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出版者:科学出版社

作者:祝宁华

出品人:

页数:428

译者:

出版时间:2013-3

价格:138.00元

装帧:

isbn号码:9787030367051

丛书系列:半导体科学与技术丛书

图书标签:

• 纳米
• 纳米生物医学
• 光电子学
• 生物光子学
• 纳米技术
• 生物医学工程
• 光物理学
• 材料科学
• 医学影像
• 传感器
• 诊断学

穿越维度：量子力学与宏观世界的交汇点 一、 引言：探寻世界的底层逻辑 自古以来，人类对自然界的奥秘充满了无尽的好奇与求知欲。从牛顿的经典力学奠定宏观世界运行的基石，到麦克斯韦的电磁理论揭示光与物质相互作用的规律，我们对世界的理解不断深化。然而，当我们将目光投向原子和亚原子层面时，经典物理学的确定性与连续性开始瓦解，取而代之的是一种充满概率、叠加与不确定性的全新图景——量子力学。 本书《穿越维度：量子力学与宏观世界的交汇点》并非关注于生物医学领域的前沿技术，而是将视角聚焦于理论物理学的核心——量子力学，并尝试以一种更具哲学思辨和普适性的方式，探讨量子现象如何从微观层面渗透并影响我们所感知的宏观现实。我们将深入剖析量子世界的奇特规则，并追溯这些规则如何与经典物理学建立起清晰而又微妙的联系。 二、 量子世界的基石：不确定性与叠加态 量子力学最引人入胜之处，在于其对实在（Reality）的根本性颠覆。在经典物理中，粒子的位置和动量可以被精确测量。但在量子世界中，海森堡的不确定性原理（Heisenberg Uncertainty Principle）构成了我们理解世界的底层限制：我们无法同时精确知道一个粒子的位置和动量。这种内在的模糊性，并非测量工具的精度问题，而是自然界本身的属性。 本书将详尽阐述波函数 ($Psi$) 的概念，它是描述一个量子系统所有可能状态的数学工具。我们将探讨薛定谔方程（Schrödinger Equation），作为量子力学中的“牛顿第二定律”，它如何驱动波函数的演化。尤其重要的是，我们将聚焦于“叠加态”（Superposition）：一个粒子可以同时处于多种状态的奇异现象，直到被观测的那一刻。通过对“双缝干涉实验”的深度解析，我们将揭示波粒二象性（Wave-Particle Duality）如何挑战我们的日常直觉，证明在微观尺度上，粒子不再是确定无疑的小球，而是具有波动性的概率云。 三、 纠缠的幽灵：超距作用的谜团 如果说叠加态已经足够令人费解，那么量子纠缠（Quantum Entanglement）则将这种奇特性推向了极致。爱因斯坦曾将其戏称为“幽灵般的超距作用”（Spooky Action at a Distance）。当两个或多个粒子发生纠缠后，无论它们相隔多远，对其中一个粒子的测量会瞬间影响另一个粒子的状态。 本书将详细梳理贝尔不等式（Bell’s Inequality）的意义，这是实验验证量子纠缠真实性的关键工具。我们将讨论纠缠态的构建方式、其数学描述（如贝尔态），以及它在信息论和基础物理学哲学辩论中的核心地位。我们不会涉及任何生物应用，而是专注于理解纠缠如何挑战了局域实在论（Local Realism），迫使我们重新思考信息传播的速度和宇宙的连接性。 四、 从量子到经典：退相干的桥梁 量子力学的奇异性主要体现在孤立的微观系统。然而，我们生活的宏观世界却是经典且确定的。如何解释这种从“量子模糊”到“经典清晰”的转变？本书的重点之一便是深入探讨“退相干”（Decoherence）理论。 退相干机制是连接量子世界与经典世界的关键桥梁。它描述了量子系统与其环境（例如，周围的空气分子、光子或其他粒子）发生不可逆的相互作用时，其叠加态如何迅速“泄漏”信息到环境中，从而看起来像是坍缩到了一个确定的经典状态。我们将分析退相干发生的时间尺度和环境耦合的重要性，这解释了为什么我们无法在日常生活中观察到宏观物体的叠加态。 五、 扩展视野：量子场论的轮廓 在对非相对论性的量子力学有深入理解后，本书将简要勾勒出量子场论（Quantum Field Theory, QFT）的宏伟蓝图。QFT是将量子力学与狭义相对论相结合的产物，它是粒子物理学标准模型的基础。 我们将探讨“场”取代“粒子”成为基本实在的观念。在QFT中，粒子被视为特定场的激发态。本书将概述量子电动力学（QED）作为最成功的物理理论之一，它如何精确地描述了光子与电子的相互作用。虽然我们不会深入复杂的数学推导，但会清晰地阐述QFT如何提供一个更加统一和自洽的框架来描述物质和力的起源，而不是停留在简单的牛顿或经典场论的框架内。 六、 哲学的反思：实在的本质 量子力学不仅仅是关于数学公式和实验验证的科学，它更是一场深刻的哲学革命。本书的最后一部分将引导读者进行更深层次的思考： 1. 实在的本质：量子力学告诉我们，在观测之前，事物是否真的“存在”于一个确定的状态？ 2. 哥本哈根诠释的局限：我们将简要介绍主流的哥本哈根诠释，并探讨如多世界理论（Many-Worlds Interpretation）等替代性诠释，它们试图以不同的方式解决“测量问题”。 3. 量子与信息：我们探讨信息在物理学中的基础地位，以及量子力学如何预示着信息处理的新范式。 总结 《穿越维度：量子力学与宏观世界的交汇点》是一次对基础物理学原理的深度探索之旅。它要求读者放下对日常经验的依赖，以开放的心态去迎接一个充满概率、纠缠与未解之谜的微观宇宙。本书旨在为有志于理解现代物理学核心概念的读者，提供一个严谨、深入且富有启发性的理论基础，揭示我们所处宇宙底层运行的真正逻辑。

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这本书的装帧设计简直是一场视觉盛宴，封面那深邃的星空蓝配上精致的银色烫金字体，透露出一种既神秘又前沿的科技感。初次翻开，首先吸引我的是其内文的排版——字体清晰、字号适中，大量的图表和示意图穿插其中，布局疏密有致，即便是面对如此专业的领域，阅读体验也保持了高度的舒适性。特别是那些复杂的理论模型和实验装置图解，设计师显然在美学和功能性之间找到了绝佳的平衡点，使得原本枯燥的公式和结构介绍变得直观易懂。我注意到许多关键概念旁都有精心设计的注释框，用更简洁的语言对核心思想进行提炼，这对于像我这样需要快速把握前沿动态的研究人员来说，无疑是极大的便利。而且，纸张的质感非常高级，拿在手里沉甸甸的，让人感觉这本书的价值和厚度。从这本书的物理形态上就能感受到编者对知识的尊重和对读者的关怀，这绝不是那种随便印刷、敷衍了事的出版物能比拟的，它本身就应该被视为一个精致的科技艺术品，摆在书架上都是一种享受。

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这本书的深度是令人敬畏的，它毫不避讳地触及了当前领域内最尖锐、最未解决的科学难题。与一些仅停留在综述层面、泛泛而谈的同类书籍不同，这本书深入到了实验细节和数据分析的层面。它不仅告诉你“什么”取得了进展，更细致地剖析了“如何”实现这些进展，甚至包括了某些实验中遇到的潜在系统误差和应对策略。在讨论到那些需要复杂数学工具才能理解的部分时，作者没有选择简化，而是提供了详尽的推导过程，这对于有志于深入该领域进行原创性研究的读者来说，是无价的财富。我感觉自己像是坐在一个顶尖实验室的内部研讨会上，听取了同行间最坦诚、最不加修饰的学术交流。这种对细节的执着和对准确性的追求，使得这本书的学术价值远远超出了普通教科书的范畴，它更像是一部为未来研究者准备的“工具箱”和“行动指南”。

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这本书的叙事逻辑严密得像是一张精心编织的网，每一个章节的过渡都自然得让人几乎察觉不到界限的转换。它并非简单地罗列技术点，而是构建了一个清晰的知识演进路径。开篇对基础原理的回顾，扎实得令人安心，仿佛带着读者从零开始，步步为营地攀登知识高峰。随后，作者巧妙地将各个研究分支串联起来，展现出它们之间内在的关联性，而不是孤立的技术集合。我特别欣赏作者在阐述关键突破时所采用的“问题-挑战-解决方案”的叙事框架，这种结构极大地增强了阅读的代入感和批判性思维的激发。读到某个特定技术瓶颈时，作者总能精准地指出当前研究的痛点，并引出下一节即将探讨的前沿解决方案，这种环环相扣的设计，使得我在阅读过程中始终保持着高度的求知欲，总想立刻翻到下一页看看“后面发生了什么”。这显示出作者不仅是领域内的专家，更是顶尖的知识组织者和教育家。

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这本书的引用和参考文献部分处理得极为出色，这无疑是衡量一部严肃学术著作含金量的重要指标。我花了一些时间浏览了后记部分，其广度令人印象深刻，涵盖了近十年内各个重要期刊的标志性论文，显示出编纂团队对文献的追踪能力达到了近乎苛刻的程度。更值得称道的是，许多引用并非简单的罗列，而是与正文内容紧密结合，有些关键论点甚至被标注了不同的文献流派，让读者能够清晰地辨识出不同学派之间的观点差异和发展脉络。这极大地帮助我梳理了该领域的研究地图，避免了在浩瀚的文献海洋中迷失方向。对于希望追根溯源、了解某个特定技术起源的读者而言，这本书的参考价值是无可替代的，它不仅是一本书，更是一座通往更深层次学术探索的桥梁，指引着我们找到最权威的一手资料。

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阅读完这本书，我体验到了一种前所未有的“思维拓宽”感，它不仅仅是知识的灌输，更像是对既有认知框架的一次彻底重塑。作者在探讨新兴交叉学科的潜力时，展现出一种令人振奋的宏大视野。书中关于未来技术融合的预测部分，虽然充满了大胆的想象，但其论证逻辑却建立在坚实的现有技术基础之上，而非空中楼阁。这使得书中描绘的未来图景既充满希望又具有可操作性，激发了我将现有工作与那些看似遥远的技术方向进行交叉思考的冲动。这本书成功地打破了学科壁垒的桎梏，鼓励读者以更开放、更具跨学科整合性的视角去看待科研问题。它让我意识到，真正的创新往往诞生于不同领域的交汇点，读完之后，我感觉自己的思维模式都变得更加灵活和富有弹性，这对于任何渴望站在创新前沿的人来说，都是最宝贵的收获。

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