全新正版 圖解宇宙與量子理論 [日]竹內薰 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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[日] 竹內薰 著

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齣版社： 人民郵電齣版社

ISBN：9787115462107

商品編碼：29521990944

包裝：平裝-膠訂

齣版時間：2017-11-01

基本信息

書名：全新正版 圖解宇宙與量子理論

定價：39.80元

作者：竹內薰

齣版社：人民郵電齣版社

齣版日期：2017-11-01

ISBN：9787115462107

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝-膠訂

開本：大32開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

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地心說、日心說、奇點、相對論、物質波、薛定諤方程……這些晦澀難懂的理論在講什麼？主序星、紅、白矮星、超新星、中子星、星際氣體……這些星體有什麼區彆？強子、粒子、反粒子、超子、誇剋、原子……這些基本粒子與宇宙有什麼關係？伽馬射綫、黑洞、暗物質……這些星際物質暗示瞭什麼？這本書用圖錶和漫畫的形式一一為我們解答以上問題。從粒子到星係，本書生動直觀地講解瞭深奧的宇宙學知識；從微觀到宏觀，本書形象有趣地闡述瞭晦澀的量子理論。丹麥哥本哈根大學玻爾研究所粒子宇宙學博士後研究員蔣S為本書進行專業審校。

內容提要

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本書是一本宇宙學科普讀物，從原子等微觀粒子，到主序星、紅、白矮星等恒星，以及宇宙中的暗物質，作者一一進行瞭詳盡地解讀。本書將宏觀的宇宙與微觀的粒子相結閤，用數學工具和想象力為讀者描繪齣嬰兒宇宙、平行宇宙、創造粒子的“超弦”等奇異的概念。

目錄

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前言 / 3

本書概要 / 8



章 探索宇宙

天文學與量子理論的結閤 從微觀看宏觀 / 10

宇宙的規模 從宇宙到量子 / 12

古代的宇宙觀 人類對宇宙的探知從未間斷 / 14

地心說 到中世紀為止的宇宙觀 / 16

日心說1 提齣日心說的哥白尼 / 18

日心說2 打破宗教特權 / 20

宇宙的膨脹 宇宙在不斷膨脹中 / 22

熾熱的奇點 宇宙是從一個火球開始的 / 24

光的速度 宇宙為什麼如此浩瀚 / 26

相對論 描述時空的相對論 / 28

愛因斯坦場方程式 愛因斯坦的宇宙論 / 30

專欄1 為什麼夜晚是黑暗的 / 32



第2章 量子理論

原子論 人類想要瞭解萬物的根源 / 34

量子理論的開端 發現非連續性現象 / 36

普朗剋尺度 以普朗剋的名字命名的基本單位 / 38

原子模型1 原子是西瓜還是土星 / 40

原子模型2 電子分散在軌道上 / 42

物質波 所有的物質都具有波動性 / 44

薛定諤方程式 用概率描述世界 / 46

不確定性原理 無法同時確定的位置與速度 / 48

量子理論的解釋1 是神在擲骰子嗎 / 50

光電效應 愛因斯坦所描述的光的粒子性 / 52

波動性與粒子性 展示電子波動性的實驗 / 54

量子理論的解釋2 玻姆的量子勢能 / 56

隧穿效應 量子有概率可以穿過勢壘 / 58

量子理論的解釋3 玻姆對於隧穿效應的解釋 / 60

自鏇1 電子的自鏇不是鏇轉的 / 62

自鏇2 量子世界中的奇妙性質 / 64

泡利不相容原理 玻色子與費米子 / 66

超流體與超導體 奇妙的“超”現象 / 68

量子波動 能量可以在真空中波動 / 70

專欄2 身邊的量子力學 / 72



第3章 恒星的進化

元素的起源 我們都是恒星的一部分 / 74

元素分析 瞭解構成恒星的元素 / 76

恒星的一生 質量決定瞭恒星生命的長短 / 78

主序星的核聚變反應 太陽內部産生的核聚變 / 80

紅的核聚變反應 紅是製造元素的工廠 / 82

白矮星 簡並壓支撐著的白矮星 / 84

超新星爆炸1 連接新一代的大爆炸 / 86

超新星爆炸2 通過超新星爆炸測量距離 / 88

中子星1 中子星是巨大的原子核 / 90

中子星2 構成中子星的奇妙粒子 / 92

黑洞1 連光綫都能吸進去的時空鏇渦 / 94

黑洞2 黑洞也會消失 / 96

星際氣體 恒星的終結是新恒星的誕生 / 98

專欄3 誇剋星的可能性 / 100



第4章 觀測到的新的宇宙狀態

電磁波 在宇宙中旅行的電磁波 / 102

發現黑洞 找到看不見的黑洞 / 104

銀河係的構造 恒星匯集而成的銀河係 / 106

宇宙射綫的起源 超高能量宇宙射綫之謎 / 108

伽馬射綫暴 來自銀河係外的神秘射綫 / 110

紅移 通過光譜瞭解膨脹速度 / 112

宇宙背景輻射 證明宇宙大爆炸理論的噪音 / 114

WMAP 空間探測器發現的波動 / 116

暗物質1 銀河鏇轉之謎 / 118

暗物質2 已判明的暗物質分布 / 120

暗能量 加快宇宙膨脹速度的神秘能量 / 122

宇宙的構成要素 宇宙的96%還不為人所知 / 124

宇宙大尺度結構 微觀的波動形成宏觀的構造 / 126

大型對撞機 重現早期宇宙的實驗 / 128

專欄4 對撞機能製造齣黑洞嗎？ / 130



第5章 粒子標準模型

粒子標準模型 粒子的基礎概念 / 132

強子 誇剋構成的強子 / 134

相互作用力 宇宙中的4種相互作用力 / 136

反粒子 量子理論與相對論結閤後的推論 / 138

強相互作用力 強相互作用力讓太陽發光 / 140

超子 奇異的原子核 / 142

弱相互作用力 打破能量守恒定律？ / 144

未發現的粒子1 傳遞引力的引力子 / 146

未發現的粒子2 産生質量的希格斯粒子 / 148

CPT對稱性 物理定律所帶有的對稱性 / 150

對稱性破缺 對稱性破缺會在宇宙中留下物質 / 152

專欄5 粒子探究之旅 / 154



第6章 宇宙的曆史

宇宙的進化 從“無”開始的137億年的宇宙史 / 156

宇宙圖 根據宇宙史繪製的宇宙圖 / 158

宇宙的加速膨脹 宇宙的膨脹正在加速 / 160

星係的布局 宇宙大尺度結構 / 162

星係的形成 星係是宇宙的基礎單位 / 164

恒星的形成 宇宙中個點亮的恒星 / 166

宇宙放晴 38萬年後，視綫開朗的宇宙 / 168

元素的産生 存在於早期宇宙的氫和氦 / 170

強子的産生 用強大的力量將誇剋封閉起來 / 172

反物質之謎 為什麼隻有物質被留瞭下來 / 174

宇宙大爆炸 高溫、高密度的火球宇宙 / 176

專欄6 宇宙背景輻射的發現之路 / 178



第7章 量子宇宙學

奇點理論 時光倒流的話，宇宙會變成一個點嗎 / 180

暴脹 真空能量引起的擴大 / 182

時間的概念 時間的概念隨理論一同變化 / 184

霍金的宇宙論 從無邊界開始 / 186

宇宙誕生以前 宇宙誕生前是什麼樣的 / 188

專欄7 薛定諤的貓 / 190



第8章 統一場論

理論物理與宇宙觀測 發展理論物理的關鍵在於對宇宙的觀測 / 192

標準模型的局限 中微子振蕩動搖瞭標準模型 / 194

相互作用力的統一 物理學傢們的夢想是相互作用力的統一 / 196

暗物質 暗物質是新粒子的備選嗎 / 198

圈量子引力理論1 將相對論量子化的圈量子引力理論 / 200

圈量子引力理論2 圈量子引力理論與宇宙學 / 202

超弦理論1 超弦理論的成因 / 204

超弦理論2 弦能解釋世上的一切 / 206

M理論 從超弦理論到M理論 / 208

五維時空 宇宙不是四維的嗎 / 210

專欄8 諾貝爾物理學獲奬者與量子理論 / 212



第9章 宇宙的今後

多重宇宙 宇宙隻有一個嗎 / 214

宇宙的未來1 宇宙在膨脹還是在收縮呢 / 216

宇宙的未來2 膨脹中的宇宙的未來 / 218



索引 / 220

作者介紹

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【日】竹內薰 主編 1960年生於東京。愛貓科學作傢。在東京大學理學係畢業後，又拿到瞭麥吉爾大學（加拿大）的理科博士學位。除瞭撰寫一些科技類圖書，還擔任電視颱的評論員、廣播電颱的主持人，解說數學類節目，並為報刊雜誌撰寫小專欄，參加各種各樣的科普活動。 他的著作有《貓耳少女的量子理論》、《主見過強的人和沒有主見的人》、《成就卓著的科學傢們》（以上為PHP研究所版權所有）、《駒大數學特彆集中講座》（與他人共同編著，扶桑社版權所有）、《狄奧尼修之耳》（德間文庫版權所有）等。蔣S 專業審校 現為丹麥哥本哈根大學玻爾研究所博士後研究員。2015年獲得美國加州大學戴維斯分校博士學位，曾獲2013年全美 LHC-TI項目榮譽研究生奬學金，2014年度國傢自費留學生奬學金以及加州大學畢業生傑齣學術成就奬等多項大奬和榮譽 。研究領域為超標準模型的粒子物理以及粒子宇宙學，已在希格斯物理、超對稱物理、暗物質、額外維時空以及有效場理論等方嚮開展研究。目前主要緻力於研究與早期宇宙相關聯的粒子宇宙學問題。至今在國際一級學術刊物上發錶論文二十餘篇（包括高影響因子的物理評論快報兩篇），論文總引用數近韆次，同時擔任JHEP, Phys. Rev. D, Nucl. Phys. B, Mod. Phys. Lett. A等國際一級期刊論文審稿人。

文摘

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序言

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《宇宙的奧秘：從宏觀到微觀的探索》 引言 自古以來，人類便仰望星空，追問著我們從何而來，宇宙又將去往何方。從古老的星圖到現代的太空望遠鏡，我們對宇宙的理解不斷深化，但同時，也麵臨著更加深邃的謎題。本書旨在帶領讀者踏上一場跨越時空的宏偉旅程，探索宇宙最令人著迷的奧秘，從構成萬物的基本粒子，到支撐宇宙運轉的宏大規律。我們將一同潛入微觀世界的奇詭，窺探量子力學的顛覆性思想，再將目光投嚮浩瀚的宇宙，審視星係的演化、黑洞的吞噬以及宇宙的起源和未來。這是一場關於科學、哲學與想象力的盛宴，一次對我們所處世界本質的深刻追問。 第一章：微觀的基石——原子與粒子 在我們眼前所見的一切，無論是一粒塵埃，還是一顆恒星，都由更小的單位構成——原子。原子並非不可分割的實體，而是由原子核和圍繞原子核運動的電子組成的。原子核又由質子和中其中，質子和中子進一步由更小的粒子——誇剋組成。在這一章中，我們將深入剖析這些基本粒子的構成，瞭解它們的性質、相互作用以及在粒子物理學領域中扮演的角色。我們將介紹標準模型的概念，它是描述已知基本粒子及其相互作用的理論框架。通過對強力、弱力、電磁力以及引力的理解，我們將逐漸揭開物質世界最深層的運作機製。 原子模型的發展：從道爾頓的原子論到盧瑟福的原子核模型，再到玻爾的量子模型，科學傢的探索是如何逐步揭示原子內部結構的？ 基本粒子傢族：電子、誇剋、中微子、光子……這些聽起來神秘的粒子究竟是什麼？它們有哪些獨特的性質？ 粒子物理學的標準模型：它是如何統一描述各種基本粒子及其相互作用的？為什麼它被譽為現代物理學的基石？ 粒子的相互作用：強力如何將誇剋束縛在一起？弱力如何導緻放射性衰變？電磁力又如何塑造我們周圍的世界？ 未解之謎：暗物質、暗能量……標準模型之外，還有哪些尚未被發現的基本粒子和相互作用？ 第二章：量子世界的奇詭——概率、疊加與糾纏 當我們進入原子和亞原子粒子的微觀尺度，經典物理學的直覺將失效。量子力學以其反直覺的特性，顛覆瞭我們對現實的認知。在這裏，粒子不再是確定的點，而是具有波粒二象性的模糊存在。一個粒子可以同時處於多種狀態的“疊加態”，直到被觀測的那一刻，疊加態纔會“坍縮”到一個確定的狀態。更令人費解的是，“量子糾纏”現象，兩個粒子即使相隔遙遠，也能瞬間産生關聯，一方的狀態改變，另一方也會立即隨之改變，仿佛它們之間存在著某種超距的聯係。本章將帶領讀者領略量子的奇妙世界，理解這些看似離奇的現象背後所蘊含的深刻物理原理。 波粒二象性：光既是粒子又是波，電子也一樣？這是如何被實驗證實的？ 疊加態：一個粒子如何同時存在於多個地方？貓是死是活的“薛定諤的貓”悖論又意味著什麼？ 量子測量與坍縮：觀察行為如何影響微觀粒子的狀態？概率在量子世界中扮演著怎樣的角色？ 量子糾纏：愛因斯坦稱之為“幽靈般的超距作用”？它如何挑戰我們的因果律觀念？ 量子計算的曙光：疊加態和糾纏態如何為信息處理帶來革命性的突破？ 第三章：時空的織錦——相對論的革命 進入二十世紀，阿爾伯特·愛因斯坦的兩大相對論——狹義相對論和廣義相對論——徹底改變瞭我們對空間、時間和引力的理解。狹義相對論揭示瞭時間和空間並非絕對獨立，而是相互聯係的統一體，即“時空”。運動的速度會影響時間的流逝和空間的尺度，光速是宇宙中的絕對極限。廣義相對論則將引力描述為時空的彎麯，質量和能量扭麯瞭周圍的時空，而物體則沿著彎麯的時空路徑運動。這一理論不僅成功解釋瞭水星近日點的進動等經典難題，還預言瞭引力波的存在，為我們理解宇宙的宏觀結構提供瞭全新的視角。 狹義相對論的基石：光速不變原理和相對性原理如何推導齣時間膨脹和長度收縮？ 質能等價：E=mc² 到底意味著什麼？能量與質量之間隱藏著怎樣的深刻聯係？ 廣義相對論的時空觀：引力不再是“力”，而是時空的幾何性質？物體的運動為何看起來像是在受力？ 時空彎麯的證據：光綫在引力場中的偏摺，引力透鏡效應，引力波的探測……這些現象如何驗證瞭廣義相對論？ 黑洞的誕生與奧秘：時空被無限彎麯的奇點，視界內外發生著怎樣的驚人事件？ 第四章：宇宙的宏偉畫捲——星係、黑洞與暗物質 將目光從微觀世界轉嚮宏觀宇宙，我們將看到一個由數韆億個星係組成的壯麗圖景。星係並非靜止不動，而是經過數十億年的演化，不斷碰撞、閤並，孕育著新一代的恒星。恒星的生死則以壯麗的超新星爆發告終，將重元素播撒到宇宙空間，為新生命的誕生提供物質基礎。而在星係中心，常常潛伏著吞噬一切的“黑洞”，它們以其強大的引力扭麯著時空，影響著周圍星係的命運。然而，我們所見的物質隻占宇宙總質量的極小一部分，大部分宇宙的構成是神秘的“暗物質”和“暗能量”，它們深刻影響著宇宙的演化和結構。 星係的形成與演化：從混沌到有序，星係是如何孕育而生的？不同類型的星係又有何特徵？ 恒星的生命周期：從星雲到白矮星、中子星或黑洞，恒星的誕生、成長與死亡是怎樣的壯麗過程？ 黑洞的真相：視界是什麼？落入黑洞的物質會發生什麼？黑洞對星係演化有何影響？ 宇宙的大尺度結構：星係團、超星係團……宇宙是如何形成網狀或泡沫狀的結構的？ 暗物質與暗能量的謎團：它們是什麼？為什麼我們看不見它們？它們又為何主宰著宇宙的命運？ 第五章：宇宙的起源與歸宿——大爆炸與膨脹 宇宙並非永恒不變，它有一個起點，並且還在不斷膨脹。現代宇宙學的主流理論——大爆炸模型——描述瞭宇宙從一個極高密度、極高溫度的初始狀態開始，經曆瞭快速膨脹、冷卻，最終形成我們今天所見的宇宙。宇宙微波背景輻射的發現，為大爆炸模型提供瞭強有力的證據。宇宙的膨脹並非均勻，而是由暗能量驅動的加速膨脹，這意味著宇宙的未來可能走嚮“大撕裂”或“大凍結”等不同的結局。理解宇宙的起源和未來，不僅是對宇宙學知識的探索，更是對人類自身存在意義的哲學追問。 大爆炸理論的證據：宇宙微波背景輻射、哈勃定律、元素豐度……這些證據如何支持宇宙起源於一次大爆炸？ 宇宙膨脹的曆程：從暴脹時期到現今的加速膨脹，宇宙經曆瞭怎樣的演變？ 宇宙的年齡與尺度：我們如何測量宇宙的年齡？宇宙究竟有多大？ 宇宙的未來猜想：宇宙會繼續膨脹下去嗎？“大凍結”、“大撕裂”還是其他的可能性？ 宇宙學與哲學：宇宙的起點和終點，是否也蘊含著對生命和存在本身的啓示？ 結語 本書所描繪的宇宙圖景，是從微觀粒子到宏觀星係的壯麗跨越，是從經典物理到量子力學、相對論的思維革命。每一次科學的突破，都伴隨著人類對未知世界的更深層次的探索和對自身智慧的更高呼喚。宇宙的奧秘並非靜止不變，而是隨著我們每一次的求索而不斷展開。願本書能激發您對科學的無限好奇，引導您在探索宇宙的偉大徵程中，找到屬於自己的那片星辰大海。

評分☆☆☆☆☆

作為一名對科學充滿熱情但又缺乏專業背景的普通讀者，我一直以來都渴望能找到一本能夠真正“讀懂”的宇宙學和量子力學書籍。市麵上這類書籍不少，但很多都過於晦澀難懂，要麼是艱澀的數學公式堆砌，要麼是專業術語的密集轟炸，讓我望而卻步。然而，這本書完全打破瞭我的這種擔憂。從第一頁開始，我就被它流暢的敘事和極富感染力的語言所吸引。作者並沒有迴避科學的嚴謹性，但他在闡述復雜概念時，總能找到最貼切的比喻和最直觀的講解方式，仿佛在和一位老朋友聊天，將深奧的知識娓娓道來。那些精美的插圖更是起到瞭畫龍點睛的作用，它們不僅僅是簡單的裝飾，更是理解文本內容的關鍵輔助。我尤其喜歡書中對於愛因斯坦相對論的圖解，那些關於時空彎麯、光速不變的畫麵，將抽象的概念變得觸手可及。同時，量子理論部分也讓我受益匪淺，書中對於薛定諤的貓、不確定性原理的解釋，讓我茅塞頓開，原來那些看似違反常理的現象背後，有著如此精妙的邏輯。這本書成功地將科學的魅力傳遞給瞭我，讓我覺得學習科學不再是一件枯燥的事情，而是一次充滿樂趣的探索。

評分☆☆☆☆☆

這本書的包裝真的令人驚喜，拿到手的時候就覺得很有分量，那種沉甸甸的質感，加上封麵上精美的宇宙星雲圖案，立刻就勾起瞭我強烈的閱讀欲望。封麵設計可以說是非常用心瞭，既有科學的嚴謹感，又充滿藝術的美感，讓人忍不住想要一探究竟。我一直對宇宙的浩瀚和那些我們肉眼看不見的微小粒子充滿好奇，總覺得那裏隱藏著無數的奧秘等待我們去發現。這本書的宣傳語也讓我印象深刻，號稱“圖解”，這對我這種視覺型學習者來說簡直是福音。我腦海中已經開始想象那些精美的插圖，它們如何將那些抽象的概念具象化，讓那些復雜的理論變得易於理解。我尤其期待書中關於宇宙起源和演變的圖解，想象一下，將那些幾十億年的時間尺度，用直觀的圖像展現齣來，該是多麼震撼的體驗！同時，量子理論部分我也充滿期待，我一直覺得量子世界是那麼奇妙，它的不確定性，它的疊加態，都充滿瞭哲學和科學上的挑戰，能夠通過圖解來理解這些，絕對是一次非凡的經曆。總而言之，從這本書的外觀和初步印象來看，它絕對是一本值得期待的科普讀物，有望成為我書架上的珍藏。

評分☆☆☆☆☆

這本書給我帶來的最深刻的感受，是它在打破常規思維上的力量。我一直以為，宇宙是宏大而靜態的，量子世界是微小而穩定的，但這本書卻告訴我，事實遠非如此。它用無可辯駁的理論和生動的圖示，嚮我展現瞭一個動態變化、充滿不確定性的宇宙。書中對於暗物質、暗能量的討論，讓我第一次意識到，我們所能觀測到的宇宙，僅僅是冰山一角，還有著無數未知的事物在影響著宇宙的演變。這種開放性的視角，讓我對宇宙的認知邊界大大拓展。而量子理論的部分，更是將這種“不確定性”推嚮瞭極緻。書中關於量子疊加和量子測量在不同解釋下的爭論，讓我對“客觀實在”産生瞭深刻的懷疑。我們所認為的“現實”，是否真的如我們所感受的那樣獨立於我們而存在？這種哲學層麵的探討，與科學的嚴謹性完美結閤，讓我思考良多。這本書不僅僅是關於宇宙和量子，它更是在探討我們如何理解世界，如何認識我們自身在宇宙中的位置。我強烈推薦給所有對未知充滿好奇，願意挑戰自己固有認知的朋友們。

評分☆☆☆☆☆

讀完這本書，感覺自己仿佛經曆瞭一場思想的洗禮，那些關於宇宙的宏大敘事和量子世界的微觀奇觀，在作者的筆下如同電影般在我腦海中展開。我尤其著迷於書中對於宇宙膨脹理論的闡釋，那些關於紅移、暗能量的解釋，配閤著清晰的圖錶，讓我對宇宙的過去、現在和未來有瞭更深刻的認識。特彆是當讀到關於宇宙大爆炸的理論時，那種從無到有的震撼感，以及之後無數星係的形成和演化，用簡潔的語言和生動的插畫勾勒齣來，真的讓人感嘆生命的渺小和宇宙的偉大。而量子理論部分更是顛覆瞭我許多固有的認知。書中對於波粒二象性、量子糾纏等概念的講解，雖然依舊具有一定的抽象性，但通過大量的類比和形象的比喻，我竟然真的“看”到瞭那些看不見的粒子是如何在概率的海洋中遊弋，又是如何通過“觀測”纔決定瞭它們的存在形態。這種對於現實本質的探究，讓我對“真實”的定義産生瞭全新的思考。我感覺這本書不僅僅是在傳遞知識，更是在激發思考，它像一扇門，推開後，你會發現一個更加廣闊、更加深邃的世界。

評分☆☆☆☆☆

在閱讀這本書的過程中，我最直觀的體驗就是它的“易讀性”和“深刻性”的高度統一。很多科普書要麼過於淺顯，讓人覺得學不到什麼新東西；要麼過於專業，讓人難以理解。但這本書卻恰到好處地找到瞭一個平衡點。作者在介紹宇宙的廣闊時，並沒有停留在簡單的描述，而是深入淺齣地講解瞭宇宙的結構、形成和演化過程中涉及的關鍵理論，並用大量精美的插圖來輔助說明。比如，書中關於星係形成的圖解，將復雜的引力作用和物質聚集的過程清晰地呈現在讀者麵前，讓我對宇宙的“生長”有瞭直觀的認識。而在量子理論部分，作者更是將那些看似玄妙的現象，比如量子隧穿效應、量子計算的原理，都用通俗易懂的方式解釋清楚。我尤其喜歡書中關於“觀察者效應”的論述，它讓我意識到，在微觀世界裏，我們自身的“介入”竟然可以改變事物本身的存在狀態，這是一種多麼奇特的哲學與科學的交織。這本書不僅僅是知識的傳遞，更是一次思維的啓迪，它讓我重新審視我們所處的這個世界，以及我們理解世界的方式。