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『簡體書』再探量子力学基本原理

書城自編碼: 3838937
分類: 簡體書→大陸圖書→自然科學力学
作者: 顾逸铭
國際書號(ISBN): 9787512053410
出版社: 线装书局
出版日期: 2023-01-01

頁數/字數: /
書度/開本: 16开 釘裝: 平装

售價:NT$ 347

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編輯推薦:
本书是作者数十载教授量子力学、电动力学、数理方法等物理学科的领悟和思索的结果。它是一本关于量子力学基本原理的科普书。适合于物理学界、哲学界参考。尤其是为物理专业和与物理相关的专业学生参考。也是向大众介绍量子力学基本原理其物理思想的啓蒙书。
內容簡介:
本书是关于量子力学基本原理的科普书,介绍了从实验现象到量子力学基本原理的提出和其基本方程一薛定谔方程的赫赫功绩,是中学生,大学生学习物理思想的辅助敎本。
本书也是一本论文性的思想著作。介绍了爱因斯坦团队与玻尔哥本哈根学派间围绕量子力学基本原理所展开的争论,物理思辨的交锋。作者从自己敎授量子力学多年的思索中,得到啓发,有理有据的提出了自己的观点。对目前流行的量子力学基本原理作一重要补充,以此來调和至今的百年之争。由作者的观点,既支持玻尔主流学派的论点,又维护了爱因斯坦的信仰——微观世界也是客观实在的、可以描述的实在论哲学观。
關於作者:
顾逸铭,1963 年毕业于浙江大学物理系,相继任教于华南师范大学和华东师范大学至退休。追寻真善美是作者的座右铭,真——事物的真谛,善——人间的友爱,美——美好生活。
目錄
目录
第一章 微观物质体系的实验现象观察和波粒二象性… … 001
第一节 光(或电子) 的双缝干涉衍射现象… …………………001
第二节 光波的量子性实验现象… ………………………………005
一、普朗克的量子假设……………………………………… 005
二、爱因斯坦的光电效应…………………………………… 007
三、康普顿Compton 的散射效应… ……………………… 009
第三节 实物粒子的波动性和波粒二象性… ……………………011
第二章 量子力学的诞生… ………………………………… 014
第一节 薛定谔方程的建立… ……………………………………015
第二节 薛定谔方程初试锋芒 硕果不凡… ……………………016
一、能量的量子化…………………………………………… 016
二、光电效应的解释………………………………………… 017
三、原子结构的稳定性和化学元素周期性表……………… 018
四、原子的特征光谱线……………………………………… 021
五、氢原子的能级和电子状态波函数……………………… 023
六、隧道效应和原子核衰变………………………………… 026
七、激光原理简介…………………………………………… 030
第三节 量子力学原理的基本假设… ……………………………032
第三章 爱因斯坦阵营与玻尔哥本哈根阵营的论战… …… 037
第一节 波函数Ψ 的物理意义?… ……………………………037
第二节 玻尔哥本哈根阵营成员玻恩赋予波函数Ψ 的
    概率解释… ………………………………………………040
第三节 二大阵营的论战… ………………………………………041
第四节 裁判员贝尔不等式… ……………………………………076
第四章 论战的问题症结和解决途径… …………………… 082
第一节 论战的问题症结… ………………………………………082
第二节 “和平使者”的调和剂和一些问题的诠释… …………084
一、薛定谔波动方程中虚数i 的物理意义和物质波的
  提出……………………………………………………… 084
二、波粒二象性和测量新释………………………………… 085
三、双缝干涉衍射现象解释………………………………… 086
四、量子跃迁图像…………………………………………… 088
五、评“薛定谔猫”… ……………………………………… 089
六、量子纠缠现象不是“幽灵”的作用,量子世界是
  客观现实并可以描述的世界…………………………… 090
七、微观世界与宏观世界间没有不可逾越的鸿沟………… 091
第五章 因果论… …………………………………………… 093
第六章 偶想随笔不是多余的话… ………………………… 099
第一节 量子纠缠是“全同性”量子间的特有现象;
    决不要误认为是任意粒子间都可能有的现象… ………099
第二节 量子保密通信卫星… ……………………………………101
第三节 量子计算机… ……………………………………………102
第四节 夸克禁闭与大型量子对撞机… …………………………103
第五节 何谓“真空不空”… ……………………………………106
第六节 “多维世界”和“平行宇宙”… …………………………108
一、多维世界………………………………………………… 108
二、平行宇宙………………………………………………… 110
后 记… ……………………………………………………… 111
参考文献… …………………………………………………… 114
附件一 波粒二象性新释——波的测量并缩及其…
    实验验证设想… …………………………………… 115
附件二 The Wave-Particle Duality and the Problem …
    of Measurement… ………………………………… 125
附件三 波粒二象性和测量新释——揭示量子幽灵的…
    真实面目… ………………………………………… 133
內容試閱
前言
经典力学自牛顿开创以来几百年,大至宇宙天体日月星系运动,小至凡是肉眼所见的物体运动,无不在经典力学掌控之中。万物循道。探月飞船工程的实施,星际航行的展望,全赖经典力学( 包含相对论) 所揭示的宏观物体运动规律,决定论的支配。
一尺之杆,日取其半,能万世不竭吗?换言之,物质是否无限可分?为什么?若非无限,那么,分至极限其性质将如何?进入微观世界,物质运动的变化规律将是怎样的?现有的经典宏观力学能否管辖它?这量变形成的质变,有没有鸿沟?
掌控微观世界的量子力学,自20 世纪20 年代诞生至今也已百年。它作为现代科学技术二大支柱之一,成就显赫,连人们的日常生活都与之密切相关。可是,人们对其基本原理的认识却始终存在疑惑并争论不息。诸如光子、电子等微观体系的波粒二象性,就深深地困扰着几代物理学家。不清楚物质的基本形态到底是什么样子,在人们的头脑里应记住电子什么样的图像:是颗粒状“粒子”,还是弥散状的“物质波”?描述微观体系状态的波函数Ψ( 读音Psi) 其物理意义到底是什么?
由爱因斯坦与玻尔各自为首的二大科学阵营,为此争论了数十载而未果。以玻尔、海森堡为代表的哥本哈根学派认为,科学关注的只是可观察的事物;对微观客体的行为,不可能同时作完整的形象化描述;不可能确定它与观察现象方式无关的属性,不能用形成知觉的空间时间概念来描写。“波”和“粒子”二字眼只是我们用日常语言作的类似比喻。恰当描述只能用抽象的数学语言来全面表达。因此,波函数只是计算工具而言。目前主流的看法是它只具有概率的意义,没有客观实在性。以爱因斯坦为代表的一些科学家,则始终反对仅满足于概率的解释。认为自然界必然有其决定论式的描述。微观客体作为一个实在体,一定能对其做出不依赖于观测条件的精确而合理的客观描述。有句名言“上帝是不会掷骰子的”,统计性预言只不过是量子理论不完备,应该由现在人们还不知道的某些因素(隐変量)来确定。就是连量子力学基本方程的创立者薛定谔也居然站在创立量子力学基本原理的哥本哈根派对立面,附和爱因斯坦,并提出有名的“薛定谔猫”思想实验来质疑玻尔哥派的思想精神。
诺贝尔奖得主费曼感慨地说,“……当今世界上,没有一个人是真正懂得量子力学的”。1935 年,爱因斯坦、波多尔斯基和罗森合写了一篇文章《能认为量子力学对物理实在的描述是完备的吗?》。他们从定域实在论的观点出发,提出一个思想实验,用来对量子力学质疑:要么量子力学对物理实在的描述是不完备的,要么存在着一种瞬时的超距作用。这就是众所周知的EPR 佯谬。也就是量子纠缠现象的疑惑。
20 世纪70 年代初至80 年代,相继完成十二个关于“远隔离”粒子量子关联实验。结果表明量子力学的预言是正确的。EPR 关联(即量子纠缠)确实存在。从而不得不要在非实在论或非定域性二者中做出痛苦的选择。若选择前者,那将会动摇整个物理学大厦,是最不愿意的;若
选择后者,将把量子论放在与相对论对立的地位。由此震惊了物理学界和哲学界。
产生诸如:真的存在超距作用,与相对论不相容?物质世界是否客观存在?月亮在我不看到它时存在不存在?等等一系列问题。在随后数十年来,国内外不乏追求真理的科学家在苦苦探索着这量子力学原理中微观物质世界的奥秘,孜孜不倦地埋首实验,以验证哥派精神与爱氏信仰究竟谁是谁非。以光量子体系为标的物的实验,技术上较成熟,重复性也好,发展迅猛。
2016 年,“墨子号”量子保密通信卫星的上天,使量子的纠缠“幽灵”回荡在天空,展现于人们视界中。二个已分离很远的量子系统,当真有鬼魅般的相互联系?由量子力学原理,无论它们相隔多远,甚至是星系间隔,只要测量一方,另一方瞬间就能做出反应!这种超光速的影响作用,科幻般的不可思议,深深地困扰着人们的认知。也激发起人们无限的想象和思考。什么多维世界、平行宇宙、人的意识对观察的作用、世界是否实在、人的灵魂是否存在、由纠缠现象,能否使物体甚至人作为实体瞬间送达遥远的星球上?等等各种奇思异想纷纷兴起。真是百家争鸣,各说其是。
物理学的科学真理,是从客观的实验现象事实中总结归纳出合乎逻辑的科学规律。它能接受时间的考验,人们实践的检验。
围绕量子力学基本原理的百年争论,似乎已不是对理论做再深入的探究和依赖新的数学工具出现,而是人们认知方式的诠释。汇聚在二大科学阵营中的成员,都是些聪慧绝顶的科学精英,都是思维敏锐、学术严谨的佼佼者。两派各自提出的论证都有合理性,但都说服不了对方。微观物质体系在运动过程中的波动性现象和实验观察结果是铁一般的事实,结论无可非议;而微观物质体系在受到观察测量时,呈现的量子化颗粒性质也是事实。正因为是量子化的,才有了量子力学。但是“波”和“粒子”恰是两个对立的不可调和的概念。哥派精神的概率解释,其实质隐喻着微观体系是以“颗粒”形式为前提,方有“概率出现”之解释;而爱氏的信仰,主张客观实在性、定域性,显然是默认微观物质体系的“粒子”性。
我思考着,是否有可能是双方出发点的方向上不对所致不能调解?因此,有必要我们重新审视量子力学由实验现象到建立的思路历程,细察每一关键处,思索问题的症结会在哪里。
我是一个教师,职业性要求我向学生授课能有一个较满意的交代;专业性要求我自己多问一个为什么,以探究事物的真谛。本人曾于1991年在国际刊物Physics essays 发表题为《波粒二象性和测量问题》( 译成的中文名) 一文。尝试扮演和事佬来化解双方争论。值此围绕量子力学基本原理的纷争和质疑,若能有一本通俗易懂的介绍量子力学基本原理的科普书籍,是非常有必要的。本着求索真理的宗旨,从实验现象和事实出发,究其实质和本源。于观察和思考中,展开量子力学基本原理的正统解释和围绕原理二大阵营的观点论战。为求真谛百家争鸣。
本书既可为物理学界、哲学界参考,又可作为物理专业和与物理相关的专业学生的参考书。对大众也是关于量子力学基本原理其物理思想的启蒙书,辅助教材本。

 

 

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