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出版者:科學

作者:細野秀夫

出品人:

頁數:458

译者:

出版時間:2007-5

價格:85.00元

裝幀:

isbn號碼:9787030189721

叢書系列:

圖書標籤:

• 科學
• 納米材料
• 納米技術
• 材料科學
• 納米結構
• 材料工程
• 化學
• 物理
• 應用科學
• 前沿科技
• 新興材料

《量子糾纏與時空幾何的奧秘》 內容簡介 在這本深刻而引人入勝的著作中，作者帶領讀者踏上一段超越尋常理解的宇宙探索之旅，深入剖析瞭量子糾纏這一現代物理學中最令人費解、也最具革命性的現象，並將其與廣義相對論所描繪的時空幾何學精妙地聯係起來。本書旨在揭示微觀量子世界的奇異關聯如何深刻地影響著我們對宏觀宇宙結構及其演化的理解，從而為我們勾勒齣一幅更加完整、統一的物理圖景。 本書的開篇，作者以極其生動和富有啓發性的方式，為讀者構建瞭量子糾纏的直觀感受。我們熟悉的經典物理學將物質視為獨立的、可以被精確描述的實體，其狀態互不影響。然而，量子力學打破瞭這一認知。書中詳細闡述瞭量子糾纏的本質，即兩個或多個粒子之間存在一種超越經典概率的、瞬時的關聯。即便這些粒子被置於宇宙的兩端，對其中一個粒子的測量也會瞬間影響到另一個粒子的狀態。作者通過迴顧貝爾不等式的實驗驗證，以及解釋EPR佯謬的深刻含義，清晰地展示瞭量子糾纏的非局域性（non-locality）是如何挑戰我們對“實在”的根深蒂固的看法。這裏並非簡單地羅列實驗結果，而是深入剖析這些實驗的設計哲學、技術突破以及它們所帶來的理論衝擊，讓讀者理解為何愛因斯坦曾將其稱為“幽靈般的超距作用”。 接著，本書將視角從微觀粒子轉嚮瞭宏觀的宇宙。作者將讀者引入愛因斯坦的廣義相對論，用通俗易懂的語言解釋瞭引力並非一種力，而是時空彎麯的錶現。質量和能量如何扭麯周圍的時空，而這種彎麯又反過來決定瞭物質和能量的運動軌跡。書中詳盡地描繪瞭時空幾何的數學框架，從黎曼幾何的基本概念，到度規張量（metric tensor）如何描述時空的麯率。作者通過類比，如在彈力布上放置重物來形象地說明質量如何導緻時空彎麯，使得光綫在經過大質量天體時會發生偏摺。本書更深入地探討瞭黑洞、引力波等廣義相對論的預言，並結閤最新的天文觀測證據，如事件視界望遠鏡拍攝的首張黑洞照片，以及LIGO/Virgo探測到的引力波事件，展現瞭廣義相對論在解釋極端宇宙現象方麵的強大能力。 本書的核心貢獻在於，它巧妙地架起瞭連接量子糾纏與時空幾何之間的橋梁。作者在前人研究的基礎上，提齣並深入探討瞭“時空糾纏”的概念。這意味著，我們不能僅僅將時空視為背景，而應認識到它本身也可能具有糾纏的特性。書中詳細介紹瞭 String Theory（弦理論）和 Loop Quantum Gravity（圈量子引力）等前沿理論中，時空並非連續平滑的，而是由離散的量子單元構成，並且這些單元之間可能存在著深刻的糾纏關係。作者引入瞭例如“ER = EPR”猜想（即愛因斯坦-羅森橋（蟲洞）等價於愛因斯坦-普裏姆科夫-彭羅斯（糾纏）），這一猜想暗示瞭微觀的量子糾纏可能與宏觀的蟲洞結構存在著某種深刻的聯係。書中通過詳盡的理論推導和物理直覺的引導，讓讀者理解為何兩個糾纏的粒子，從幾何學的角度看，可能對應著連接兩個不同時空區域的“捷徑”。 本書還對信息在宇宙中的角色進行瞭深刻的思考。作者探討瞭信息是如何在量子糾纏中傳遞的，以及這種傳遞與時空結構之間可能存在的雙嚮關係。例如，在量子計算的語境下，量子比特（qubits）的糾纏是實現強大計算能力的基礎。書中推測，是否宇宙本身就是一個巨大的量子計算機，其計算過程就體現在時空本身的演化和物質的相互作用之中？信息論與黑洞信息佯謬（black hole information paradox）的討論，將讀者引嚮瞭對宇宙最根本問題的思考：信息是守恒的嗎？它如何在黑洞的吞噬和蒸發過程中得以保留？作者在書中提齣的新穎觀點，將量子糾纏在信息存儲和處理中的作用，與時空本身的幾何屬性聯係起來，暗示信息可能是編織時空結構的基本要素。 為瞭讓讀者能夠更好地理解這些抽象的概念，本書在理論闡述的同時，穿插瞭大量的曆史故事和科學傢的探索曆程。從量子力學的奠基人普朗剋、玻爾、海森堡，到相對論的創立者愛因斯坦，再到當今在弦理論和量子引力領域做齣傑齣貢獻的學者，他們的智慧火花和不懈追求被生動地呈現在讀者麵前。書中並非枯燥的學術論文堆砌，而是充滿瞭人文關懷和科學的浪漫主義色彩，讓讀者在領略宇宙之美的同時，也感受到人類認識自然的偉大力量。 此外，本書還對這些前沿理論的潛在應用進行瞭前瞻性的展望。雖然量子糾纏與時空幾何的深入研究仍處於理論探索階段，但作者指齣，這些研究不僅關乎我們對宇宙本質的理解，也可能在未來催生齣我們目前無法想象的顛覆性技術。例如，對量子糾纏的精確操控可能為超光速通訊（盡管目前仍麵臨嚴格的物理限製，但理論上的可能性值得探討）、量子加密等領域帶來突破。而對時空幾何的更深層理解，則可能為我們探索宇宙深處、甚至實現星際旅行提供理論基礎。 本書的結構嚴謹，邏輯清晰，從最基礎的量子力學概念，逐步深入到最前沿的理論物理學研究。對於物理學愛好者而言，本書提供瞭一個深入瞭解現代物理學核心問題的窗口；對於研究人員而言，本書則是一份極具啓發性的參考資料，其中所提齣的觀點和方法，可能為未來的研究打開新的思路。作者力求在保持科學嚴謹性的前提下，以最易於理解和最引人入勝的方式，帶領讀者一同窺探量子糾纏與時空幾何的深邃奧秘，感受科學探索的無窮魅力。本書是一次智識的冒險，一次對宇宙終極真相的深情追問，必將激發讀者對科學世界産生更深厚的興趣和更廣闊的思考。

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