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[美] 加来道雄 著

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出版社： 上海科学技术文献出版社

ISBN：9787543969957

商品编码：29661000325

包装：平装

出版时间：2016-07-01

基本信息

书名：合众科学译丛：不可能的物理

定价：42.00元

作者：加来道雄

出版社：上海科学技术文献出版社

出版日期：2016-07-01

ISBN：9787543969957

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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是否会有那么一天，我们将能穿墙而过、建造飞行速度超过光速的飞船、解读他人的思想、隐形、以意念之力移动物体、瞬间将我们的躯体传送到太空？
对于“不可能”事物的认真研究常常会开拓出富饶并且完全出人意料的科学疆域；对“不可能”事物的研究可能也改变了世界的历史进程。一次又一次，我们看到对于不可能事物的研究打开了全新的视野，拓展了物理学和化学的疆界，并且迫使科学家们对自己所说的“不可能”重新定义。正如威廉奥斯勒爵士所言：“一个时代的信仰在下一个时代成为谬误，而过去的荒唐愚蠢却成为明日的睿智。”

内容提要

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目录

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作者介绍

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加来道雄是纽约城市大学研究生中心的理论物理学亨利。塞特（Henry Semat）席教授。他是超弦理论的共同创立者。他已经写作了不少书，包括《平行宇宙》和《爱因斯坦》。他的畅销作品《超间》被《纽约时报》和《华盛顿邮报》选为年度**科学图书之一，他常常作为嘉宾出现在全国性电视节目上，他在全国范围内播出的广播目能在130个城市里收听到。他居住在纽约。

文摘

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序言

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《量子纠缠的奇幻之旅：微观世界的神秘联系》 序言 在宏大的宇宙图景中，星辰大海固然令人惊叹，但我们对自身存在的根源、物质世界的基石的探索，却将目光引向了更加微小、更加不可思议的领域——量子世界。这里颠覆了我们日常经验的直觉，展现出一种截然不同的、令人着迷的现实。而量子纠缠，无疑是其中最为奇特、也最富于哲学意味的现象之一。 想象一下，两个粒子，无论相隔多远，它们的状态似乎都被一种无形的纽带紧密地联系在一起。当你测量其中一个粒子的某个属性时，另一个粒子会瞬间“知道”这个信息，并相应地调整自身的状态。这种即时、非局域的关联，挑战了我们对空间、时间和因果关系的传统认知。它不是信息传递，不是信号的传播，而是一种更深刻、更根本的连接。 本书《量子纠缠的奇幻之旅：微观世界的神秘联系》正是为了带领读者踏上一段探索量子纠缠奥秘的旅程而生。我们并非致力于提出颠覆性的新理论，也不是要罗列出一堆难以理解的数学公式。我们的目标更在于，以一种清晰、生动、富有启发性的方式，揭示量子纠缠这一现象的本质，展现它在现代物理学中的重要地位，并勾勒出它为我们带来的无限可能性。 我们将从量子力学的基本概念入手，逐步深入到量子纠缠的核心。在这个过程中，我们会尽量避免使用过于专业化的术语，而是通过类比、故事和思想实验，帮助读者建立起直观的理解。我们希望，即使是初次接触量子物理的读者，也能在阅读过程中感受到量子世界独特的魅力，并对其产生浓厚的兴趣。 第一章：微观世界的基石——量子力学的黎明 在深入量子纠缠之前，我们必须先回顾一下孕育它的土壤——量子力学。本章将带领读者穿越到20世纪初，见证物理学界一场深刻的革命。我们会介绍黑体辐射、光电效应等实验现象，这些现象无法用经典物理学来解释，促使普朗克、爱因斯坦等先驱者提出了“量子”的概念。 量子化：能量的离散颗粒 我们将解释能量并非连续不断，而是以一份份离散的“量子”形式存在的。就像水不是流动的，而是由无数细小的水滴组成一样，能量也有其最小的单位。 波粒二象性：光与物质的双重身份 读者将了解到，微观粒子（如电子）和光子都具有波和粒子的双重性质。它们既可以表现出粒子的碰撞行为，又可以展现出波的衍射和干涉特性。我们将通过著名的双缝实验来形象地说明这一点，这个实验至今仍是理解量子世界最经典的例证之一。 海森堡不确定性原理：测量的局限与现实的模糊 本章还将探讨海森堡不确定性原理。这个原理告诉我们，我们无法同时精确地知道一个粒子的位置和动量。测量其中一个量，必然会影响到另一个量的精确度。这并非由于测量仪器的不完善，而是微观世界本身固有的属性，它暗示着现实并非像我们所想象的那样确定。 第二章：纠缠的种子——概率与叠加态的诞生 理解了量子力学的基本框架，我们就可以开始构建通往量子纠缠的桥梁。本章将聚焦于量子力学中两个至关重要的概念：概率和叠加态。 量子态的描述：波函数与概率幅 我们将解释量子态如何用一个数学对象——波函数来描述。波函数本身并非物理实在，而是包含着粒子所有可能状态的信息。粒子的具体性质，例如它的位置或动量，只能以概率的形式被预测。 概率的非经典解释： 经典物理学中的概率是由于我们信息的不足，而量子力学中的概率是内在的、根本的。同一个粒子，在被测量之前，可以同时处于多种可能的状态。 叠加态：多重现实的共存 这是理解纠缠的关键。叠加态是指一个量子系统可以同时处于多个可能状态的组合。就像一枚硬币在空中旋转时，我们不能确定它是正面还是反面，它似乎同时包含了正面和反面的可能性。只有当硬币落地（即发生测量）时，它才会坍缩成一个确定的状态。 薛定谔的猫： 我们会借用薛定谔的猫的思想实验，来形象地展示叠加态的奇异性，以及当微观世界的规则延伸到宏观尺度时，可能产生的悖论感。 第三章：非局域的魔术——量子纠缠的定义与实验证据 终于，我们将进入本书的核心——量子纠缠。本章将详细阐述量子纠缠的定义，并介绍支持这一奇特现象的经典实验。 什么是量子纠缠？ 当两个或多个粒子以一种特殊的方式相互作用后，它们就可能进入纠缠态。在这种状态下，无论它们相距多远，它们的状态都不是独立的，而是相互关联的。测量其中一个粒子，会立即影响到其他粒子的状态。 “幽灵般的超距作用”： 我们会引用爱因斯坦对纠缠的描述，来突出其反直觉的特性。 EPR佯谬与贝尔不等式：检验实在性的尖锐武器 我们将介绍爱因斯坦、波多尔斯基和罗森提出的EPR佯谬，他们试图通过纠缠来证明量子力学是不完备的。接着，我们会深入探讨贝尔不等式，这是一个由约翰·斯图尔特·贝尔提出的数学定理，它为实验检验量子力学的非局域性提供了可能。 贝尔实验的胜利： 读者将了解到，一次又一次的实验，从阿斯佩到其他研究者，都强有力地支持了量子力学的预测，证明了纠缠的非局域性是真实存在的，经典物理学中“定域实在论”的观点难以成立。 纠缠的生成与测量： 我们将简要介绍一些产生纠缠的实验方法，例如利用激光与非线性晶体相互作用，或者通过特定耦合方式制备超导量子比特。同时，也会说明测量过程是如何“打破”纠缠，使粒子坍缩到某个确定的状态。 第四章：纠缠的宇宙——哲学思考与现实影响 量子纠缠不仅仅是一个物理现象，它更引发了深刻的哲学思考，并逐渐渗透到我们的现实技术中。本章将探讨这些更广泛的意义。 实在论的危机： 纠缠的非局域性挑战了我们对“实在”的理解。如果一个粒子的状态取决于远方的另一个粒子，那么“实在”是否仅仅是观察者行为的产物？这是否意味着宇宙本身比我们想象的更加“主观”？ 信息与因果： 纠缠是否意味着超光速的信息传递？答案是否定的。虽然状态的关联是即时的，但利用这种关联来传递有意义的信息，仍然受到光速的限制。我们将解释其中的微妙之处，区分“关联”和“信息传递”。 因果律的边界： 纠缠并没有颠覆因果律，但它让我们重新审视了因果链的本质，尤其是在微观尺度上。 纠缠与自由意志： 一些哲学家和物理学家曾试图将纠缠与自由意志联系起来。本章将探讨这些观点，以及它们是否具有科学上的说服力。 第五章：纠缠的应用——迈向量子时代 量子纠缠不再是纯粹的理论猜想，它已经成为支撑未来量子技术的核心动力。本章将展望纠缠在各个领域的潜在应用。 量子计算：超越经典算力的飞跃 量子计算机利用叠加态和纠缠来实现强大的并行计算能力。纠缠态中的粒子可以协同工作，解决经典计算机难以企及的复杂问题，例如药物研发、材料科学、密码破解等。 量子比特的协同： 我们将解释纠缠如何使得量子比特之间的信息交互更加高效，从而实现指数级的算力提升。 量子通信：绝对安全的秘密传递 量子密钥分发（QKD）是利用量子纠缠的特性来实现信息加密的一种革命性技术。任何试图窃听的行为都会破坏纠缠态，从而被立即察觉。 信任的基石： QKD为构建未来信息安全网络提供了坚实的基础。 量子传感：前所未有的测量精度 利用纠缠态的特性，可以制造出比现有技术精度更高的传感器，用于探测引力波、磁场变化等微弱信号，甚至在精密导航和医学成像方面展现出巨大潜力。 协同的灵敏度： 多个纠缠的粒子可以协同作用，将测量精度提升到前所未有的水平。 量子网络：连接未来的基石 构建一个能够传输和处理量子信息的量子网络，将是实现广泛量子应用的关键。纠缠态的制备、传输和存储将是量子网络建设的核心挑战。 结语 《量子纠缠的奇幻之旅：微观世界的神秘联系》旨在为读者呈现一幅引人入胜的量子纠缠画卷。我们相信，通过对这一奇特现象的深入了解，读者不仅能够拓展对宇宙的认知边界，更能激发对科学探索的热情。 量子世界充满了未知的奥秘，而量子纠缠正是其中最闪耀的一颗星。它挑战我们的直觉，拓展我们的思维，并预示着一个充满颠覆性的量子时代的到来。希望本书能够成为您这段奇幻旅程的忠实向导，带您领略微观世界的无穷魅力。

评分☆☆☆☆☆

《混沌理论：不可预测的优雅》这本书，彻底颠覆了我对“随机”和“秩序”的认知。一直以来，我都觉得科学追求的是精确和可预测，而这本书则告诉了我，在看似混乱的背后，可能隐藏着一种深刻而迷人的数学规律。作者以生动有趣的例子，比如蝴蝶效应，阐述了混沌系统对初始条件的极端敏感性，这让我意识到，即使是微小的扰动，也可能在长期的演化中产生巨大的影响，从而使得长期预测变得几乎不可能。我特别喜欢书中对各种混沌现象的案例分析，从天气预报的局限性，到股票市场的波动，再到生物种群的繁衍，这些生活中的例子与抽象的数学理论相结合，产生了奇妙的化学反应，让理论变得触手可及。书中关于分形几何的介绍也让我印象深刻，那些在自然界中随处可见的“自相似”结构，如海岸线、雪花，竟然与混沌理论有着如此紧密的联系，这是一种多么令人惊叹的数学之美。阅读这本书，让我重新审视了世界运行的模式，不再简单地认为不可预测就是无序，而是看到了在“无序”中蕴含的“有序”和“优雅”。它教会了我一种新的看待世界的方式，一种更加开放和包容的态度。

评分☆☆☆☆☆

《相对论：时空的奇幻漂流》这本书，简直就是一场思维的盛宴。从狭义相对论到广义相对论，作者用一种极其引人入胜的方式，将爱因斯坦那些改变了我们对时间、空间、质量和能量看法的革命性思想，一点一点地展现在读者面前。我以前总觉得时间是恒定不变的，但狭义相对论告诉我的“时间膨胀”和“长度收缩”，让我对时间的本质产生了全新的理解。而广义相对论更是将引力从一种神秘的力量，转化为时空弯曲的表现，这简直是太酷了！书中对光速不变原理的深刻剖析，以及E=mc²这个耳熟能详的公式背后所蕴含的巨大能量，都让我对宇宙有了更深的敬畏。我尤其欣赏作者对广义相对论中的“等效原理”的解释，它如何将引力与加速运动联系起来，以及由此推导出的光线在引力场中会弯曲等惊人结论。阅读这本书，让我感觉自己像是搭乘着一艘宇宙飞船，在时间和空间构成的奇幻画布上进行一次激动人心的探索。它不仅仅是知识的传递，更是一种对宇宙观的重塑，让我对现实的理解迈上了一个全新的台阶。

评分☆☆☆☆☆

《弦理论的奇妙世界：万物皆弦》这本书，给我带来了前所未有的震撼。我一直对物理学的统一理论充满好奇，而弦理论无疑是最具代表性的候选者之一。作者以非常巧妙的方式，将一个极其复杂和抽象的理论，以一种易于理解的方式呈现给了读者。从介绍微观粒子的基本构成，到引入“弦”这一基本单元的概念，再到解释弦理论如何能够统一引力与其他基本力，作者的叙述逻辑清晰，过渡自然。我尤其佩服作者在解释高维度时所使用的比喻和类比，虽然“额外维度”这个概念听起来就十分超现实，但在作者的笔下，似乎有了一种可以触摸的实在感。书中对M理论、超对称性等关键概念的阐述，虽然涉及数学工具的复杂性，但作者通过通俗易懂的语言和图示，让即使没有深厚物理学背景的读者也能有所领悟。我了解到，弦理论不仅仅是数学上的构造，它还试图解释宇宙中的许多未解之谜，比如黑洞的熵，以及宇宙的早期演化。虽然这个理论目前还缺乏直接的实验证据，但它所展现出的数学优美性和解释力，足以让任何对物理学前沿感到好奇的人为之倾倒。阅读这本书，感觉就像是在窥探宇宙最深层的奥秘，一种对未知世界探求的渴望被极大地激发了。

评分☆☆☆☆☆

《量子纠缠：超越经典思维的疆界》这本书，我是一口气读完的，期间无数次被作者那精妙的构思和严谨的逻辑所折服。它深入浅出地剖析了量子纠缠这一颠覆性的概念，从爱因斯坦的“幽灵般的超距作用”的困惑，到贝尔不等式的实验检验，再到如今量子通信和量子计算的曙光，每一个环节都如同精心打磨的宝石，闪耀着智慧的光芒。我尤其欣赏书中对不同实验的详细解读，那些看似抽象的公式和原理，在作者的笔下变得生动形象，仿佛我就置身于实验室，亲眼见证着那些匪夷所思的现象发生。比如，对EPR佯谬的探讨，作者并没有止步于理论的陈述，而是花了相当大的篇幅去解析各种思想实验的设计，以及后来的实际验证，让读者能够真切感受到科学家们在探索未知过程中所经历的思想碰撞和反复求索。此外，书中还探讨了量子纠缠在信息科学领域的潜在应用，如量子密钥分发和量子隐形传态，这些前沿话题的引入，让这本书不仅仅停留在对基础物理学的介绍，更展现了其对未来的展望，极大地激发了我对物理学更深层次的兴趣。阅读这本书的过程，与其说是在学习知识，不如说是在进行一场智力上的探险，每一次翻页都充满了期待，每一次理解都带来了深深的满足感。

评分☆☆☆☆☆

《宇宙的终极命运：从大爆炸到熵寂》这本书，我花了很多时间去消化，因为它触及了物理学最宏大、也最令人着迷的议题——我们所处的宇宙，它的过去、现在和未来。作者并没有急于给出结论，而是循序渐进地引导读者回顾现代宇宙学的发展历程，从哈勃观测到的星系退行，到宇宙微波背景辐射的发现，再到暗物质和暗能量的提出，每一个里程碑式的发现都被详细地阐述了其背后的科学意义和对我们理解宇宙的深远影响。我特别喜欢书中对各种宇宙学模型的对比分析，比如稳态模型、大爆炸模型以及更具争议的循环宇宙模型，作者以一种客观而又不失激情的笔调，呈现了科学家们在构建宇宙图景时所面临的挑战和争论，让人感受到科学探索的曲折与伟大。书中对宇宙膨胀的加速、宇宙的组成成分（包括那神秘的暗物质和暗能量）的讨论，更是让我大开眼界。我以前总觉得宇宙是静态的，但这本书让我看到了一个动态演化、充满未知的庞大系统。而对于“熵寂”这个概念的探讨，则带着一丝哲学上的沉思，关于宇宙最终归于死寂的可能性，以及生命存在的意义，在宏大的宇宙尺度下，显得格外渺小却又格外珍贵。这本书不仅仅是一本科学著作，更像是一次关于存在本身的哲学思辨。