量子迷宫：历史·理论·诠释·哲学 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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[英] 吉姆·巴戈特（Baggott.J.） 著，潘士先 译

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出版社： 科学出版社

ISBN：9787030327536

版次：1

商品编码：10895189

包装：平装

丛书名： 历史·理论·诠释·哲学

开本：32开

出版时间：2012-01-01

页数：360

正文语种：中文

内容简介

《量子迷宫：历史·理论·诠释·哲学》简述了量子理论的发展史和基本理论，探讨了它的概念和哲学问题，综述了量子理论正统诠释以外的其他诠释（制导波、退相干、多世界、上帝等），互补性和量子非定域性的最新实验检验，量子宇宙学和量子引力，以及量子纠缠在计算、密码和隐形传态等方面潜在应用的前沿。阅读本书的过程好像是在徐徐打开一幅多维度多层次的长长的画卷，而且这是一幅未见也不可预见其尽头的画卷，留给读者自己思索和判断的广阔空间。
量子理论是现代物理科学中最重要和最成功的理论之一，但其产生的概念和哲学问题极其深奥，犹如一座“迷宫”。作者希望通过本书带领读者游览这座迷宫。
《量子迷宫：历史·理论·诠释·哲学》是一本严肃和具有一定深度的科普著作，有助于启迪思维和提高科学品味。《量子迷宫：历史·理论·诠释·哲学》可作为大学生和研究生在科学和自然哲学方面的参考书，其他科学和哲学爱好者必定也可从中获益匪浅。

内页插图

目录

第1部分 发现
第1章 孤注一掷
牛顿的遗产
世纪之交的光
黑体辐射和紫外灾变
普朗克辐射公式
量子
这是错误的
玻尔原子理论
不连续物理学

第2章 告别确定性
波粒二象性
爱因斯坦与玻尔的冲突
附记：电子衍射与干涉
波动力学
波函数的诠释
矩阵力学
海森伯不确定性原理

第3章 绝对奇迹
泡利不相容原理与电子的自我旋转
电子自旋
狄拉克理论
量子电动力学
谢尔特岛会议
历史求和
费恩曼图
夸克和标准模型

第II部分 表达
第4章 量子定则
物理学的公理化
矢量空间
量子态
算符与可观察量
互补观察量
状态矢量的时间演变
展开定理
投影振幅
不可区分的粒子
费米子和玻色子

第5章 量子测量
量子概率
线偏振
光子偏振态
光子自旋
冯?诺伊曼测量理论
“波函数坍缩”
状态制备
纠缠态
它走哪条道？
炸弹工厂

第III部分 意义
第6章 分裂
科学方法
归纳法问题
逻辑实证主义和拒斥形而上学
哥本哈根诠释
互补性
不存在量子世界
物理学理论的结构和目的
第Ⅳ部分 实验
第V部分 替代

精彩书摘

19世纪中叶，人们已经明白，辐射是由物体材料内部的电荷机械振动引起的。较高的温度意味着在振幅和频率上都较强的振动，即发出的辐射强度增大，同时向可见光谱的蓝端移动。理论家想出了“黑体”的概念，这样称呼是因为，同样的定则也适用于完全无反射（故是黑色）物体的能量吸收。黑体是一个模型，用来作为实际物体性质的良好近似，同时理论上又比较容易描述。黑体“理想地”吸收和发出辐射；就是说，它并不偏向于任何特定的频率范围。这样，当与周围环境处于热平衡时，黑体的辐射强度直接与其体内能量相关。
黑体辐射理论的历史颇为迷人。这不但是因为它包含着量子理论的发现，而且，它的发展途径是如此典型地迂回曲折，而科学家往往正是沿着这样的途径达到新的出乎意料的目的地。理论物理学家认识到，他们可以通过研究禁锢在一个具有理想（即黑色）吸收壁的空腔内的辐射来探测黑体的性质。这样的腔其实就是一个具有可以加热的绝热壁的盒子，壁上开有一个小针孔，辐射可以通过它进出。被禁锢在内的辐射的行为实际上就像气体，其性质（如强度和频率）可以通过观察从小孔泄漏出的少量辐射（不足以扰动热平衡）来测量，而辐射温度可从盒子的温度得到。
1859年至1860年冬，德国物理学家基尔霍夫（GR.Kirchhoff）获得一个重要结论。他证明，发射与吸收的能量之比只取决于辐射频率和腔内温度，而与腔的形状、腔壁的形状或制造腔体的材料无关。这个比值是一项可测量的性质，称为谱（或辐射）密度，实际上就是在一定温度下测量的单位体积和单位频率间隔内腔内辐射的强度。基尔霍夫的结果意味着谱密度是非常基本的，是辐射本身的基本物理表现，同时向科学界发出了挑战：要求揭示谱密度依赖于频率和温度的函数形式。
……

引言 量子物理学，这个曾经只存在于理论物理学家们的黑板和思想实验中的奇异领域，如今已悄然渗透到我们生活的方方面面。从我们手中的智能手机到未来的量子计算机，再到我们对宇宙起源和本质的理解，量子世界的规律无处不在，却又充满了令人费解的悖论。本书旨在为读者打开一扇通往量子迷宫的大门，以一种既严谨又不失趣味的方式，探索这个充满奇迹的领域。我们将不仅仅是罗列那些令人惊叹的量子现象，更重要的是，我们将深入探讨这些现象背后的历史脉络，理解其核心理论的建构过程，并审视那些试图解释这些奇异之处的形形色色的诠释，最终触及隐藏在量子世界深处的哲学思考。 第一章：黎明前的黑暗——量子概念的萌芽 在20世纪初，经典物理学，特别是牛顿力学和麦克斯韦电磁理论，似乎已经解释了宇宙运行的大部分规律。然而，一些实验现象的出现，如同平静湖面上的涟漪，预示着一场深刻的革命即将到来。黑体辐射问题，即物体在不同温度下发出的辐射光谱，困扰着科学家们。经典理论无法解释实验数据，尤其是在短波长区域的紫外灾难，这暴露了经典物理学的局限性。 普朗克，这位德国物理学家，在1900年，为了解决黑体辐射问题，大胆地提出了一个惊世骇俗的假设：能量不是连续的，而是以一份一份的“量子”形式发射和吸收的。他引入了普朗克常数$h$，将其与能量$E$和频率$f$联系起来：$E = hf$。这个看似微小的改变，却如同一颗投入湖中的石子，激起了量子革命的滔天巨浪。普朗克的量子假设，虽然最初是为了解释一个具体问题，却为理解微观世界的本质奠定了基础。 紧接着，爱因斯坦在1905年，运用普朗克的量子概念，成功解释了光电效应。他提出，光本身也是由一份份的能量组成的粒子，被称为光子。光子打在金属表面时，会将自身的能量传递给电子，当能量足够时，电子就会被击出。这一理论不仅解释了光电效应的许多细节，也进一步巩固了能量量子的概念，并为光的波粒二象性埋下了伏笔。 第二章：构建新世界——量子力学的核心理论 进入20世纪20年代，量子理论的发展进入了高速轨道。海森堡、玻尔、薛定谔、狄拉克等一代杰出的物理学家，以前所未有的速度和创造力，构建起量子力学的完整框架。 德国物理学家海森堡在1925年提出的矩阵力学，是一种全新的描述物理量的数学方法。他用矩阵来表示物理量，并发现这些矩阵的乘法不满足交换律，例如$AB eq BA$。这正是后来被称为“不确定性原理”的早期体现。 与此同时，奥地利物理学家薛定谔在1926年提出了更为直观的波动力学。他引入了著名的薛定谔方程，用一个波函数$psi$来描述粒子的状态。这个波函数本身没有直接的物理意义，但它的平方 $|psi|^2$ 代表了粒子出现在某个位置的概率。薛定谔方程成为了量子力学中最核心的方程之一，能够预测微观粒子的演化过程。 1927年，海森堡进一步发展了他的不确定性原理，提出了著名的“海森堡不确定性原理”。该原理指出，我们无法同时精确地测量一个粒子的某些成对的物理量，例如位置和动量。即，$ Delta x Delta p geq frac{hbar}{2} $，其中$Delta x$是位置的不确定度，$Delta p$是动量的不确定度，$hbar$是约化普朗克常数。这一原理深刻地揭示了微观世界固有的不确定性，与经典物理学中确定性的世界观截然不同。 狄拉克则在1928年，结合了量子力学和狭义相对论，提出了狄拉克方程。这个方程不仅成功地描述了电子的运动，还预言了反物质的存在，例如反电子（正电子）。这一成就极大地扩展了量子理论的疆域。 量子力学理论的建立，标志着人类对微观世界认识的一次飞跃。它引入了概率、叠加态、量子纠缠等一系列令人难以置信的概念，彻底颠覆了我们对现实的直观理解。 第三章：解读奇异之境——多姿的量子诠释 量子力学在数学上获得了巨大的成功，它能够极其精确地预测实验结果，然而，其背后的物理意义却一直饱受争议。如何理解那些看似违背常理的量子现象，成为了物理学界和社会各界热烈讨论的焦点。 哥本哈根诠释是目前最主流的量子力学解释。由玻尔和海森堡等人提出，其核心观点是： 波函数塌缩：量子系统在被观测之前，处于所有可能状态的叠加态，由波函数描述。一旦进行观测，波函数就会瞬间“塌缩”到某一个确定的状态，而观测到的结果就是这个确定的状态。观测行为本身成为了影响系统状态的关键。 概率性：量子力学是本质上概率性的，无法预测单次观测的精确结果，只能给出概率。 互补原理：微观粒子具有波和粒子的双重属性，但不能同时被观察到。例如，在某些实验中表现为粒子，在另一些实验中则表现为波。 哥本哈根诠释虽然强大，但也引发了一些深刻的哲学问题，例如“观测者是谁？”“观测行为是否真的具有物理意义？”“什么是‘测量’？” 爱因斯坦的观点则与哥本哈根诠释持不同意见。他认为量子力学是不完备的，认为其中必然存在一些未被发现的“隐变量”，这些隐变量决定了微观粒子的行为，从而消除了其固有的随机性。爱因斯坦著名的“上帝不掷骰子”的论断，就表达了他对量子力学概率性的不满。 多世界诠释（MWI），由休·埃弗雷特三世在1957年提出，试图绕开波函数塌缩的问题。它认为，每次量子测量发生时，宇宙就会分裂成多个平行的宇宙，每个宇宙对应着一种可能的结果。例如，如果一个粒子有50%的概率出现在A点，50%的概率出现在B点，那么在测量发生时，宇宙就会分裂成两个：一个宇宙中粒子出现在A点，另一个宇宙中粒子出现在B点。这种诠释极大地扩展了我们对现实的想象，但其背后涉及宇宙的无限分裂，也同样引发了关于其可证伪性和逻辑性的讨论。 德布罗意-玻姆理论（也称为隐变量理论或导波理论）则提供了一种完全确定性的解释。它认为，粒子除了具有波动性，还具有一个确定的位置，并由一个“量子势”引导其运动。波函数在这个理论中扮演的是一种“导波”的角色，它引导着粒子的轨迹，但本身不塌缩。这种理论在数学上是自洽的，但引入了非局域性，并且在粒子数大于一时，数学处理会变得异常复杂。 除了以上几种，还有许多其他的量子诠释，如一致性历史、退相干等，它们都在尝试从不同的角度理解量子世界的奥秘，也都面临着各自的挑战和优势。每一种诠释都如同一把钥匙，试图打开量子世界的另一扇门，但哪一把才是真正的“真相”，至今仍是未解之谜。 第四章：星辰大海的哲学——量子世界的哲学意涵 量子力学的发现，不仅是科学上的革命，更是对人类哲学思维的巨大挑战。它迫使我们重新审视关于实在、知识、因果、自由意志等最基本的问题。 实在性与观测：哥本哈根诠释对“实在”的定义提出了质疑。如果一个粒子在被观测之前并不具有确定的属性，那么“实在”的意义是什么？是否存在一个独立于观测者而存在的客观实在？这种观念的转变，对我们理解世界的本质产生了深远影响。 因果律的动摇：经典物理学是建立在严格的因果律基础上的，即每个结果都有一个确定的原因。然而，量子力学的概率性似乎动摇了这一基石。在微观层面，我们无法精确预测下一个事件的发生，只能给出概率。这是否意味着因果律在更深层次上是无效的？还是说，我们对因果律的理解需要进行更深刻的修正？ 决定论与自由意志：如果微观世界的行为是本质上随机的，那么宏观世界的事件，包括人类的思想和行为，是否也因此摆脱了决定论的束缚？量子力学的概率性是否为自由意志留下了空间？这是一个至今仍被激烈争论的哲学问题。 知识的边界：海森堡不确定性原理揭示了我们认识世界的能力是有限的。我们无法同时获得关于某个粒子所有精确的信息，这表明在认识论上，存在着不可逾越的障碍。我们对世界的认知，是否只能是近似的，局部的？ 实在的非局域性：量子纠缠现象，即两个或多个粒子之间存在一种奇特的关联，无论它们相距多远，一个粒子的状态变化会瞬间影响到另一个粒子。这似乎暗示着一种超越时空限制的“非局域性”联系，挑战了我们基于经典物理学的空间和时间观念。爱因斯坦曾经称之为“幽灵般的超距作用”，但实验已经反复证实了它的存在。 结论 量子迷宫，一个充满奇迹与挑战的领域。从普朗克的能量量子假设，到海森堡、薛定谔、狄拉克构建的量子力学理论，再到哥本哈根诠释、多世界诠释等各种尝试性的解读，以及由此引发的深刻哲学思考，构成了一部波澜壮阔的科学史诗。尽管量子世界充满了奇异与悖论，但它并非是虚无缥缈的幻想，而是真实存在的，并且正以前所未有的方式改变着我们的世界。 本书正是希望带领读者，穿越历史的迷雾，理解理论的精髓，感受诠释的多彩，并激发对哲学深层问题的探索。量子世界并非一个终点，而是一个永无止境的探索起点，它提醒着我们，宇宙的奥秘远超我们的想象，而人类的智慧，也将在不断的求索中不断超越。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧设计和排版质量简直是艺术品级别的。纸张的选择非常有质感，那种微哑光的触感，让每一次翻页都成为一种享受。更令人称道的是，书中大量使用的示意图和图表，它们的设计理念高度统一，与文本内容完美契合，绝非简单的图文堆砌。比如，那些用于解释多世界诠释的层次结构图，设计得简洁而富有层次感，避免了传统物理书籍中那种往往过于拥挤和难以辨认的图示。作者似乎对读者的阅读体验有着近乎偏执的关注，每一章的标题都精心雕琢，既点明了内容，又充满韵味。这使得即便是长时间阅读，眼睛也不会感到疲劳，反而有一种沉浸其中的愉悦感，这对于一本内容密度极高的书籍来说，是极其难能可贵的。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，这本书的哲学思辨部分是让我最为震撼的。我原本以为这会是一本纯粹的技术性解读，但没想到，作者对量子世界如何挑战我们日常直觉和经典形而上学的探讨，是如此深刻而富有洞察力。他毫不回避地提出了诸如“客观实在性”、“观测者效应”等核心难题，并且没有提供一个简单的“标准答案”，而是呈现了不同学派的观点及其背后的逻辑支撑。这种开放式的讨论极大地激发了我的思考欲，我开始反思我们对“确定性”的依赖，以及语言在描述微观世界时的局限性。作者的文笔在这里变得更加沉稳和内敛，有一种引领你走向更深思辨的庄重感。读完这一块，我感觉自己的思维框架被强行拓宽了，以往那些看似坚不可摧的常识，都蒙上了一层量子化的、不确定的光晕。

评分☆☆☆☆☆

这本书的阅读体验，对于我这种习惯了教科书式讲解的人来说，简直是一次颠覆性的刷新。作者在处理历史脉络时，没有采用流水账式的罗列，而是将每一位科学巨匠的发现都放置在特定的时代背景下进行剖析，使得那些经典的争论——比如波尔与爱因斯坦之间的世纪之辩——变得鲜活而充满戏剧张力。我仿佛能感受到他们当初在思想交锋时的那种激动与挣扎。特别值得称赞的是，作者对实验的描述细致入微，那些著名的“双缝实验”、“薛定谔的猫”等，都被他描绘得如同舞台上的精彩剧目，让人可以清晰地想象出实验的构造和观察者的困惑。这种将冰冷的物理定律融入到人类探索历史的叙事结构中，使得整本书读起来既有学术的厚度，又不失文学的感染力，完全不像是在啃一本“硬核”的科普读物。

评分☆☆☆☆☆

从一个普通读者的角度来看，这本书的价值在于它构建了一座坚实的桥梁，连接了晦涩的科学前沿与广泛的公众理解。作者显然深谙科普的精髓：既要忠于科学的严谨性，又不能牺牲阅读的趣味性。书中对于不同“诠释”——从哥本哈根到隐变量理论——的梳理，不仅是知识的传递，更像是一场跨越世纪的“学术辩论会”。作者的立场是中立而审慎的，他引导读者去理解每一种诠释背后的哲学代价和物理优势。读完后，我不再仅仅认为量子力学是“奇怪的”，而是开始理解它为何如此必然地产生了这些“奇怪”的结论。这本书无疑是一扇通往现代物理学核心思想的大门，它提供的知识深度和阅读广度，足以让任何对世界本质抱有好奇心的人感到满足。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计简直太抓人眼球了，那种深邃的蓝色调配上抽象的几何线条，立刻就让人感觉进入了一个充满未知的领域。我尤其喜欢作者在引言部分的处理方式，他没有直接抛出那些晦涩难懂的物理学公式，而是先从一个极富画面感的思想实验切入，仿佛带着我们走进了一个精心构建的微观世界迷宫。整个阅读过程，就像是在经历一场智力上的探险。作者的叙事节奏把握得非常精准，他擅长在关键的理论节点设置悬念，让你忍不住想立刻翻到下一页去寻求解答。而且，书中对于一些复杂概念的类比非常巧妙，比如将量子纠缠比作“宇宙中的私语”，这种生动的比喻极大地降低了理解门槛，让一个非专业背景的读者也能感受到量子力学那种令人心悸的美感和颠覆性。读完第一部分，我已经开始重新审视自己对“实在”的传统认知了。

评分☆☆☆☆☆

品相差。勉强接受。

评分☆☆☆☆☆

反而缺乏数学！大学本科难度

评分☆☆☆☆☆

很好的参考书

评分☆☆☆☆☆

开始缺货，一直等，确实不错

评分☆☆☆☆☆

比类似内容的写的都好1

评分☆☆☆☆☆

值得仔细品味的好书。

评分☆☆☆☆☆

量子理论是现代物理科学中最重要和最成功的理论之一，但其产生的概念和哲学问题极其深奥，犹如一座“迷宫”。作者希望通过本书带领读者游览这座迷宫。

评分☆☆☆☆☆

量子力学的书买了很多，这本还是介绍的比较不错的，适合没事儿的时候了解一下

评分☆☆☆☆☆

不错的书籍，慢慢看。