量子物理如何改变世界

量子物理如何改变世界 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

☆☆☆☆☆
出版者:
作者:[意] 卡洛·罗韦利
出品人:磨铁·文治图书
页数:216
译者:王子昂
出版时间:2023-5-4
价格:62.00元
装帧:精装
isbn号码:9787573905369
丛书系列:卡洛·罗韦利诗意科普系列
图书标签:
  • 量子物理
  • 科学普及
  • 科技史
  • 物理学
  • 量子力学
  • 技术创新
  • 未来科技
  • 哲学
  • 科普读物
  • 改变世界
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具体描述

★卡洛·罗韦利继《七堂极简物理课》后,再掀科普阅读新热潮!

卡洛被媒体评为“100位最具影响力的全球思想家之一”“下一个斯蒂芬·霍金”“物理学界的文学巨星”。他用优美易懂、譬喻生动、充满哲思的语言,将艰深的宇宙理论描绘得像故事般有趣,为读者带来广泛的思考。

★荣获《金融时报》2021年最佳书籍、《卫报》2021年最佳科学书籍!

★“科学比政治更有革命性”,短短200页内容,彻底革新你的“世界观”!

量子纠缠并不特殊罕见,我们看见的所有“现实”都被编织在这张互动关系网中。从前沿学科出发,再度以诗意的语言颠覆我们的常识与直觉!

★《自然》《时代周刊》《卫报》《纽约时报》等数十家知名媒体好评推荐!

★卷福、抖森、坂本龙一、陈嘉映、姬十三、李淼、黄磊、杨采钰等各界名人盛赞!

★已售出电视剧改编版权,各大报头条报道!

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1925年夏天,在荒芜、偏僻、北风肆虐的黑尔戈兰岛上,23 岁的德国青年沃纳·海森堡在此构建了“量子论”,揭开了挡在我们与真相之间的那道帷幕。这一伟大的科学革命,拥有将广岛、长崎瞬间夷为平地的威力,也在人类的精神世界投下炸弹。当原本坚不可摧的事物受到质疑,就会打开新的道路,让我们能够看得更远。

从量子纠缠到多重宇宙,经典物理世界崩塌后,以量子理论重新阐释我们如何存在于宇宙之中。

拓扑量子计算的黎明:超越冯·诺依曼架构的计算范式 一部深入探讨下一代计算核心物理原理与工程挑战的巨著 --- 本书概述: 在信息时代的浪潮下,我们对计算能力的需求正以惊人的速度超越现有硅基半导体技术的物理极限。冯·诺依曼架构——尽管取得了空前的成功,但其固有的冯·诺依曼瓶颈和信息存储与处理的串行化限制,已成为未来科学突破和复杂系统模拟的主要瓶颈。 《拓扑量子计算的黎明:超越冯·诺依曼架构的计算范式》并非简单地介绍量子力学的基本概念,而是将焦点聚集于拓扑量子计算(Topological Quantum Computation, TQC)这一前沿领域。本书旨在为物理学家、计算机科学家、材料工程师以及对未来计算技术抱有深切兴趣的读者,提供一个全面、深入且具有前瞻性的视角,解析如何利用物质的内在拓扑属性来构建本质上抗噪、可扩展的量子计算机。 全书结构严谨,从基础的数学物理模型出发,层层递进至前沿的实验物理挑战与潜在应用场景,力求在理论的深度与工程的可行性之间架起一座坚实的桥梁。 --- 第一部分:计算范式的危机与拓扑的呼唤 (The Crisis of Computation and the Call of Topology) 本部分首先对当前的计算瓶颈进行了深入剖析。我们探讨了摩尔定律的物理边界,特别是随着特征尺寸进入纳米尺度,量子隧穿效应、散热问题和退相干性的威胁如何瓦解传统晶体管的可靠性。随后,本书将视角转向“量子计算”这一宏大叙事,但不停留于标准的、基于能级或超导环路的量子比特模型。 关键在于引入拓扑序(Topological Order)的概念。我们将回顾凝聚态物理学中对拓扑不变量的深刻理解,如陈-西蒙斯理论在描述二维电子系统中的应用。核心观点是:信息不再存储于局部、易受环境扰动的物理量(如电子的自旋方向或电荷状态),而是编码在准粒子(Anyons)的集体、非局域的编织模式中。这种编码方式被证明对局部噪声具有内在的鲁棒性,这是拓扑量子计算区别于其他量子计算架构的根本优势。 第二部分:非阿贝尔任意子的数学与物理基础 (Mathematical and Physical Foundations of Non-Abelian Anyons) 构建拓扑量子计算机的核心是找到并操控非阿贝尔任意子(Non-Abelian Anyons)。 任意子统计与编织: 详细阐述了任意子统计(介于玻色子和费米子之间)的物理意义,并深入探讨了如何通过“编织”(Braiding)这些准粒子来执行量子门操作。本书将花费大量篇幅介绍非阿贝尔任意子的代数结构,特别是与任意子代数(Anyon Algebra)和张量范畴论(Tensor Category Theory)的联系。 实现途径的探索: 本部分将对当前理论上可承载非阿贝尔任意子的物质系统进行全面梳理。重点关注分数量子霍尔效应(Fractional Quantum Hall Effect, FQHE)体系,特别是 $ u = 5/2$ 亚层中可能存在的马约拉纳费米子(Majorana Fermions)作为最受关注的非阿贝尔任意子实例。同时,也讨论了基于拓扑超导体和一维/二维狄拉克材料中的边缘态实现可能性。 马约拉纳费米子: 详尽分析了马约拉纳零能模(Majorana Zero Modes)的性质,它们是自身的反粒子,且其非局域性使其成为理想的拓扑量子比特。 第三部分:系统工程与实验物理的鸿沟 (System Engineering and the Experimental Chasm) 从理论到实际,拓扑量子计算面临着严峻的实验挑战。本部分着重于“如何制造和测量”这些极端物理系统。 异质结构构建: 深入探讨了如何通过精密的材料工程,将传统的半导体(如InAs或InSb)与s波超导体(如铝或铌)通过界面耦合,诱导出具有拓扑特性的混合纳米线结构。这涉及到精确控制异质结界面、应变工程以及表面缺陷的影响。 操控与读出机制: 阐述了如何使用扫描隧道显微镜(STM)或更先进的非接触式电学测量技术来探测马约拉纳模的存在。重点讨论了隧穿光谱(Tunneling Spectroscopy)如何揭示零偏压电导峰(Zero-Bias Peak, ZBP)的物理起源,以及如何设计更复杂的“岛屿”结构来进行马约拉纳费米子的精确编织操作。 误差的拓扑解读: 与其他量子计算模型不同,拓扑量子计算的错误主要源于拓扑真空的破裂,即“假想粒子”(Split-off Anyons)的产生和移动。本书解释了如何通过拓扑保护的门操作来将这些错误“推”到系统边缘或使其在计算过程中自然消除,从而实现硬件级的容错。 第四部分:超越计算:拓扑序在基础物理中的应用 (Beyond Computation: Applications of Topological Order in Fundamental Physics) 本书的最终部分将视野扩展至拓扑序的更广阔影响。 模拟复杂量子物质: 拓扑量子计算机不仅是目标,也可以是强大的工具。探讨如何利用这些平台来精确模拟那些经典计算机无法处理的强关联电子系统、高能物理中的规范场理论(Lattice Gauge Theory)以及复杂分子的电子结构。 信息的内在容错性: 总结拓扑保护在信息理论中的深刻意义——信息不是被动“保护”起来的,而是信息本身就是系统拓扑性质的体现。这暗示了一种全新的、与物理定律深度耦合的信息处理哲学。 展望与未解之谜: 讨论了更高阶拓扑相(如Fibonacci任意子)的可能性及其在构建更强大通用量子计算模型中的潜力,以及当前实验中观察到的“伪拓扑”现象与真正拓扑序之间的鉴别难题。 --- 读者对象: 本书适合已具备扎实的量子力学、固体物理和电子学基础的高年级本科生、研究生、研究人员以及致力于下一代信息技术开发的工程师。它不提供入门级的量子计算概览,而是直接潜入最尖端、最具变革潜力的计算物理前沿。阅读本书,您将获得理解未来计算基石的必备知识体系。

作者简介

卡洛·罗韦利

享誉世界的意大利理论物理学家,在时空物理学上做出了突破性贡献,被誉为“下一个史蒂芬·霍金”。他的《七堂极简物理课》《时间的秩序》等作品畅销全球,被译成41种语言,《时代周刊》《卫报》等媒体大力推荐,累计销量高达百万册。其作品在国内出版后一举荣获文津图书奖,被多所大学推荐为入学必读作品。

目录信息

将目光投入深渊
第一部分
Ⅰ
1. 年轻的沃纳·海森堡的荒谬想法:“可观测量”
2. 埃尔温·薛定谔离题的波函数 ψ:“概率”
3. 世界的粒子性:“量子”
第二部分
II
1. 态叠加
2. 认真对待ψ:多重世界、隐变量和物理塌缩
3. 接受非决定性
III
1. 世界曾一度让人觉得很简单
2. 相对关系
3. 稀薄而微妙的量子世界
IV
1. 量子纠缠
2. 编织世界关系网的三人舞
3. 信息
第三部分
V
1. 亚历山大·波格丹诺夫和弗拉基米尔·列宁
2. 无实质的自然主义
3. 没有基础?龙树
VI
1. 简单的物质?
2. “意义”是什么意思?
3. 从内部看到的世界
VII
1. 这真的可能吗?
致谢
注释
· · · · · · (收起)

读后感

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用户评价

评分☆☆☆☆☆

老实说,我抱着一种“差不多得了”的心态开始阅读这本书,毕竟很多科普读物最终都会沦为干巴巴的知识堆砌。然而,这本书的行文风格出乎我的意料地轻快和幽默。它不像是在讲解科学,更像是在和一个睿智的朋友闲聊家常,只是这位朋友恰好对宇宙的底层逻辑了如指掌。书中对不同实验的描述简直是精彩绝伦,作者似乎有一种魔力,能把那些抽象的粒子对撞和波函数坍缩描绘成一场场扣人心弦的舞台剧。他没有回避其中的哲学思辨,反而将其提升到了一个可以被大众理解的高度。比如,他对“观察者效应”的探讨,简直让人拍案叫绝,让我开始思考,我们所感知到的世界,究竟有多少是“被创造”出来的?这本书的价值不在于让你成为物理学家,而在于让你成为一个更具批判性思维和更富想象力的思考者。

评分☆☆☆☆☆

我向来对那些过于“煽情”的科普作品敬而远之,总觉得那会稀释掉科学的严谨性。但这本书的处理方式堪称教科书级别。它在保持学术严肃性的同时,展现出一种难得的人文关怀。作者并非高高在上地俯视读者,而是真诚地邀请你一同参与到这场探索的盛宴中。其中关于量子纠缠的类比和比喻,是我读过的所有相关材料中最清晰、最有说服力的。它避免了陷入晦涩的数学泥潭,而是聚焦于概念的本质和它对我们世界观的颠覆性影响。读完后,我不再觉得那些物理定律是冰冷的代码,而更像是一首由自然谱写的、充满韵律和张力的史诗。这本书的深度,足以让专业人士称赞,而它的广度,又足以让初学者感到振奋。

评分☆☆☆☆☆

这本书的结构设计得极为精巧,它并非简单地线性推进,而是采用了螺旋上升的方式,不断地从不同的角度回溯和深化核心议题。我发现,即便是那些我以为已经理解透彻的概念,在后续的章节中总能被赋予新的层次和意义。作者的语言风格沉稳而富有洞察力,用词考究,没有一丝多余的赘述。每一次阅读,都像是在剥开洋葱的又一层外衣,发现更深层的结构。特别是关于信息与物质之间关系的论述部分,简直是为我打开了一扇通往未来科技的大门。它不仅仅是在回顾过去,更是在有力地预示着未来技术革新的方向。对于那些追求深度和严谨性的读者来说,这本书无疑是一份厚礼,它要求你投入全部的注意力,但它所给予的回报,绝对是超乎预期的知识财富和思维的拓展。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧和排版也值得称赞,纸张的质感让人爱不释手,那种沉甸甸的阅读体验本身就是一种享受。内容上,我最欣赏的是作者对“不确定性”所持有的坦然态度。在这样一个追求确定性的时代,这本书勇敢地拥抱了物理学中最根本的模糊性。它展示了科学的魅力,不在于它能提供所有答案,而在于它不断地揭示出我们知识边界的局限性。书中穿插的一些科学史上的轶事,比如爱因斯坦与玻尔之间的那些著名辩论,被描述得充满了智慧的火花和人格魅力,使得整个阅读过程充满了戏剧张力。它让人意识到,科学的进步从来都不是一帆风顺的直线,而是充满曲折、充满怀疑的迭代过程。这本书,真正做到了将硬核知识,转化为一场引人入胜的哲学思辨之旅。

评分☆☆☆☆☆

这本书简直是一扇通往思维新领域的窗户,它没有给我那些晦涩难懂的公式,反而像是一位经验丰富的向导,带着我走过了一段段充满奇思妙想的旅程。作者的叙事功力着实了得,他将复杂的概念巧妙地融入到引人入胜的故事脉络中,让人在不知不觉中领悟了那些原本遥不可及的物理学原理。我尤其欣赏他对历史背景的勾勒,那些科学巨匠们在探索真理过程中所经历的挣扎、兴奋与顿悟,都被描绘得栩栩如生。读完之后,我感觉自己对“真实”的理解都产生了一丝微妙的动摇——我们习以为常的宏观世界,在更深层次上,竟是如此的飘忽不定和充满概率。这不是一本让你死记硬背的教科书,而是一次深刻的心灵洗礼,它挑战了你对既定事实的固有认知,让你开始用一种全新的、充满好奇的眼光审视周围的一切。那种醍醐灌顶的感觉,至今难以忘怀。

评分☆☆☆☆☆

卡洛·罗韦利新书即将上市~~从量子纠缠到多重宇宙,经典物理世界崩塌后,以量子理论重新阐释我们如何存在于宇宙之中。

评分☆☆☆☆☆

遇事不决,量子力学。 作者全方面解释了这个梗的实用性以及存在意义,几乎每一章节都要喊句——量子力学就是最吊的! ! ! 当然,量子力学吊不吊有待商榷。但他论证“量子力学很吊”的这个过程,我还蛮喜欢的,各种旁征博引+丝滑的逻辑+富于诗意的语言。 里面还有一些显见的真理,看完了会补个长评。

评分☆☆☆☆☆

遇事不决,量子力学。 作者全方面解释了这个梗的实用性以及存在意义,几乎每一章节都要喊句——量子力学就是最吊的! ! ! 当然,量子力学吊不吊有待商榷。但他论证“量子力学很吊”的这个过程,我还蛮喜欢的,各种旁征博引+丝滑的逻辑+富于诗意的语言。 里面还有一些显见的真理,看完了会补个长评。

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遇事不决,量子力学。 作者全方面解释了这个梗的实用性以及存在意义,几乎每一章节都要喊句——量子力学就是最吊的! ! ! 当然,量子力学吊不吊有待商榷。但他论证“量子力学很吊”的这个过程,我还蛮喜欢的,各种旁征博引+丝滑的逻辑+富于诗意的语言。 里面还有一些显见的真理,看完了会补个长评。

评分☆☆☆☆☆

遇事不决,量子力学。 作者全方面解释了这个梗的实用性以及存在意义,几乎每一章节都要喊句——量子力学就是最吊的! ! ! 当然,量子力学吊不吊有待商榷。但他论证“量子力学很吊”的这个过程,我还蛮喜欢的,各种旁征博引+丝滑的逻辑+富于诗意的语言。 里面还有一些显见的真理,看完了会补个长评。