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出版者:W.H.Freeman & Co Ltd

作者:David Becker

出品人:

页数:502

译者:

出版时间:1992-5

价格:0

装帧:Paperback

isbn号码:9780716722748

丛书系列:

图书标签:

• 化学
• 普通化学
• 大学教材
• 科学
• 化学原理
• 化学反应
• 物质结构
• 化学键
• 热力学
• 化学动力学

《量子之舞：微观世界的编年史》 一、 引言：超越可见的疆域 人类对自然世界的探索从未止步，从宏观的星辰运转到微观的粒子碰撞，我们渴望理解构成万物的基本法则。《量子之舞：微观世界的编年史》并非一本介绍经典化学基础的教科书，它是一部深入探讨二十世纪初物理学革命性突破——量子力学——如何彻底颠覆我们对物质、能量和实在本质认知的史诗。本书旨在带领读者穿越时间的长廊，重温那些孕育出原子核外电子概率云、能量量子化和波粒二象性等颠覆性概念的学术风暴，重点关注那些构成现代物理学基石的理论框架和实验验证，而非传统化学中的元素周期表或化学计量学。 二、 黑暗中的火花：从黑体辐射到普朗克常数 故事始于十九世纪末，经典物理学的“两大乌云”之一——黑体辐射问题。本书将详尽回顾马克斯·普朗克在试图解释黑体辐射谱线时所采取的激进步骤：假设能量是以不连续的“量子”形式发射和吸收的。我们不仅会深入分析普朗克的推导过程，对比其与瑞利-金斯定律的根本区别，更会探讨普朗克本人对这一“权宜之计”的矛盾心态。这部分内容将精确描绘科学范式转变的初期阶段，强调数学模型如何被推向前沿，迫使理论家不得不接受一个反直觉的现实：能量不再是河流，而是散落的石子。 三、 光的粒子性显现：爱因斯坦与光电效应 紧接着，我们将聚焦于阿尔伯特·爱因斯坦如何利用普朗克的量子假设，在1905年成功解释了光电效应的实验现象。本书将详细剖析光电效应的三个关键实验事实——截止频率、光电流与光强度的关系、以及光电子的能量与频率的线性关系。这些观察结果是经典波动理论无法解释的。读者将看到，爱因斯坦如何大胆地宣称光本身就是能量的粒子——光子。我们不仅会重述爱因斯坦的论文逻辑，还会通过详细的案例分析，展示如何利用光子能量公式 $E=h u$ 来计算特定金属的逸出功，从而巩固光子概念在物理学中的地位。 四、 稳定的悖论与原子的重构：波尔模型及其局限 经典物理学认为，绕原子核高速运动的电子会不断辐射能量，最终螺旋坠入原子核，导致物质的不稳定。本书将用大量篇幅探讨尼尔斯·波尔如何巧妙地“嫁接”普朗克和爱因斯坦的量子概念，提出了革命性的原子模型。我们将细致考察波尔模型的三大基本假设：定态假设、频率条件和角动量量子化。通过对氢原子光谱线（特别是巴尔默系）的精确计算，展示该模型如何成功解释了分立的发射谱线。然而，本书的深度分析也将指出波尔模型的局限性，例如它无法解释多电子原子的光谱、斯塔克效应，以及其半经典处理方式的内在矛盾。 五、 德布罗意的大胆猜想与波粒二象性的确立 十九世纪末期，光被确认为波和粒子；二十世纪初，电子也被证明具有粒子性。路易·德布罗意在1924年的博士论文中提出了一个惊人的对偶性：既然光具有粒子性，那么物质粒子（如电子）是否也应该表现出波动性？本书将阐述德布罗意波长的概念 $lambda = h/p$，并着重介绍戴维孙-革末实验如何通过电子束在镍晶体上的衍射图案，无可辩驳地证实了电子的波动性。这部分内容将清晰地勾勒出“波粒二象性”这一核心量子概念的完整确立过程，强调了物理实在的深刻非直观性。 六、 薛定谔的“内在方程”与矩阵力学的双生子 量子力学的成熟标志着一次理论上的飞跃。本书将对比两种形式截然不同的量子力学表述：维尔纳·海森堡的矩阵力学和埃尔温·薛定谔的波动力学。我们将详细介绍薛定谔方程，将其视为描述量子态随时间演化的核心微分方程 $hat{H}psi = ihbar frac{partial psi}{partial t}$。我们不会深入进行复杂的偏微分方程求解，但会着重解释波函数 $psi$ 的物理意义——特别是马克斯·玻恩提出的概率解释，即 $|psi|^2$ 代表在特定时空点找到粒子的概率密度。同时，也将阐述矩阵力学如何通过处理无限维的算符矩阵，在数学上达到了与波动力学完全一致的物理预测能力，从而展现了早期量子理论的内在和谐。 七、 不确定性的阴影：海森堡的根本限制 概率性不仅体现在波函数的振幅上，更深入到测量行为本身。本书将详尽解析海森堡不确定性原理 $Delta x Delta p_x geq hbar/2$。我们将超越简单的数学公式，探讨其背后的物理根源——测不准原理并非是由于测量工具的精度不足，而是物质固有的、不可避免的内在属性。通过对诸如“能量-时间不确定性关系”的介绍，本书揭示了在极短的时间尺度内，粒子可以“借用”能量而不被察觉的量子涨落现象，这为理解粒子衰变和虚粒子对的产生提供了理论基础。 八、 电子的身份与角动量的量子化：斯彼努姆与泡利不相容原理 为了解释碱金属光谱的精细结构以及原子结构中电子的排布，沃尔夫冈·泡利引入了革命性的“不相容原理”。本书将解释，为了满足该原理，电子必须具有一个内在的内禀自由度——自旋（Spin）。我们将介绍乔治·乌伦贝克和萨缪尔·古兹密特对电子自旋的引入，并阐述自旋角动量如何被量子化（$pm hbar/2$）。这一原理的意义远超原子结构本身，它成为了理解元素周期表、化学键的稳定性和固体物理性质的基石，强调了费米子与玻色子在宇宙中的根本区别。 九、 量子力学的哲学冲击与哥本哈根诠释 量子力学的诞生引发了物理学界长达数十年的哲学论战。本书最后将回顾玻尔、爱因斯坦等巨匠围绕“实在的本质”展开的著名论战。重点分析哥本哈根诠释的核心观点：叠加态、波函数坍缩以及观察者在定义物理实在中所扮演的角色。通过分析EPR佯谬（爱因斯坦-波多尔斯基-罗森佯谬）和贝尔不等式，本书将展示量子纠缠如何挑战了定域实在论，为现代量子信息科学埋下了思想的种子。本书旨在展示，量子力学不仅是描述微观粒子的工具，更是对我们关于“客观实在”概念的一次根本性重塑。 总结 《量子之舞：微观世界的编年史》是一部致力于深度挖掘量子力学理论基础、关键实验验证以及深刻哲学内涵的著作。它聚焦于从普朗克到薛定谔时代的物理学突破，精确阐述了能量量子化、波粒二象性、不确定性原理以及波函数概率解释等核心概念，为读者提供一个清晰、严谨且充满历史厚重感的微观世界图景。本书内容与经典化学中关于宏观反应、热力学平衡或分子键合的书籍主题完全不同，它专注于物理学的革命性基础构建。

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说实话，这本书的装帧和排版有点“老派”，初次拿到手时，我甚至有些怀疑它是否能跟上现代化学教学的步伐。然而，一旦翻开正文，所有的顾虑都烟消云散了。这本书的强项在于其无与伦比的“连贯性”。很多化学教材往往将无机、有机、物理化学割裂开来，让你感觉它们是三个独立的学科。但这本书的作者似乎有一种魔力，他总能找到一条看不见的线索，将元素性质的周期性变化与溶液中的反应速率，再到有机物的功能团反应，串联起来。这让我对整个化学体系建立起了一个宏大且统一的认知框架。例如，当讲到酸碱理论时，书中不仅回顾了布朗斯特-洛里酸碱的定义，还自然而然地引申到了路易斯酸碱理论，并且用一些具体的催化反应案例来佐证，这样的深度和广度，是很多同类书籍难以企及的。

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这本书的阅读体验非常“个性化”，它似乎在邀请读者进行一场主动的思考探险，而不是被动地接受信息灌输。我特别喜欢它在引入新概念时所采用的“质疑式”引导方法。它常常不是直接告诉你“这是什么”，而是先抛出一个日常生活中观察到的现象（比如铁为什么会生锈，肥皂为什么能去污），然后带领你一步步拆解现象背后的化学机制，直到最终揭示出那个深层的化学定律。这种“提出问题——分析问题——解决问题”的结构，极大地锻炼了我的批判性思维和解决问题的能力。虽然有些地方的论述非常深入，需要反复阅读才能完全理解，但正是这种挑战性，使得每当你攻克一个难点时，都会获得巨大的成就感。对于那些渴望不仅仅是“知道”化学知识，而是真正想“理解”化学的读者来说，这本书无疑是上乘之选。

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我是一个工作了几年后，重新拾起专业知识的职场人士。我急需一本能够快速帮我“复习”和“更新”知识体系的书籍。这本书在满足这个需求方面表现得极其出色。它没有过多纠缠于那些我大学时代就烂熟于心的基础概念，而是将笔墨集中在了那些现代化学中应用广泛的前沿概念上，比如计算化学在基础问题中的初步应用，以及一些新兴的材料化学的启蒙性介绍。更赞的是，作者非常注重将理论与现实世界的应用相结合。书后的“案例研究”部分，我印象尤其深刻，它用非常简洁的语言描述了化学原理是如何被应用到工业生产和日常生活中的，这极大地激发了我对这门学科重新燃起的热情。读这本书，感觉自己不是在做题，而是在与一位对世界充满好奇心的智者对话，共同探索物质的奥秘。

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我花了将近两个月的时间啃完了这本巨著，坦白说，它的深度和广度确实超出了我的预期。这不是那种只停留在表面概念的科普读物，它更像是一本严谨的学术参考书，但又巧妙地保持了足够的阅读流畅性。我特别欣赏作者在处理热力学和化学平衡这些核心章节时的细腻。他没有急于抛出复杂的数学推导，而是先用清晰的逻辑梳理了基本原理背后的物理意义，这一点对于我这种偏爱理解“为什么”而非仅仅是“怎么做”的读者来说，简直是太重要了。书中的例题设计也非常巧妙，难度循序渐进，从简单的计算题到需要综合运用多个知识点的应用题，每一步都充满了设计感。我已经把这本书当成了我案头常备的工具书，时不时会翻阅回去查找那些关键的定义和公式的推导过程，每次回顾都有新的收获。对于那些准备考研或者希望在化学领域打下扎实基础的研究生来说，这本书的价值是不可估量的。

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这本书简直是化学学习的“救星”！我一直觉得化学这门学科特别抽象，那些复杂的公式和理论总是让我望而却步，读完这本书，感觉豁然开朗。作者的叙述方式非常生动，仿佛一位经验丰富的老师在旁边手把手地为你讲解，而不是冷冰冰地堆砌知识点。尤其是在讲解原子结构和化学键的部分，作者运用了大量的类比和图示，让那些原本晦涩难懂的概念变得具体可感。我记得以前对着元素周期表发愁，根本不知道那些元素之间有什么内在联系，读了这本书后，我能清晰地看到它们之间的演变规律和相互制约关系。更让我惊喜的是，书中不仅涵盖了基础的无机化学，对有机化学的入门介绍也做得非常到位，为我后续深入学习打下了坚实的理论基础。对于任何想要系统性地掌握化学基础知识的初学者来说，这本书绝对是首选，它真正做到了化繁为简，让化学不再是遥不可及的学科。

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