牛津通识读本:量子理论 [Quantum Theory： A Very Short Introduction] pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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[英国] 约翰·波尔金霍恩 著，张用友，何玉红 译

图书标签:

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• 现代物理
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出版社： 译林出版社

ISBN：9787544755078

版次：1

商品编码：11734891

品牌：译林（YILIN）

包装：平装

丛书名： 牛津通识读本

外文名称：Quantum Theory： A Very Short Introduction

开本：16开

出版时间：2015-08-01

用纸：胶版纸

页数：109

产品特色

编辑推荐

　　如果有一种理论可能会颠覆你的世界观，且不是凭空的想象，而是有多位世界科学家前仆后继的研究为基础，这样的理论绝对值得你静下心来了解一番。《量子理论》作者曾是一名杰出的物理学家，后开启第二职业生涯，成为一名牧师。在《量子理论》中，他以深厚功力，在一百页左右的篇幅中，带领我们去领略量子世界的不可思议。这里有薛定谔的猫、不确定性原理、波粒二象性，有科学研究中如热带日出般突然显现的曙光、1927年星光灿烂的索尔维会议、让奥卡姆的威廉死不瞑目的多世界设想……

内容简介

　　在物理学领域，量子理论是自牛顿以来具革命性的发现。《量子理论》以简明的、非数学式的语言，剖析了一些奇异古怪又激动人心的观念，正是这些观念，使亚原子世界与我们的日常世界如此迥异。约翰·波尔金霍恩清晰而透彻地探讨了不确定性、不可预见性、波粒二象性以及悬而未决的测量问题等，为量子理论这一物理学史上伟大的发现、20世纪杰出的智力成就之一揭开面纱。

作者简介

　　约翰·波尔金霍恩，英国圣公会牧师，英国皇家学会会员。1968至1979年任剑桥大学数学物理学教授，后任皇后学院院长。因在科学、宗教、医学伦理等方面的杰出贡献，1997年被女王伊丽莎白二世封为爵士。著有《量子世界》（1986）、《一位物理学家的信仰》（1994）、《科学与神学》（1998）等。

精彩书评

　　★约翰·波尔金霍恩将人类认识领域一次极为神秘、令人困惑的革新描绘得栩栩如生，使它不再难以理解。
　　——牛津大学 彼得·阿特金斯
　　
　　★确实，阅读了这本小册子之后，我又重新理解了过去以为已经理解的各种理论，多世界也好，测量问题也好，意识在量子世界扮演的角色也好。反正，这是一本值得任何对自然抱有好奇心的人静下心来认真看一遍的书。
　　——物理学教授、中山大学天文与空间科学研究院院长 李淼

目录

致谢
前言
1 经典物理的缺陷
2 曙光显现
3 日益加深的困惑
4 进一步发展
5 相聚
6 教训与价值
术语表
数学附录
索引
英文原文

精彩书摘

　　《量子理论》：
　　第二章 曙光显现
　　量子理论的第二种表述被称为波动力学是非常恰当的。它的成熟版本是奥地利物理学家埃尔温?薛定谔发现的。但是，在稍早一点的时间，波动力学已经在正确的方向上迈出了一步，由年轻的法国贵族路易斯?德布罗意王子完成（数学附录5）。德布罗意提出一个大胆的建议：如果波动的光也可以表现出粒子的性质，人们也许可以相应地预期粒子—比如电子—同样能表现出波动性。通过扩大普朗克公式的应用，德布罗意能够用定量的形式描述这个想法。普朗克已经使能量的粒子性质与频率的波动性质成比例。德布罗意建议，另一个粒子性质—动量（一个重要的物理量，定义明确且大体上对应于粒子持续运动的能力），应该类似地与另一个波动性质—波长相关，相关比例系数还是普朗克的普适常数。这种等价性提供了一种微型词典，可以把粒子翻译成波，或者将波翻译成粒子。1924年，德布罗意在他的博士论文中展示了这些想法。巴黎大学当局非常怀疑这类异端观念，但是幸运的是，他们暗地里咨询了爱因斯坦。爱因斯坦认可了这位年轻人的才华，德布罗意也被授予博士学位。在短短几年之内，美国戴维逊和杰默以及英国乔治?汤姆森的实验都能够证明，一束电子与晶体晶格相互作用时存在电子干涉图样，从而证实了电子确实能够表现出波动行为。路易斯?德布罗意在1929年被授予诺贝尔物理学奖。（乔治?汤姆森是约瑟夫?汤姆森的儿子。人们经常说，父亲赢得诺贝尔奖是因为证实电子是一个粒子，而儿子赢得诺贝尔奖是因为证实电子是一种波。）
　　德布罗意提出的想法建立在对自由运动粒子性质的讨论之上。为了实现一个完整的动力学理论，需要做更深入的推广，以便允许在理论中加入相互作用。这是薛定谔成功解决的问题。早在1926年，他就发表了现在以他名字命名的著名方程（数学附录6）。引导他发现方程的方法是通过与光学进行类比。
　　虽然19世纪的物理学家认为光是由波组成的，但是他们并没有总是用成熟的波动计算技术去获知发生的情况。如果与定义问题的尺寸相比，光的波长较小，就有可能引入一个极其简单的方法。这个方法就是几何光学。几何光学把光视为按直线传播，并按照简单的规则进行反射和折射的射线。今天中学物理中基本的棱镜和平面镜系统的计算就是按照相同的方式在进行，计算者根本不需要担心复杂的波动方程。应用在光上的射线光学是比较简单的，类似于在质点力学中画轨迹。如果质点力学仅仅是更基础的波动力学的一个近似，薛定谔认为波动力学可以通过逆向思考来发现，类似于从波动光学导出几何光学。按照这个方法，他发现了薛定谔方程。
　　在海森堡向物理学界介绍他的矩阵力学理论后仅几个月，薛定谔就发表了他的想法。那时，薛定谔38岁。这提供了一个杰出的反例，否定了理论物理学家做出真正的原创工作是在25岁之前的断言—这个断言有时是科学家以外的人做出的。薛定谔方程是量子理论的基本动力学方程。它是偏微分方程中相当简单的一类，也是那时物理学家非常熟悉的一种，对这种方程物理学家已经拥有数学求解技术的强大积累。薛定谔方程用起来要比海森堡新奇的矩阵方法容易得多。人们立刻就可以开始工作，将这些想法应用到多种多样的具体物理问题上。对于氢原子光谱，薛定谔自己能够从他的方程推导出巴耳末公式。这个计算显示了玻尔在他对旧量子理论极富创造力的修补当中，距离真相究竟有多近，又有多远。（角动量是重要的，但其重要性并不体现在玻尔提出的方式中。）
　　很明显，海森堡和薛定谔已经取得了不俗的进展。然而乍一看，他们提出新思路的方式是如此不同，以至于看不清楚是他们做出了同样的发现、仅是表述不同，还是他们提出的原本就是两个竞争性的提议（见数学附录10的讨论）。重要的澄清工作随后很快出现，其中哥廷根大学的马克斯?玻恩和剑桥大学的保罗?狄拉克做出了非常重大的贡献。很快就确定有一个基于一般原理之上的理论，其数学描述可以表现为许多等价的形式。这些一般原理最终在狄拉克的《量子力学原理》一书中得到明确阐述。该书首次出版于1930年，是20世纪的一个智慧经典。其第一版的序言以看似简单的陈述开始：“在本世纪，理论物理学方法的发展经历了一次巨变。”我们现在必须考虑这次巨变带来的物理世界本质的变革。
　　可以这么说，我学习的量子力学是绝对可靠的。也就是说，我聆听了狄拉克在剑桥讲授的著名的量子理论课程，该课程持续了30年。听众不仅包括像我这样的大四本科生，还经常有资深的拜访者。这些拜访者理所当然地认为，从一个量子理论的杰出人物口中再听一遍他的课程是种特别的荣幸，虽然他们可能已经非常熟悉课程的大致内容。讲座几乎完全是按照狄拉克那本书的结构进行的。令人印象深刻的是，狄拉克完全没有强调他本人对这些伟大发现所做出的贡献。我已说过，狄拉克属于一类科学圣人，其内心纯净，目标明确。讲座令人如痴如醉，其清晰度和论点的磅礴展开，就如同巴赫赋格曲的发展一样令人舒心且看似必然。讲座没有使用任何形式的修辞手法，但是在讲座开始时，狄拉克允许自己做一些适当的舞台动作。
　　他拿起一支粉笔，折成两半，一段放在讲台的这一边，一段放在讲台的那一边。然后狄拉克说，从经典的角度看，一个状态是这支粉笔在“这儿”，一个状态是这支粉笔在“那儿”，而且这是仅有的两种可能性。然而，将粉笔换成电子，在量子世界中电子不仅有“这儿”和“那儿”的态，还有一大堆其他的态。这些态是两种可能性的混合体—一点“这儿”态和一点“那儿”态的叠加。量子理论允许态的混合叠加，但是在经典物理中态是彼此排斥的。正是这种有悖常理的几率叠加区分了量子世界和日常经典物理世界（数学附录7）。用专业术语来说，这个新的可能性被称为叠加原理。
　　……

前言/序言

量子理论：一次穿越微观宇宙的思维探险 在人类探索宇宙奥秘的宏伟画卷中，量子理论无疑是最为璀璨夺目、也最具颠覆性的一笔。它并非一股凭空出现的思潮，而是建立在数个世纪以来物理学与哲学思想碰撞、融合的坚实基础上，是对我们理解世界最深刻的重塑。这本书，旨在引领您进行一次穿越微观宇宙的思维探险，去领略那些挑战我们直观认知、却又无比真实存在的奇妙现象。 想象一下，我们日常所见的宏观世界，物体拥有确定的位置和速度，能量可以连续传递，因果关系清晰可见。然而，当我们把目光投向原子、电子、光子这些构成万物的基本粒子时，一切都变得截然不同。在这里，“模糊”和“概率”成为了主旋律，粒子既可以是波，也可以是粒子；能量不是连续的，而是以一个个离散的“量子”形式存在；观察者的行为甚至会影响到被观察的对象。量子理论正是这样一套解释微观世界运行规律的全新语言。 量子理论的诞生：一场突破性的革命 要理解量子理论，我们必须回到它的起源。在20世纪初，一系列实验观测到的现象，如黑体辐射、光电效应等，无法用经典的物理学理论来解释。普朗克提出的能量量子化假设，虽然最初是为了解决黑体辐射问题，却意外地打开了通往一个全新物理学时代的大门。他认为，能量不是连续地发射或吸收，而是以一份份不可分割的能量子（量子）的形式进行，每一个能量子的能量与光的频率成正比。这一看似微小的数学假设，却犹如一颗投入平静湖面的石子，激起了巨大的涟漪，彻底动摇了经典物理学的根基。 紧随其后，爱因斯坦在解释光电效应时，进一步提出了光量子（光子）的概念，证实了光除了波动性外，还具有粒子性。这一“波粒二象性”的概念，成为了量子力学最核心、也最具争议的基石之一。试想一下，一个微小的实体，时而像流水般弥散开来，时而又像一颗颗独立的弹珠般撞击。这不仅挑战了我们对物质形态的传统认知，更开启了对“实在”本质的深刻哲学反思。 波函数与概率：微观世界的“不确定性” 海森堡的不确定性原理，则是量子理论中另一块举世瞩目的基石。它指出，我们无法同时精确地测量一个粒子的位置和动量。你对一个量测得越精确，对另一个量就越不确定。这并非是我们测量仪器的局限，而是微观粒子本身固有的属性。这是否意味着宇宙的运行本质上充满了不确定性？或者，我们对“确定性”的理解，本身就需要被量子理论重新定义？ 薛定谔方程，则为描述量子系统随时间演化的行为提供了一个数学框架。通过这个方程，我们可以计算出量子系统的“波函数”。这个波函数本身并不直接对应物理实在，而是描述了粒子在某个位置出现或者具有某种能量的概率。一旦进行测量，波函数就会“坍缩”，粒子就会呈现出确定的状态。这种“概率波”的概念，以及测量过程中发生的“坍缩”，是量子理论最令人费解，也最引人入胜的部分之一。它似乎暗示着，微观世界并非遵循着我们熟悉的、由确定因果链构成的“机械论”模型，而是一种更加模糊、概率性的存在。 量子叠加与纠缠：超越经典直觉的现象 量子叠加原理，更是将这种“模糊性”推向了极致。一个量子系统，在被观测之前，可以同时处于多种可能状态的叠加态。直到测量发生，它才会“选择”其中一种状态而显现。著名的“薛定谔的猫”思想实验，正是为了形象地说明这一原理的诡异性：一只猫同时处于“死”和“活”的叠加状态，直到我们打开箱子观察。这一概念，不仅在理论上极其重要，也为量子计算等新兴技术提供了可能性——一个量子比特（qubit）可以同时表示0和1，从而实现远超经典计算机的并行计算能力。 而量子纠缠，则更为离奇。当两个或多个粒子发生纠缠后，它们的状态就紧密地联系在一起，无论它们相距多远，对其中一个粒子的测量会瞬时地影响到另一个粒子的状态。爱因斯坦曾将这种现象称为“幽灵般的超距作用”，因为它似乎违背了狭义相对论中信息传播速度不能超过光速的限制。然而，大量的实验已经证实了量子纠缠的真实存在。这种跨越空间、超越时间的联系，正在颠覆我们对“局域性”和“实在性”的理解。 量子理论的意义与未来：重塑科学与技术 量子理论的出现，不仅仅是对物理学的一次革命，它也深刻地影响了化学、材料科学、生物学等众多学科。理解原子的结构、化学键的形成、半导体的性质，都离不开量子力学的指导。 更重要的是，量子理论正以前所未有的方式塑造着我们的未来。量子计算，有潜力解决目前经典计算机无法处理的复杂问题，例如药物研发、材料设计、金融建模等。量子通信，则能够实现理论上绝对安全的加密，为信息安全带来革命性的保障。量子传感，可以实现前所未有的高精度测量，推动科学研究和技术应用迈向新高度。 然而，量子理论的深邃之处，也留下了许多未解之谜。关于波函数坍缩的机制，关于量子测量与经典世界界限的划分，关于量子引力的统一理论，这些都是科学家们仍在孜孜不倦探索的领域。 这本书，将带领您一步步走进量子理论的奇妙世界，从最基础的概念出发，逐渐深入到那些令人惊叹的现象和深邃的哲学含义。它不会提供一套简单的答案，而是邀请您一同思考，一同探索，一同感受科学最前沿的魅力。准备好您的思维，让我们一同启程，去领略这个由概率、叠加和纠缠构成的，既微小又宏大的量子宇宙。

评分☆☆☆☆☆

从购买的动机来看，我更看重的是这本书能否成为我进入更深层次研究的一个“跳板”，而不是最终的目的地。我需要它提供一套清晰的“地图”，标明量子理论的主要区域和地标。例如，我希望能清楚地区分薛定谔方程的意义、矩阵力学的核心观点，以及哥本哈根诠释的关键假设。如果读完后，我能带着一串清晰的、有条理的问题去进行下一阶段的学习——比如，为什么不同的诠释会导致不同的哲学含义——那么这本书的引导作用就非常成功了。我希望它能提供足够的深度，让我感受到这个领域的魅力和挑战，同时又不会让我因为起点过高而望而却步。

评分☆☆☆☆☆

这本书的篇幅设定让我感到有些许警惕，同时也充满了挑战的诱惑。量子力学本身的复杂性意味着，任何试图在有限篇幅内涵盖其精髓的尝试都可能面临取舍的困境。我非常好奇作者是如何进行这种“瘦身”的。是果断地舍弃了那些复杂的数学推导，只保留概念的哲学内核？还是巧妙地用语言的魔力来概括那些原本需要微积分支撑的论证？我个人倾向于后者，即用极高的概括能力来提炼核心思想。如果它能在我通勤的路上，或者在睡前的半小时里，就能提供一次精神上的“高强度训练”，让我能跟得上稍微深入一点的讨论，那它就完全达到了我的预期。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计得很有吸引力，色彩搭配和排版都显得很专业，那种深邃的蓝色调和抽象的几何图形立刻抓住了我对物理学，尤其是量子领域的兴趣。我一直对“不确定性”和“叠加态”这些概念感到好奇，总觉得它们既神秘又充满了哲学的意味。这本书的标题也很有意思，“非常短的介绍”，这让我这个对量子力学知之甚少的人感到压力减轻了不少，毕竟，我可不想一头扎进那些晦涩难懂的数学公式里。我期待它能用一种非常直观、易懂的方式，帮我搭建起一个初步的认知框架，让我能对这个常常被媒体渲染得神乎其神的主题有一个清晰的、非科幻的理解。我希望能看到作者如何巧妙地平衡严谨性和可读性，将那些抽象的概念，比如波粒二象性，用日常生活的类比来解释。这本书如果能成功地激发我对更深入学习的兴趣，那它的价值就已经非常大了。

评分☆☆☆☆☆

说实话，我买了很多自认为“科普”的书，结果发现它们要么是过于学术化，让人读起来像在啃砖头，要么就是为了追求通俗而牺牲了核心概念的准确性，读完后感觉收获的只是一些似是而非的概念。我对这本“牛津通识读本”的期待，主要集中在它的“通识”二字上。我希望它能像一位经验丰富的老师，耐心地引导我走出量子世界的迷雾，而不是直接把我扔到知识的海洋里自生自灭。我尤其关注它对量子纠缠的处理方式，这是我听过最令人费解的概念之一。如果作者能用清晰的逻辑链条，一步步拆解这个“鬼魅般的超距作用”，让我哪怕只是在脑海中勾勒出一个大致的图像，我就非常满意了。我更在乎的是理解思维方式的转变，而不是背诵公式。

评分☆☆☆☆☆

作为一名业余爱好者，我最怕的就是那种“蜻蜓点水”式的介绍，只罗列一堆名词却不解释其深刻含义。我希望这本小册子能提供一个坚实的“骨架”，让我知道量子理论的基石是什么，它是如何颠覆了我们对经典物理的看法的。我希望它能清晰地勾勒出普朗克、玻尔、海森堡等先驱们在探索过程中遇到的思想冲突和理论突破的脉络。毕竟，科学史本身就是一场引人入胜的戏剧。如果能通过阅读了解当时科学家们是怎样一步步被实验结果推着走，最终不得不接受那些反直觉的结论，那会比单纯记住结论更有教育意义。我希望它不仅仅是知识的搬运工，更是思想变革的记录者。

评分☆☆☆☆☆

包装无破裂，快递小哥很好，书还没看

评分☆☆☆☆☆

手一抖竟然买了两本，有点心痛看来要送给别人了

评分☆☆☆☆☆

是这本书吗？还没看。看完再说。我要京豆。

评分☆☆☆☆☆

牛津通识系列一直都很不错 是中英对照的

评分☆☆☆☆☆

很好的科普书籍

评分☆☆☆☆☆

本商品不错。借地揭露飞球(Fly.Globe)牌锁质量极其垃圾，用不到一个月就反锁弹不开，而且有多人反馈有相同的问题。在线客服就像个#，售后完全不解决任何问题。千万不要选购飞球产品，品控垃圾，质量垃圾，售后垃圾。如果买了飞球锁，就等着被反锁和不厌其烦的拆锁装锁吧。

评分☆☆☆☆☆

有英文原文，内容清晰明了

评分☆☆☆☆☆

双语。虽然有kindle版，但是为了了解中英差异，买纸书还是值得的。

评分☆☆☆☆☆

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