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出版者:上海科学技术文献出版社

作者:(美)埃米里奥·赛格雷(E.Segre)

出品人:

页数:294

译者:

出版时间:1990-10

价格:0

装帧:平装

isbn号码:9787805136653

丛书系列:

图书标签:

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《星际航行与量子纠缠：探索宇宙的边界》 内容简介 本书旨在带领读者进行一次跨越时间和空间的思维探险，深入探讨人类在理解和征服宇宙过程中所面临的诸多前沿挑战与令人振奋的突破。我们不再局限于地球的引力范围，而是将目光投向浩瀚的星际空间，探讨实现星际航行的理论基础与工程难题，并深入解析量子力学这一描绘微观世界运行规律的深奥理论。 第一部分：超越光速的梦想——星际航行的物理学与工程学 星际旅行，这个古老的梦想，在当代科学的视野下，正从科幻小说的浪漫设想，逐步走向严肃的物理学和工程学探讨。本部分将详尽考察当前已知物理定律下，如何设计和实现跨越数光年距离的载人或无人探测任务。 一、推进系统的革命性探索： 传统化学火箭的局限性是实现星际航行的最大瓶颈。我们首先会审视当前正在研发或理论提出的下一代推进技术。 核聚变推进（Fusion Propulsion）： 深入剖析如何利用氘、氚等轻元素聚变释放的巨大能量，驱动飞船。讨论环形反应堆（Tokamak）和惯性约束聚变（ICF）在空间推进中的应用潜力，以及磁约束技术如何高效地将等离子体喷射产生推力。重点分析“猎户座计划”的改进思路——核脉冲推进的重新评估及其环境影响。 反物质推进（Antimatter Propulsion）： 这种被誉为能量效率最高的理论方案，其核心挑战在于反物质的有效产生、储存和安全引爆。我们将详细介绍高能粒子对撞机在反物质制造中的角色，并探讨如何利用磁阱或电场长时间稳定地囚禁微量反物质，实现对正物质湮灭能量的精确控制。 曲速驱动的理论边界（Warp Drive Physics）： 基于阿库别瑞（Alcubierre）的度规理论，本章将深入探讨时空几何的操控可能性。详细解析负能量密度（或奇异物质）的物理需求，并评估当前量子场论对“负质量”存在的限制。我们将研究如何通过局部扭曲时空结构，在不违反狭义相对论中物体局域速度限制的前提下，实现相对有效的超光速旅行。 二、星际环境下的生存挑战： 长达数十年乃至数百年的航行对生命体和电子系统提出了近乎苛刻的要求。 宇宙射线的防护策略： 深入分析银河系内高能粒子（包括伽马射线暴残余）对生物组织和半导体器件的损害机制。对比被动屏蔽（如厚重的物质层）与主动屏蔽（如强磁场偏转带）的优劣，并讨论在深空环境中如何维持有效和可持续的辐射防护系统。 生命支持系统的闭环迭代： 探讨如何建立一个高度自治、几乎完全封闭的生态系统（CELSS）。这包括水、氧气和食物的完全循环利用技术，以及如何应对长期微重力对人体骨骼、肌肉和心血管系统的退化效应，探讨人工重力（如旋转栖息地）的工程学实现。 深空导航与时间同步： 阐述如何在缺乏地面参考点的深空环境中进行精确的位置确定，包括对脉冲星导航（Pulsar Timing Arrays）的最新进展的分析，以及在相对论效应显著的场景下，如何维持星际舰队间精确的时间同步。 第二部分：幽灵般的超距作用——量子纠缠的深层揭示 量子力学，尤其是量子纠缠现象，挑战了我们对实在性、局域性和信息传递的传统认知。本部分将聚焦于纠缠的本质、实验验证以及它在未来信息技术中的颠覆性潜力。 一、纠缠现象的精确刻画与实验验证： 纠缠态描述了两个或多个量子系统之间存在着一种超越经典关联的强耦合。 贝尔不等式的突破与意义： 详细回顾贝尔不等式（Bell's Inequalities）的推导及其在实验中的屡次违反。重点分析“无漏洞”实验（Loophole-free tests）的最新成果，如空间分离式测试，这些实验有力地排除了定域隐变量理论的可能性，确认了量子力学的非定域性特征。 多粒子纠缠态的构建： 介绍如何制备和维持三比特、四比特甚至更多粒子（如GHZ态、簇态）的复杂纠缠态。讨论光子、电子自旋、超导量子比特等不同载体在维持相干性方面的技术难度与优势。 相干性的维持与退相干（Decoherence）： 退相干是实现大规模量子计算和通信的主要障碍。本章深入分析环境噪声（热涨落、电磁干扰）如何快速破坏量子叠加态和纠缠结构。讨论冷冻技术、真空隔离以及拓扑保护等前沿策略如何延长量子系统的相干时间。 二、纠缠的实用化：量子信息科学的支柱： 量子纠缠不仅仅是一个物理学上的好奇心，更是构建下一代信息技术的关键资源。 量子隐形传态（Quantum Teleportation）： 详细解释隐形传态的物理过程，强调它并非物质的瞬时转移，而是量子态信息的传输。分析利用纠缠对作为“量子信道”的必要性，并探讨其在远距离量子网络中的作用。 量子密钥分发（QKD）的安全基石： 阐述基于BB84协议或基于纠缠的协议（如E91）如何利用量子不可克隆定理和测量引起的塌缩，提供理论上不可窃听的加密通信。分析实际部署中面对侧信道攻击（Side-Channel Attacks）的防御措施。 量子计算的架构与潜力： 尽管本书不专注于完整的量子计算机设计，但会阐明纠缠在通用量子计算中的核心作用。讨论量子门操作如何利用纠缠来构建复杂的计算路径，并展望Shor算法和Grover算法在解决特定计算难题上的巨大潜力，特别是对经典密码学体系的潜在冲击。 结语：人类认知的边界拓展 《星际航行与量子纠缠》试图在宏观的宇宙尺度和微观的粒子尺度上，考察人类智慧所能触及的最前沿领域。从利用时空几何的理论可能性，到驾驭亚原子粒子间的神秘联系，本书旨在激发读者对未知世界的好奇心，并认识到科学探索的连续性——无论我们飞得多远，最终都必须面对支配一切的物理定律的深刻奥秘。本书是献给所有心怀远大愿景，不满足于现有知识框架的探索者们的一份指南。

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坦白说，我一开始拿到这本书时，内心是有些忐忑的，毕竟涉及到如此基础而又深刻的物理学领域，担心自己会跟不上。但这本书的叙事节奏把握得简直是教科书级别的典范。它没有急于抛出那些令人望而生畏的公式和理论，而是选择了一条非常人性化的路径切入。开篇仿佛是一场缓慢而富有诗意的自然观察，从最基本的物理现象入手，逐步搭建起认识世界的框架。作者的笔触非常细腻，对于那些科学概念的引入，总会配以精妙的比喻或恰到好处的历史轶事来佐证和软化。这种层层递进的结构设计，极大地降低了读者的认知门槛，让原本冰冷的科学知识焕发出了鲜活的生命力。我特别欣赏作者在处理理论发展中的“争议”和“迂回”时所表现出的那种公正和客观，它避免了将科学史写成简单的“英雄赞歌”，而是真实地呈现了科学发现的曲折性和偶然性。这本书的价值不仅在于它告诉你“是什么”，更在于它让你明白“为什么会是这样”以及“人类是如何一步步弄明白的”。

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这是一本需要带着敬畏之心去阅读的书，它拥有罕见的深度和广度，但又奇妙地保持了一种克制的优雅。我发现自己读完一个章节后，常常会放下书本，凝视窗外，试图在现实世界中捕捉到那些被文字所描述的、跨越了数个世纪的物理现象的残影。这本书的语言风格极其凝练，几乎没有一句废话，每一个句子的背后都似乎承载着作者深厚的学术积淀和多年的沉思。它不满足于罗列事实，而是致力于构建一个完整的、自洽的知识体系。在某些章节中，作者对不同科学思想流派之间的辩论和融合的描绘，具有极强的思辨色彩，仿佛将我们带回了那些思想碰撞最为激烈的时代前沿。我尤其感受到了一种强烈的“时间感”，仿佛通过这本书，我真正体验了人类在认识自然规律这条漫长道路上所经历的艰辛跋涉与豁然开朗的瞬间。这本书的阅读体验是多层次的，既有知识上的充实，也有精神上的震撼，是近年来我读到的最有分量的科普读物之一。

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我得说，这本书的排版设计简直是艺术品级别的享受。那种纸张的质感、墨水的色泽，都透露着一种对阅读本身的尊重。在内容上，它展现出了一种罕见的全局观和细节把握的平衡。作者在讲述重大科学发现时，总能精准地捕捉到那些隐藏在宏大叙事背后的微小、关键的实验细节，这些细节往往是决定理论成败的关键所在。阅读过程中，我常常会停下来，反复揣摩作者对某个因果链条的梳理，那种逻辑的严密性令人叹服。它没有采用时下流行的碎片化叙事，而是坚持了一种古典的、线性推进的结构，这对于理解一个复杂体系的演化至关重要。通过这本书，我得以一窥那些开创性思想的“诞生现场”，感受到了人类智慧在面对宇宙终极奥秘时所展现出的非凡的创造力与韧性。这本书的价值不仅仅在于它所传授的知识，更在于它提供了一种看待世界、理解进步的哲学框架，极大地拓宽了我的思维边界。

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这本书的封面设计得非常引人注目，色彩的运用大胆而富有张力，仿佛能让人直接感受到那种跨越时间和空间的力量感。我是在一家老旧书店的角落里偶然发现它的，一开始是被标题里那种宏大的叙事感所吸引，心想这大概会是一本讲述人类文明重大转折点的史诗巨著。翻开第一页，那种文字的密度和排版上的匠心独运就立刻抓住了我的注意力。作者似乎有一种魔力，能将看似枯燥的科学原理，编织成一幅幅充满画面感的叙事长卷。我尤其欣赏他对历史脉络梳理的清晰度，即便对于我这样非专业人士来说，也能毫不费力地跟上作者的思路，领略那些早期探索者们面对未知时的那种既敬畏又兴奋的复杂心境。书中的一些插图和图表也处理得极为精妙，它们并非简单的功能性补充，而是与文字相得益彰，起到了极好的视觉引导作用。整本书散发着一种沉稳而厚重的气息，让人忍不住想一口气读完，但又想放慢脚步，细细品味每一个措辞背后的深意。它不仅仅是知识的传递，更像是一次精神上的洗礼，让人对我们赖以生存的这个世界有了全新的认知结构。

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这本书的行文风格简直像一位经验丰富的历史学家在与老友促膝长谈，那种娓娓道来却又字字珠玑的感觉，让人倍感亲切。我通常对这种跨学科的宏大叙事抱持着一种审慎的态度，总担心会陷入浅尝辄止的窠臼，但这本书完全打破了我的预期。作者的知识储备深不见底，但绝不卖弄学问，而是巧妙地将那些复杂的物理学概念融入到生动的人物故事和时代背景之中。读到某些关键转折点时，我甚至能想象出当时那些科学家们在简陋的实验室里，面对实验结果时那种欣喜若狂或者困惑不解的表情。书中对不同时代背景下社会对新发现的接受程度的描写尤其精彩，它清晰地展现了科学进步并非一条坦途，而是充满了人文、哲学甚至政治上的角力。特别是对早期通信技术发展所带来的社会冲击的论述，提供了许多我以前从未想过的观察角度，让我对“信息革命”有了更深层次的理解。这本书读起来毫不费力，却又处处蕴含着值得反复咀嚼的思考点，是那种读完后会立刻想向身边所有人都推荐的佳作。

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非常鲜活的物理学史

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