Quantum Aspects of Light Propagation pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

简体网页||繁体网页

☆☆☆☆☆

出版者:

作者:Perinova

出品人:

页数:492

译者:

出版时间:2009-9

价格:$ 271.20

装帧:

isbn号码:9780387855899

丛书系列:

图书标签:

• 量子光学
• 光传播
• 量子力学
• 电磁学
• 非线性光学
• 相干理论
• 光子学
• 量子信息
• 光学物理
• 波传播

光的量子之舞：从经典到现代的演进 本书并非直接探讨《量子光学中的光传播》这一特定主题，而是旨在勾勒出人类理解光传播本质的宏伟画卷，从古老的哲学思辨，到经典物理学的辉煌成就，再到量子力学如何深刻地重塑了我们对光这一神秘现象的认识。我们将踏上一段跨越时空的探索之旅，追溯那些塑造了我们今日光学视野的关键理论、实验与思想。 第一章：光之初探——穿越古今的遐想 在人类文明的黎明，光便以其普照万物、赋予色彩的非凡能力，成为哲学思辨的焦点。古希腊时期，恩培多克勒（Empedocles）提出了“发射说”，认为眼睛会发射出一种“视火”，与物体接触后形成视觉。而亚里士多德（Aristotle）则倾向于“接收说”，认为光是从物体发出的，进入眼睛。这些早期的猜想，虽然在科学上显得稚嫩，却深刻地反映了人类对视觉和光明之源的好奇与探索。 进入中世纪，光学研究逐渐显露出其几何学的雏形。阿拉伯学者伊本·海赛姆（Ibn al-Haytham，拉丁语称Alhazen）的贡献尤为突出。他通过精密的实验，否定了眼睛发射视火的观点，并提出了光沿直线传播的概念，解释了许多光学现象，如阴影的形成、反射和折射。他的著作《光学之书》对后世光学发展产生了深远影响，被誉为“光学之父”。 文艺复兴时期，达芬奇（Leonardo da Vinci）等艺术家和科学家，凭借敏锐的观察力，对光线、阴影以及透视等问题进行了深入研究。他们将光学原理融入艺术创作，使得画面更加逼真生动。同时，约翰内斯·开普勒（Johannes Kepler）在17世纪初，将几何光学与牛顿的微积分方法相结合，对人眼成像的原理进行了科学解释，进一步巩固了光沿直线传播的观点。 第二章：经典的光波理论——波动之美与电磁的交响 17世纪后期，艾萨克·牛顿（Isaac Newton）提出了著名的“微粒说”，认为光是由微小的粒子（corpuscles）组成的。他通过三棱镜实验，出色地解释了光的色散现象，并成功地描述了光的直线传播、反射和折射。牛顿的权威地位使得微粒说在很长一段时间内占据主导地位。 然而，一些光学现象，如衍射和干涉，却难以用微粒说完美解释。17世纪末，克里斯蒂安·惠更斯（Christiaan Huygens）提出了“波动说”，认为光是一种在以太介质中传播的波。他提出了惠更斯原理，能够很好地解释光的反射和折射，并在一定程度上解释了衍射现象。尽管波动说在当时并未得到广泛接受，但其思想为后来的发展埋下了伏笔。 19世纪，物理学迎来了划时代的变革。托马斯·杨（Thomas Young）通过著名的双缝干涉实验，无可辩驳地证明了光的干涉现象，为光的波动性提供了强有力的证据。奥古斯特·菲索（Augustin-Jean Fresnel）则在杨的基础上，发展了更完善的波动光学理论，成功解释了衍射、偏振等一系列复杂的光学现象。 19世纪后期，詹姆斯·克拉克·麦克斯韦（James Clerk Maxwell）的理论工作将电学与磁学统一起来，并预言了电磁波的存在。他发现，电磁波在真空中的传播速度恰好等于当时已知的光速，这一重大发现有力地支持了光是一种电磁波的观点，将光的波动理论推向了巅峰。麦克斯韦方程组的建立，标志着经典电磁学和光学理论的集大成。 第三章：量子革命的曙光——光电效应的挑战 进入20世纪，经典物理学在解释某些实验现象时遇到了难以逾越的障碍，其中最著名的是“光电效应”。当特定频率的光照射金属表面时，会激发出电子。根据经典波动理论，光的强度越大，其能量越大，应该能够激发出能量更高的电子。然而，实验结果却显示，只有当光的频率达到一定阈值时，才能激发出电子，并且电子的能量仅与光的频率有关，而与强度无关。 1900年，马克斯·普朗克（Max Planck）为了解释黑体辐射谱，提出了能量量子化的概念，认为能量的发射和吸收不是连续的，而是以一份一份的“量子”形式进行的。他引入了普朗克常数 $h$，将能量 $E$ 与频率 $ u$ 联系起来：$E = h u$。尽管普朗克最初认为这只是一种数学上的方便，但这一革命性的思想却为后来的量子理论奠定了基础。 1905年，阿尔伯特·爱因斯坦（Albert Einstein）进一步发展了普朗克的量子概念，提出了光量子假说，认为光本身就是由一份一份的能量粒子组成的，他称之为“光量子”，即我们现在所说的“光子”（photon）。爱因斯坦利用光量子假说，成功地解释了光电效应，并因此获得了1921年的诺贝尔物理学奖。他指出，每个光子的能量是 $E = h u$，当光子能量大于金属逸出功时，才能将电子激发出来。 光子概念的提出，彻底颠覆了经典光学中光是纯粹波动的观念，开启了对光“波粒二象性”的深刻认识。 第四章：波粒二象性的辩证——量子光学的新篇章 光既表现出波动性（如干涉、衍射），又表现出粒子性（如光电效应）。这种看似矛盾的性质，正是量子世界的基本特征之一。量子力学的发展，特别是薛定谔（Erwin Schrödinger）的波动力学和海森堡（Werner Heisenberg）的矩阵力学，为理解波粒二象性提供了严谨的数学框架。 在量子光学领域，光子的概念被进一步深化。科学家们研究了光子的产生、湮灭、散射等过程，以及光子之间的相互作用。德布罗意（Louis de Broglie）提出的物质波概念，进一步扩展了波粒二象性的范畴，认为不仅仅是光子，所有粒子都具有波动性。 量子光学不仅是对光的本质的深入探究，更在实验技术和应用领域带来了革命性的突破。激光（LASER - Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation）的发明，就是量子光学最杰出的成果之一。激光器利用受激辐射原理，能够产生高度相干、单色性好、方向性强的光束，在通信、医疗、工业、科研等领域发挥着不可替代的作用。 量子光学还催生了诸如量子通信、量子计算、量子测量等前沿技术。例如，利用量子纠缠（quantum entanglement）的特性，可以实现绝对安全的量子密钥分发；通过操纵单个光子，可以进行超高精度的测量。这些技术的出现，预示着一个全新的科技时代正在到来。 第五章：超越经典——光传播的新视角 本书的叙述，虽然回避了对《量子光学中的光传播》这一特定书籍内容的直接介绍，但其间接展现了人类对光传播理解的演进轨迹。从几何光学中的直线传播，到波动光学中的惠更斯原理和菲涅尔衍射理论，再到量子光学中的光子与场的相互作用，我们看到了一个不断深化、拓展的认识过程。 经典的光传播理论，在许多宏观尺度和弱相互作用的情况下，依然具有重要的参考价值。然而，当涉及到微观尺度、高强度光场、或者对光传播细节进行精确控制和测量时，量子光学理论就显得尤为重要。例如，在理解光子在原子、分子中的激发与退激发过程，或者分析光场中的量子噪声时，我们就必须诉诸量子力学。 本书的愿景，是带领读者领略光作为一种既有波动之美、又有粒子之实的奇妙物质，它如何在时空中展现其多样的传播姿态。我们将通过梳理历史脉络，理解那些伟大的理论是如何被提出、被证实、又如何被新的理论所超越和融合的。最终，读者将能够对光传播的本质，获得一个更加全面、深刻的认识，理解经典理论的局限性，并窥探到量子世界中，光子与我们宇宙互动的精妙之处。这段旅程，是对人类智慧的赞颂，也是对探索未知边界的不懈追求。

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆

评分☆☆☆☆☆