从量子到宇宙-颠覆人类认知的科学之旅 本书特色

本书以各种不可思议的量子现象为主线，以物理学家们所做的各种令人惊奇的实验为脉络，循序渐进地介绍了人类探索量子世界的整个过程。作为一本科普读物，本书涵盖了波粒二象性、叠加态、概率幅、纠缠态、隧道效应、电子云、超流体、量子真空涨落、费曼图、超弦理论等量子力学中引人入胜的大部分内容，也介绍了扫描隧道显微镜、量子计算机、量子隐形传态等量子工程技术，同时还把相关的历史趣事穿插其中。另外，书中还介绍了一些与量子物理相关的粒子物理、相对论、宇宙学等内容，其中就包括了目前更前沿的领域，如反物质、希格斯粒子、暗物质、平行宇宙，以及引力波等。

从量子到宇宙-颠覆人类认知的科学之旅 内容简介

作者对量子物理很感兴趣，十余年来钻研图书馆中的相关科普和专业书籍超过百本，具备了撰写量子力学科普作品的能力。作者在结合实际讲课经验的基础上，总结了学生对于量子力学知识的认知规律，由此根据循序渐进、通俗易懂的原则，用自己的方式把神奇的量子世界系统介绍给读者。随着大众受教育程度的提高，科普作品具有越来越广阔的读者群，目前国内量子力学方面的畅销科普书大都是翻译的外国作品，且大多只专注于某一方面，并不系统，该书体系完整，简明扼要又深入浅出，和同类科普书籍相比具有鲜明特点。本书的定位是一本适合高中水平以上人群的大众科普读物，以青少年读者为主。

从量子到宇宙-颠覆人类认知的科学之旅 目录

1 光的本性之争：光是粒子还是波？ 001
1.1 惠更斯的波动学说 001
1.2 牛顿的粒子学说 002
1.3 杨氏双缝干涉实验 003
1.4 泊松的乌龙球 004
1.5 光就是电磁波 006
2 电磁波能量谜团：能量竟然不连续？ 007
2.1 黑体辐射谜团 007
2.2 光电效应谜团 009
2.3 原子光谱谜团 010
2.4 石破天惊的量子化假设 011
3 量子化与连续性之辩 014
3.1 芝诺悖论：你能追上乌龟吗？ 014 1 光的本性之争：光是粒子还是波？ 001 1.1 惠更斯的波动学说 001 1.2 牛顿的粒子学说 002 1.3 杨氏双缝干涉实验 003 1.4 泊松的乌龙球 004 1.5 光就是电磁波 006 2 电磁波能量谜团：能量竟然不连续？ 007 2.1 黑体辐射谜团 007 2.2 光电效应谜团 009 2.3 原子光谱谜团 010 2.4 石破天惊的量子化假设 011 3 量子化与连续性之辩 014 3.1 芝诺悖论：你能追上乌龟吗？ 014 3.2 玄而又玄的无穷 015 3.3 时空是量子化的 017 3.4 运动是连续的吗？ 017 3.5 量子化才是世界的本质 018 4 光的波粒二象性 020 4.1 爱因斯坦的光子理论 020 4.2 光子理论是牛顿粒子论的回马枪吗？ 022 4.3 原子能量量子化与原子光谱 024 4.4 量子理论与光的本性 026 5 爱因斯坦的疑问：什么是光子？ 028 5.1 光与电磁波：剪不断理还乱 028 5.2 波动光学与量子光学：为什么有两种？ 030 5.3 光的偏振：光子也会思考吗？ 031 5.4 光速不变：相对中的绝对 034 5.5 静止质量为零：有还是没有？ 035 6 实物粒子的波粒二象性 038 6.1 德布罗意的惊人假设 038 6.2 实物粒子波动性的观察 041 6.3 实物粒子的双缝干涉实验 042 6.4 德布罗意波的应用 045 7 量子力学的建立 047 7.1 薛定谔的波动力学 047 7.2 概率构成的物质波 049 7.3 玻尔的对应原理 051 7.4 海森堡的矩阵力学 052 7.5 量子力学正式建立 054 7.6 概率论与决定论的争论：上帝掷骰子吗？ 056 8 单个粒子的波粒二象性 059 8.1 单个电子的双缝干涉实验 059 8.2 概率波与概率幅 061 8.3 观察电子的轨迹 065 8.4 跟人类捉迷藏的电子 067 9 量子力学正统解释：哥本哈根解释 068 9.1 不确定原理 068 9.2 互补原理 070 9.3 叠加态：人为测量竟如此重要？ 072 9.4 波函数坍缩 076 附录 量子计算机 077 10 神奇的量子隧道效应 079 10.1 隧道效应：穿墙而过不是梦 079 10.2 扫描隧道显微镜 081 11 独辟蹊径的路径积分 084 11.1 路径积分：所有路径求和 084 11.2 路径积分对双缝实验的解释 086 11.3 路径积分的广泛应用 088 11.4 费曼图：物理学家的看图说话 089 12 坚持决定论的隐变量理论 093 12.1 德布罗意的导波理论 093 12.2 玻姆的量子势理论 095 13 量子力学的其他解释 098 13.1 意识论：我思故我在？ 098 13.2 热力学不可逆过程 099 13.3 退相干理论 100 13.4 GRW理论 101 13.5 多世界理论：人人都能创造平行宇宙 102 14 人类和光子的博弈 106 14.1 单光子偏振实验 106 14.2 单光子广角干涉实验 108 14.3 单光子延迟选择实验 110 14.4 量子擦除实验 113 15 幽灵般的超距作用：纠缠态之谜 115 15.1 玻尔与爱因斯坦过招 115 15.2 EPR佯谬：纠缠态登场 119 15.3 纠缠态的实验证明 120 15.4 GHZ三粒子纠缠 124 15.5 量子隐形传态: 超空间传送能实现吗？ 125 16 原子内部的世界 128 16.1 古人的物质组成观点 128 16.2 原子论的胜利 129 16.3 原子还不是*小 130 16.4 原子内部结构 132 16.5 原子结构的初期模型 134 16.6 电子云：电子在哪儿？ 136 16.7 电子云节面之谜 139 16.8 电子的自旋 140 16.9 电子自旋之谜 142 17 组成世界的基本粒子 145 17.1 物质的镜像：反物质 145 17.2 宇宙隐形人：中微子 148 17.3 世界的基石：夸克 149 17.4 世界的基石：轻子 152 17.5 四种基本力和力的传递粒子 153 17.6 上帝粒子：希格斯粒子 156 17.7 标准模型 157 附录 高速粒子对狭义相对论的检验 158 18 宏观量子现象：玻色–爱因斯坦凝聚 161 18.1 费米子与玻色子 161 18.2 泡利不相容原理 163 18.3 玻色.爱因斯坦凝聚 165 18.4 液氦超流现象 168 19 量子场论 171 19.1 场与粒子的统一 171 19.2 粒子的产生与转化 172 19.3 真空里隐藏的奥秘 174 19.4 再析费曼图：时间能倒流吗？ 177 19.5 量子电动力学：精确度惊人的预测 180 19.6 量子色动力学：夸克禁闭 182 20 超弦理论：万物至理？ 183 20.1 统一理论的探索 183 20.2 宇宙的琴弦：超弦理论 185 20.3 M理论：终极理论？ 188 20.4 平行宇宙 190 附录 是否存在交叉宇宙？ 191 21 宇宙大爆炸 193 21.1 膨胀的宇宙 193 21.2 广义相对论与宇宙学 196 21.3 宇宙理论的发展 199 21.4 宇宙的演化 202 21.5 恒星的演化 204 21.6 暗物质与暗能量之谜 208 21.7 时空的颤抖：引力波 210 后记 215 参考文献 217 谁要是不为量子理论感到震惊，那就是因为他还不了解量子理论。 ——尼尔斯·玻尔 我想我可以相当有把握地说，没有人能理解量子力学。 ——理查德·费曼信息

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自然科学 总论

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