已不再是纯理论。本章聚焦于纠缠在现实技术中的前沿应用。我们将探讨超导电路、离子阱等不同物理平台如何用来维持和操控大规模的纠缠系统,以构建通用的量子计算机。同时,我们将深入研究量子密钥分发(QKD)的核心技术之一——基于纠缠的协议,解释为何这种通信方式能够提供理论上绝对安全的加密保障,任何窃听行为都会立刻被通信双方察觉。 第八部分:宇宙的深层结构与未来展望 在本书的最后,我们将把视野抬升到宇宙学的层面。一些理论物理学家推测,纠缠可能与时空的结构本身紧密相关,例如新兴的ER=EPR猜想,它暗示着虫洞(爱因斯坦-罗森桥)可能与纠缠态是同一事物的两种不同描述。我们将探讨纠缠在黑洞信息悖论中的潜在角色,以及科学家们如何试图将广义相对论与量子力学更深层次地统一起来。本书以对未来科学的展望收尾,激发读者继续探索这个既深奥又充满无限可能性的微观世界。 本书适合物理学、信息科学专业的学生,以及对前沿科学有浓厚兴趣的普通读者。阅读本书无需深厚的微积分基础,但需要对逻辑推理和抽象概念抱有开放的心态。它承诺的不是一篇关于如何优化您电脑内存的文章,而是一次对人类认知边界的伟大远征。

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