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出版者:

作者:Hendelman, Walter J./ Humphreys, Peter/ Skinner, Christopher

出品人:

页数:312

译者:

出版时间:

价格:724.00 元

装帧:

isbn号码:9781420045970

丛书系列:

图书标签:

• 神经科学
• 整合神经系统
• 神经生理学
• 神经解剖学
• 感觉系统
• 运动系统
• 自主神经系统
• 神经回路
• 大脑功能
• 神经可塑性

好的，以下是一本名为《量子纠缠与时空结构》的图书简介： --- 《量子纠缠与时空结构》 作者： 亚历山大·冯·霍夫曼 出版社： 普鲁士科学出版社 字数： 约 480,000 字 定价： 85.00 欧元 内容概要 本书是当代理论物理学领域内一部里程碑式的专著，深入探讨了量子纠缠这一深刻现象与宏观时空几何结构之间的内在关联。作者亚历山大·冯·霍夫曼教授，凭借其在量子信息论和广义相对论交叉领域的深厚造诣，构建了一个跨越尺度、联系微观与宏观的全新理论框架。全书旨在揭示：我们所感知的时空连续性，是否可能源于底层量子信息处理的某种基本结构，以及纠缠如何充当连接这两者的“粘合剂”。 全书结构宏大，逻辑严谨，从量子力学的基本公设出发，逐步引入高维希尔伯特空间中的张量网络态、量子信息熵的几何解释，并最终推导至对爱因斯坦场方程的修正性理解。本书不仅是物理学家的案头工具书，也是对现代宇宙学和量子引力领域持有深刻思考的读者的必备读物。 详细章节导览 本书共分为七个主要部分，辅以两个重要的附录。 第一部分：纠缠的代数拓扑基础 (The Algebraic Topology of Entanglement) 本部分奠定了全书的数学基石。作者首先回顾了量子力学的状态空间表示，重点分析了密度算符代数与冯·诺依曼熵的性质。关键在于引入了“纠缠度量张量”（Entanglement Measure Tensor, EMT），这是一个在多体系统中描述信息关联强度的张量函数。 1.1 希尔伯特空间上的张量分解与纠缠态的结构分类： 详细阐述了Schmidt分解、Purification方法在识别最大纠缠态中的应用。 1.2 信息熵与拓扑不变量的关联： 探讨了Bekenstein-Hawking熵的量子信息论起源，并将量子相变视为拓扑性质的突变点。 1.3 纠缠网络的代数拓扑嵌入： 首次提出了将任意量子态嵌入到特定代数拓扑结构中的方法，为后续的时空构建提供了离散化的模型。 第二部分：从信息到几何：Ryu-Takayanagi猜想的深化 此部分集中于将量子信息论中的“面积定律”提升至更具几何构造性的层面。作者并未止步于 AdS/CFT 对应中的初步成果，而是尝试将其推广至更一般的时空背景，特别是具有非平凡拓扑结构的背景。 2.1 最小曲面与量子信息流： 重新审视了 Ryu-Takayanagi (RT) 公式，并提出了一种动态的 RT 修正项，该修正项依赖于系统随时间演化的纠缠熵梯度。 2.2 量子误差修正码与时空几何的编码： 深入分析了 MERA (Multi-scale Entanglement Renormalization Ansatz) 结构如何自然地生成具有特定曲率的离散时空晶格。 2.3 非平凡拓扑与纠缠的非局域性： 分析了在虫洞和扭结（Knots）时空中，纠缠如何跨越拓扑屏障维持其关联性。 第三部分：引力的量子信息源 (The Quantum Information Source of Gravity) 这是本书最具原创性的部分之一。作者主张，引力场方程（爱因斯坦场方程）并非基础定律，而是由底层纠缠动力学所涌现出的有效场论。 3.1 描述时空弯曲的“信息张力”： 定义了“信息张力”（Information Tension），它被描述为单位体积内，因纠缠态非均匀分布而产生的对时空结构施加的力。 3.2 能量-动量张量的量子信息重构： 展示了如何从纠缠熵的二阶变分中，重构出标准模型中能量-动量张量的有效形式。 3.3 霍夫曼-李“纠缠驱动”方程： 提出了一组新的动力学方程，取代了爱因斯坦方程的某些方面，它描述了物质和能量（被视为局部信息坍缩）如何通过改变背景纠缠结构来驱动时空演化。 第四部分：黑洞热力学与信息防火墙的再考察 利用前文建立的框架，本部分重新审 Lyons 黑洞信息悖论和防火墙问题。作者认为，纠缠结构在视界附近的行为是解决悖论的关键。 4.1 视界周围的“纠缠边界条件”： 提出了在事件视界处，量子态必须服从的特定边界条件，该条件保证了信息守恒。 4.2 软毛的纠缠起源： 将黑洞表面的“软毛”解释为由视界附近极端曲率导致的纠缠模式的拓扑固化。 4.3 辐射过程中的纠缠转移： 详细模拟了霍金辐射过程中，新旧纠缠对的生成与分离，揭示了信息是如何“流出”的。 第五部分：量子引力中的因果结构 (Causality in Quantum Gravity) 传统广义相对论中的因果性依赖于类光锥结构。在本章中，作者探讨了在量子涨落主导的尺度下，因果性的定义如何被纠缠所调制。 5.1 局域实在性与纠缠延迟： 分析了非局域纠缠如何模糊了事件发生的时间顺序。 5.2 量子因果集（Causal Set）与纠缠连接： 将纠缠视为构建离散因果集的基本连接，并讨论了这种连接如何决定了宏观时间的流逝方向。 5.3 闭合类时曲线 (CTC) 的量子约束： 论证了强烈的、宏观尺度的负能量密度（可能与某些极端纠缠态有关）在生成 CTC 方面所受到的基于信息论的严格限制。 第六部分：宇宙学中的纠缠与暗能量 本书将视角拉升至宇宙学尺度，探讨了早期宇宙的暴胀阶段与暗能量的本质。 6.1 宇宙背景的“基态”纠缠： 认为宇宙大爆炸后的初始状态并非真空，而是一种具有特定拓扑结构的、极高密度的纠缠态。 6.2 膨胀驱动力的信息起源： 提出暗能量的负压效应，可能源于宇宙尺度上不断寻求最小化总纠缠熵的趋势，即宇宙在“解开”其初始的超纠缠状态。 6.3 宇宙微波背景（CMB）的非高斯性与纠缠信号： 提供了分析 CMB 涨落数据中寻找特定纠缠特征的理论工具。 第七部分：实验验证与未来方向 最后一部分着眼于如何将这些高度抽象的理论转化为可检验的物理学预测。 7.1 纠缠耗散在引力场中的效应： 提出了在强引力场（如中子星或快速旋转黑洞附近）测量量子系统相干性退化的实验方案。 7.2 引力子与纠缠对的耦合： 探讨了理论上引力子（作为时空几何的量子载体）如何与粒子对的纠缠态发生微弱但可测量的耦合。 7.3 几何化量子计算的展望： 设想了利用时空曲率来增强量子比特间相互作用的未来计算模型。 读者对象 本书主要面向高年级研究生、博士后研究人员、理论物理学家、数学物理学家以及对量子引力、量子信息和前沿宇宙学有深厚兴趣的专业人士。阅读本书需要具备扎实的量子场论、广义相对论以及高等数学（微分几何、代数拓扑）基础。 ---

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这本书的版式设计也值得称赞，虽然内容密度很高，但通过精心排版的图表和逻辑清晰的小标题，有效地减轻了阅读疲劳。最让我印象深刻的是作者对“学习与记忆”的重新定义。他摒弃了传统的单一存储模型，转而采用了一种基于网络重塑的动态观点。他详细阐述了突触可塑性如何在大规模的神经集群中体现为持久性的结构变化，以及这种变化如何编码了我们对世界的理解。在讨论长期增强作用（LTP）时，他没有陷入晦涩的分子生物学细节，而是将其上升到信息处理效率优化的层面，这使得即使是非生物学背景的读者也能把握其核心意义。阅读过程中，我时常会产生一种“啊哈！”的顿悟时刻，仿佛一直以来模糊的概念突然变得清晰锐利。这本书不仅仅是在描述神经系统是如何运作的，它更像是在教授一种看待世界、理解信息处理的底层逻辑，其思想的穿透力是持久而深远的。

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这本书的封面设计简洁却引人注目，那种深邃的蓝色调仿佛能将你瞬间拉入一个充满未知的神经科学世界。我拿起它的时候，首先吸引我的是作者行文的节奏感。他似乎深谙如何将复杂的概念用最直白、最富有人情味的方式娓娓道来。我尤其欣赏他对大脑皮层结构变异性的探讨，那部分内容完全颠覆了我过去对“标准大脑”的刻板印象。书中对感觉输入如何被实时整合并转化为行动决策的描述，简直像一出精妙的交响乐，每一个声部，即每一个神经通路，都在精确的时间点上奏响。读到关于镜像神经元如何促进同理心形成的那一章时，我甚至停下来，反复咀嚼那些精妙的比喻——他将神经元比作“微观世界的建筑师”，细致地勾勒出它们如何从无序的信号中构建出意义连贯的现实感。那种阅读体验，与其说是学习，不如说是一种心灵的探险，每翻过一页，都像是点亮了一个长期困扰我的认知盲区。我感受到了作者对科学的敬畏与热爱，这份热情通过每一个精心构建的句子传递出来，让人忍不住想一口气读完，又舍不得那么快结束这场智力盛宴。

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说实话，这本书的深度绝对超出了我最初的预期。我本以为会是一本偏向科普入门的读物，结果发现它更像是一部深入前沿研究的专业参考书，但更重要的是，它成功地跨越了学科的壁垒。作者在讨论运动控制的章节中，巧妙地引入了控制论的视角，将生物系统的反馈机制与工程学模型进行了惊人的类比。这种跨学科的融合处理，极大地拓展了我的思维框架。特别是关于小脑在时序预测中的作用那一节，作者没有满足于简单的功能描述，而是深入剖析了其内部的计算模型，展示了时间感是如何被“算”出来的。我常常需要停下来，拿出笔和纸，试图在脑海中重构他描述的那些复杂的网络连接和信号流。这不仅是对知识的吸收，更是一种智力上的挑战与重塑。我尤其欣赏作者那种不回避复杂性的勇气，他没有为了迎合大众而稀释核心理论的严谨性，而是选择用清晰的逻辑链条，引导读者一步步走入那片幽深的研究腹地。对于那些渴望真正理解神经系统“工作原理”而非仅仅了解“皮毛知识”的读者来说，这本书无疑是宝藏。

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这本书的叙事风格如同一个经验丰富的临床医生在向他的学生讲解病例，充满了洞察力和恰到好处的幽默感。它不像某些教科书那样冰冷干燥，反而充满了生命力。作者在描述神经退行性疾病时，那种同理心和对患者病痛的深刻理解跃然纸上，让人在学习机制的同时，也感受到了科学的人文关怀。我特别喜欢他对于“意识的涌现”这一宏大命题的探讨。他没有试图给出一个武断的终极答案，而是非常审慎地梳理了从全局神经振荡到信息整合理论的几条主流假说，然后巧妙地将这些理论与临床观察结合起来。读到这里，我感觉自己仿佛坐在一个充满智慧的导师面前，他耐心地为你剥开层层迷雾，让你看到理论背后的不确定性和探索的乐趣。这种“带着镣铐跳舞”的写作技巧，使得即便是最抽象的神经生理学概念，也变得触手可及，充满了哲学思辨的魅力。这本书真正做到了寓教于乐，但这里的“乐”是智识上的愉悦。

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如果你是那种习惯于被喂养知识的读者，这本书可能会让你感到有些吃力，因为它更像是一份邀请函，邀请你加入到一场智力上的“解谜游戏”。作者的行文逻辑是高度结构化的，每一个章节都不是孤立的，而是像乐高积木一样层层堆叠，构建出一个宏伟的系统图景。我尤其关注他对自主神经系统调节的论述，那部分内容极其细致地描绘了交感和副交感系统之间微妙的动态平衡，这种平衡不仅关乎生理健康，更直接影响着我们的情绪反应和压力耐受能力。书中所引用的案例研究，往往是那些极具启发性的、非典型的病例，它们迫使读者跳出常规的思维定势。例如，书中对某一罕见脑损伤患者的分析，清晰地展示了某个特定脑区功能受损后，其他代偿机制是如何被激活的。这种“故障排除”式的叙事方法，极大地增强了理论的可信度和实用价值，让我对人体的适应性有了全新的认识。

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