分子科学和工程学

分子科学和工程学 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:第1版 (2003年4月1日)
作者:唐有祺
出品人:
页数:356
译者:
出版时间:2003-4
价格:47.00元
装帧:精装
isbn号码:9787543450295
丛书系列:
图书标签:
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具体描述

世界已进入知识经济时代,知识的创新与积累已经成为经济发展、社会进步最具革命性的推动力,为了指导科技工作,积累珍贵科技史料,弘扬中国科学家的科学精神和高尚情操,我社策划出息了《中国院士书系》,诚愿以此奉献给中国“科教兴国”的伟大事业。

好的,这是一本关于量子信息与计算的深度综述性著作的简介。 --- 《量子纠缠的几何学与拓扑学:高维量子态的结构、测量与操纵》 本书简介 在二十一世纪的物理学与信息科学的前沿领域,量子力学不再仅仅是描述微观粒子行为的理论框架,它已演化成为一种处理信息、构建超强计算能力和实现绝对安全通信的革命性工具。《量子纠缠的几何学与拓扑学》正是聚焦于这一革命核心——量子纠缠的结构性、内在几何属性及其在复杂系统中的应用。 本书的撰写旨在为高年级本科生、研究生以及从事量子信息、理论物理和先进数学物理研究的专业人士提供一个系统化、多维度的视角来理解和量化纠缠这一非定域性的核心资源。我们超越了传统的冯·诺依依曼熵(Von Neumann Entropy)描述,深入探索纠缠在更高维度希尔伯特空间中的复杂形态。 第一部分:纠缠的度量与基础结构 本书的开篇奠定了对纠缠进行精确数学描述的基础。我们首先回顾了密度矩阵理论与量子态的张量积表示,随后迅速转向对纠缠测度的全面梳理。 关键内容包括: 1. 纯态与混合态的纠缠判据: 详述了偏易分离性(Partial Separability)的概念,并深入探讨了涉及对偶问题的秩判据(Rank Criterion)在判断双体系统纠缠时的局限性与适用范围。 2. 熵与负熵流: 区别和比较了冯·诺依依曼熵、里德尔熵(Rényi Entropy)以及阴影熵(Sub-Entropy)在描述纠缠“量”上的差异。着重分析了在渐近极限下,这些度量如何精确反映构建纠错码所需的物理资源。 3. 多体纠缠的分类学: 对于涉及三个或更多量子比特的系统,纠缠结构呈指数级复杂化。本书详尽分类了GHZ态、W态以及它们的变体。特别引入了纠缠见证者(Entanglement Witness)的概念,提供了一种实验上可行的方法来验证特定类型的多体纠缠,而非仅仅测量总纠缠量。 第二部分:纠缠的几何表征与流形 本书的第二部分是本书区别于传统教材的关键所在,它将量子信息理论与微分几何和拓扑学紧密结合起来,探索纠缠在数学结构上的本质。 1. 量子态的流形与曲率: 任何有限维量子态集构成一个特定的黎曼流形,其上的度量由费希尔信息度量(Fisher Information Metric)决定。我们计算并分析了该流形在不同物理约束下的曲率张量。曲率的非零性直接揭示了量子态空间中“可区分性”的极限,并与信息几何中的互信息紧密相关。 2. 高维空间中的纠缠“脊”与“谷”: 在高维系统中,纠缠态往往集中在流形中特定的“脊线”或“边界”上。本书使用张量网络(Tensor Networks)作为坐标系,通过投影和降维技术,揭示了纠缠在这些几何特征上的分布规律,特别是MERA(多尺度纠缠重整化)结构中的内在对称性。 3. 拓扑量子信息: 引入了规范理论的视角来描述纠缠。我们研究了Chern–Simons 理论在描述分数霍尔效应中拓扑序(Topological Order)的关联。重点阐述了Anyons(任意子)的非阿贝尔统计特性如何通过对特定拓扑边界条件的积分来导出,这是构建容错量子计算的基础。 第三部分:纠缠的动力学与操控 了解纠缠的静态结构后,本书转向其动态演化,特别是如何利用外部场和环境来优化或保护这些精妙的关联。 1. 量子退相干的几何视角: 经典的环境噪声通常表现为对量子态流形上的“测地线”的随机扰动。本书利用随机微分方程和马尔可夫过程对退相干进行了建模,并提出了“纠缠保持区域”(Entanglement Preserving Regions)的概念,即系统在哪些几何区域内对特定类型的噪声具有内在的抵抗力。 2. 最优控制与纠缠生成: 探讨了在有限时间内将分离态转化为最大纠缠态的最优控制问题。这涉及到变分方法和庞特里亚金最小原理在量子系统中的应用。我们推导了生成特定多体纠缠(如GHZ态)所需的最短脉冲序列,并考虑了实际物理限制,如脉冲的平滑度和非线性响应。 3. 纠缠网络的构建与维护: 展望了量子中继器和分布式量子计算的前景。分析了如何通过纠缠交换(Entanglement Swapping)操作来连接遥远的节点,并讨论了在存在信道损失和串扰的情况下,如何利用纠错码(如表面码)来维持拓扑上稳定的纠缠结构。 目标读者群体 本书内容涵盖了从基础代数到前沿拓扑物理的广泛知识体系。它不仅是为希望深入理解量子纠缠数学本质的理论物理学家量身定制的,也是为从事量子算法设计、量子化学模拟以及信息安全协议开发的工程师和计算机科学家提供不可或缺的参考工具书。阅读本书需要具备扎实的线性代数、复变函数和基础微分几何知识。 ---

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目录信息

读后感

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用户评价

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这本书为我打开了一扇通往微观世界的大门,让我对“分子”这个概念有了前所未有的深刻认识。在此之前,我可能仅仅停留在它是一个很小的粒子,但具体是什么样子,它是如何运动的,又是如何相互作用的,我对此知之甚少。《分子科学和工程学》这本书,它就像一位耐心的向导,带领我一步步深入探索。我特别欣赏它在讲解过程中,那种循序渐进的逻辑和清晰的表述。它从最基本的原子结构开始,详细讲解了电子的排布、轨道的概念,以及不同原子如何通过共价键、离子键等方式形成稳定的分子。我甚至开始理解了为什么有些分子是线性的,有些是角形的,而有些则是复杂的立体结构。更让我着迷的是,这本书深入探讨了分子间的相互作用力,比如氢键、π-π堆积、疏水作用等等。它解释了这些微弱的力量如何在宏观世界中发挥巨大的作用,例如在DNA双螺旋结构的稳定,蛋白质的三维折叠,以及细胞膜的形成中。书中还引入了分子模拟和计算的概念,让我了解到科学家们是如何利用计算机来预测分子的性质和行为,这对我来说是全新的领域,也充满了科技的魅力。这本书不仅让我增长了知识,更重要的是,它改变了我看待世界的方式,让我意识到,我们身处的所有物质,都由这些看不见的分子编织而成,它们的运动和相互作用,决定了我们周围的一切。

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这本书的结构设计简直是匠心独运,让我这个初学者也能迅速找到自己的切入点,并且在阅读过程中感受到一种流畅的逻辑性。一开始,它并没有急于展现那些高精尖的研究成果,而是从最基本的物质构成和相互作用讲起,比如原子核、电子云、各种化学键的形成机制,以及不同类型分子的几何构型等等。这些内容看似枯燥,但在作者的笔下,却变得引人入胜。我印象最深刻的是关于范德华力、氢键等弱相互作用的章节,作者不仅详细解释了它们的物理本质,还列举了大量在生物体和材料科学中的实际应用,让我茅塞顿开。原来,那些看似微不足道的分子间的吸引和排斥,竟然能够决定蛋白质的折叠方式,影响液晶的排列,甚至是我们日常生活中许多现象的关键。这本书还特别强调了“工程学”这一维度,这意味着它不仅仅停留在理论层面,更关注如何利用对分子行为的理解来解决实际问题。它介绍了一些经典的分子工程学案例,比如分子马达的设计,纳米传感器的构建,以及药物递送系统的优化等等。这些案例让我看到了分子科学的巨大潜力,也让我开始思考,在未来的某个时刻,我们是否能够像工程师建造大楼一样,精确地设计和组装出具有特定功能的分子器件。这本书就像一个打开潘多拉魔盒的钥匙,让我窥见了分子世界的无穷奥秘,也激发了我探索未知的强烈欲望。

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阅读《分子科学和工程学》这本书,对我而言,是一次充满惊喜的智力探险。我一直对那些构成我们世界的最基本单元——分子,感到好奇,但之前的知识储备相对零散,缺乏系统性的梳理。这本书正好填补了这个空白,并且以一种极其吸引人的方式呈现了复杂的内容。我尤其赞赏作者在讲解过程中,那种将抽象概念具象化的能力。例如,在解释分子动力学模拟时,它不仅仅是给出一些公式和算法,而是通过生动的描述,让我们能够想象到数百万个原子在计算机中“跳舞”的场景,从而理解分子是如何运动和相互作用的。书中对“分子识别”的深入探讨,让我大开眼界。我一直以为只有生物体才存在如此精密的识别机制,但这本书让我了解到,科学家们正在利用分子间的精确匹配,来设计具有高度选择性的药物,或者开发能够特异性结合某种物质的传感器。我尤其喜欢它关于“分子机器”的章节,这听起来就像科幻小说中的情节,但这本书却用严谨的科学理论和实验证据,向我展示了这些微型机器的真实存在和巨大潜力。它让我看到了,在不久的将来,我们可能能够利用这些分子机器,在细胞内精准地递送药物,或者在微观层面进行高效的化学合成。这本书不仅拓宽了我的视野,更激发了我对科学研究的热情,让我更加渴望去探索和理解这个充满未知的分子世界。

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这本书的价值,在我看来,远不止于知识的传递,更在于它激发了我对科学研究的深度思考。我之前对分子科学的理解,更多是停留在“是什么”的层面,而《分子科学和工程学》这本书,它更关注“为什么”和“如何做”。它并非简单地罗列各种分子结构和性质,而是深入剖析了这些现象背后的科学原理,并且探讨了科学家们是如何通过精巧的设计和实验,来探索和操纵这些微观世界的。我特别欣赏书中对“尺度”的理解。它清晰地阐述了在微观尺度上,一些宏观世界的直觉往往不再适用,而需要运用新的物理和化学原理来解释。例如,表面积与体积之比在纳米尺度上的重要性,以及量子效应在分子行为中的体现。这些内容让我对“科学”这个词有了更深刻的理解,它不仅仅是定理和公式,更是一种不断挑战和突破认知的过程。我最感到兴奋的是,书中对“工程学”这一部分的侧重。它不仅仅是关于基础科学的探索,更是关于如何将这些科学发现转化为实际的应用。它介绍了一些前沿的分子工程学领域,比如分子打印、定向进化,以及如何利用分子来设计具有特定功能的材料。这让我看到了科学研究的价值所在,它不仅能够满足人类的好奇心,更能够解决现实世界中的问题。这本书让我开始重新审视科学的意义,并且更加渴望成为一名能够为人类社会做出贡献的科研工作者。

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这本书对我最大的启发,在于它让我看到了一个“主动”的分子世界。在此之前,我可能认为分子只是被动地遵循物理和化学规律,但《分子科学和工程学》这本书,它展现了分子在特定条件下的“智能”行为。例如,书中关于“分子自组装”的讲解,让我看到了分子如何能够像拥有“自我意识”一样,自发地按照预设的模式组合成有序的结构。这种能力,让我联想到了生物体的生长和发育,它们也是在分子层面遵循着一系列复杂的指令,最终形成精密的生命体。我尤其欣赏书中对“分子识别”机制的详细阐述。它让我了解到,科学家们正在利用分子之间精确的化学性质和空间构型,来设计出能够特异性结合特定目标分子的“钥匙”和“锁”。这在药物研发、疾病诊断等领域有着巨大的应用前景。我还对书中关于“分子机器”的讨论印象深刻。这些微小的、能够执行特定功能的分子装置,听起来就像是从科幻世界走出来的,但这本书却用严谨的科学理论和实验证据,展示了它们的可能性。它让我意识到,我们正处于一个可以通过精确操控分子来改造世界的时代,而这种能力,无疑将极大地推动人类文明的发展。这本书让我对分子科学的未来充满了无限的遐想,也让我更加期待在未来能够看到更多由分子驱动的创新。

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这本书的出现,可以说是为我解决了很多一直以来存在的知识盲点。我之前在学习一些与化学、物理相关的课程时,经常会遇到一些关于分子层面的概念,比如范德华力、共价键、分子轨道等等,但总觉得理解得不够透彻,缺乏一个系统的框架。《分子科学和工程学》这本书,它恰好提供了一个非常清晰和完善的解释体系。我特别喜欢它在讲解基础概念时,所采用的图文并茂的方式。书中大量的示意图和模型,让我能够直观地理解抽象的分子结构和相互作用。例如,在解释分子极性时,它通过清晰的电荷分布图,让我瞬间明白了为什么有些分子会形成偶极子。而书中关于“分子动力学”的介绍,更是让我大开眼界。它让我了解到,分子并不是静止的,而是在不断地运动和碰撞,而这种运动,恰恰是决定许多宏观现象的关键。它还详细讲解了如何通过计算机模拟来研究分子的运动轨迹,这让我看到了计算科学在分子研究中的巨大作用。我还有一个特别深的感受,就是这本书在强调“科学”的同时,也强调了“工程”。它不仅仅停留在理论层面,更是关注如何将这些理论知识应用于实际的工程问题,例如如何设计和制备具有特定功能的纳米材料,或者如何开发高效的催化剂来促进化学反应。这种理论与实践相结合的方式,让我觉得这本书的价值不仅仅体现在知识的广度和深度上,更体现在它能够启发读者去思考如何利用这些知识解决实际问题,从而推动科技的进步。

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这本书的出现,简直就像在我的书架上点亮了一盏明灯,尤其是我一直以来对那些看不见摸不着却又至关重要的分子层面世界的着迷。你知道的,我们每天都在与分子打交道,无论是呼吸的空气,还是口中的食物,甚至是构成我们身体的细胞,无一不被这些微小的结构所支配。然而,我之前对它们的认识,大多停留在中学课本里的简单描述,或者是一些科普文章里的碎片化信息。《分子科学和工程学》这本书,它提供的不仅仅是知识的叠加,更是一种思维方式的启蒙。它将我带入了一个全新的视角,让我开始审视那些宏观世界的现象背后,隐藏着怎样精妙绝伦的分子级设计和调控。我特别喜欢它在讲解基础概念时,那种深入浅出、层层递进的笔触,并没有一上来就抛出大量晦涩的术语,而是循序渐进地引导读者理解,比如对分子间作用力、化学键的详尽阐释,甚至是热力学和动力学原理在分子尺度上的应用,都用非常生动形象的比喻和例子来辅助理解。阅读过程中,我脑海中不断浮现出各种日常生活的场景,然后尝试用书中所学到的知识去解释,这种“学以致用”的成就感,是其他任何读物都难以比拟的。我还会时不时地停下来,想象一下如果我能够操纵这些分子,去设计出更高效的催化剂,或者研发出更具选择性的药物,又或者创造出具有全新功能的材料,那种可能性简直是无穷无尽的。这本书让我对科学研究的敬畏之心油然而生,同时也激发了我对未来科技发展的无限遐想。

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《分子科学和工程学》这本书,它不仅为我提供了丰富的专业知识,更重要的是,它改变了我对科学研究的固有认知。我一直以为,科学研究要么是实验室里艰苦的理论推导,要么是精密的仪器设备操作。但这本书让我看到,在分子科学领域,更有趣的探索方式是“观察”和“模拟”。它详细介绍了科学家们是如何通过精巧的实验设计,来“观察”分子的运动和相互作用,比如利用扫描隧道显微镜来“看”到单个分子的存在,或者利用光谱学技术来“听”到分子振动的声音。而我印象最深刻的是,它对“计算分子科学”的介绍。它让我了解到,科学家们是如何利用强大的计算机,来模拟和预测分子的行为,从而大大加速了研究的进程。这就像是拥有了一双“上帝的眼睛”,能够预见分子的未来。书中对“材料设计”的讲解,也让我受益匪浅。它让我了解到,很多我们日常生活中使用的材料,其背后都隐藏着分子层面的精巧设计。例如,如何通过改变聚合物的分子链结构,来获得具有不同强度、弹性和导电性的材料。这种“从分子到宏观”的设计理念,让我对工程学有了全新的认识。这本书让我觉得,科学研究不再是枯燥的理论灌输,而是一个充满创意和智慧的探索过程,它能够让我们更好地理解世界,并创造出更美好的未来。

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《分子科学和工程学》这本书,对我来说,是一次全新的认知体验。我一直认为,科学研究是独立于日常生活的,但这本书却让我看到了分子科学与我们生活的紧密联系。它不仅仅是讲解一些枯燥的化学公式和物理定律,而是将这些理论巧妙地融入到对生活现象的解释中。例如,它会讲解为什么我们能够品尝到各种美味的食物,这背后其实是舌尖上的味蕾细胞与食物分子之间的复杂相互作用;它还会解释为什么有些材料具有独特的性能,比如某些聚合物的弹性和韧性,这都与它们的分子结构和链段的运动方式息息相关。我特别喜欢书中对“功能性材料”的介绍。它让我了解到,科学家们是如何通过精确地设计和合成具有特定分子结构的材料,来满足各种各样的工程需求,比如开发出更轻便、更坚固的航空航天材料,或者制造出更高效、更环保的能源储存设备。这本书还让我对“生物工程”产生了浓厚的兴趣。它深入浅出地介绍了如何利用分子科学的原理,来设计和改造生物分子,从而实现治疗疾病、改良农作物等目标。这种将微观世界的知识与宏观世界的应用相结合的方式,让我觉得科学不再遥远,而是触手可及。它让我对未来的科技发展充满了期待,也让我对人类能够利用分子力量解决各种挑战的能力充满了信心。

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当我拿到《分子科学和工程学》这本书时,我抱有的期望是能够对分子领域有一个更系统、更深入的了解。而这本书,毫无疑问地超出了我的预期。它并非一本简单的教科书,而更像是一位经验丰富的导师,用循循善诱的方式,带领我穿越分子科学的复杂迷宫。我尤其欣赏它在引入新概念时的严谨与生动相结合。例如,在讲解化学反应动力学时,它不仅仅给出了速率方程和活化能的定义,还会通过一些生动的比喻,比如“化学反应的能量壁垒”,让我更容易理解反应的发生需要克服一定的能量障碍。书中对“结构决定性质”这一核心概念的反复强调,也让我印象深刻。它通过大量的实例,展示了分子结构上的细微差别如何导致宏观性质的巨大差异,从材料的强度、导电性,到药物的活性、毒性,无一不与分子的精巧设计息息相关。我特别喜欢它关于“自组装”和“超分子化学”的章节,这让我看到了分子在特定条件下,能够自发地形成有序的结构,这简直就像是大自然赋予生命的神奇魔法。这本书还很好地连接了科学与工程,它不只是介绍理论,更关注如何将这些理论应用于实际的工程问题。我从中了解到如何设计和制备具有特定功能的纳米材料,如何开发高效的催化剂,以及如何构建创新的生物传感器。总而言之,这本书让我对分子科学的认识从模糊走向清晰,从零散走向系统,为我进一步深入探索这个领域奠定了坚实的基础。

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