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沙灘上的薛丁格,生活中的量子力學

沙灘上的薛丁格,生活中的量子力學

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9789570532807
查爾斯•安托萬
林承賢
台灣商務
2020年9月05日
127.00  元
HK$ 107.95  






ISBN:9789570532807
  • 叢書系列:THALES
  • 規格:平裝 / 256頁 / 14.8 x 21 x 2.1 cm / 普通級 / 雙色印刷 / 初版
  • 出版地:台灣
    THALES


  • 自然科普 > 物理/化學 > 概論

















    法國物理教授講解量子力學

    法文直譯台灣繁體中文版本



    讓文科生也能看懂微觀世界中的物理學

    16張插圖幫助理解抽象的量子力學



      還以為量子科技離我們很遠嗎?

      量子力學已發展出影響日常生活的半導體、網路科技和通訊工具:

      GPS、核能、太陽能、磁浮列車、雷射手術、醫學影像等。

      微軟、G20、Google、IBM、Intel更競相發展量子電腦,

      世界正為未來的量子資訊科學做準備。



      在量子的世界裡,萬物只是機率和波動、振動和能量的結合;

      貓可以維持半死半活的狀態、物體可以同時存在兩個位置、

      輪子能同時順時針與逆時針轉、還能從A點瞬間移動到B點。

      量子的不確定性與隨機性,在測量的當下便創造了無數個平行宇宙!



      量子力學不僅更新理論與科技,

      還有更多未知的領域與應用等著被啟動。



      量子力學如何改變我們的世界觀?量子力學誕生於二十世紀初,透過埃爾溫·薛丁格(Erwin Schrodinger, 1887-1961)的不死貓思想實驗(薛丁格的貓)而開始普及。薛丁格幾乎參與了所有量子力學發展的關鍵階段。他的方程式描述了物理系統的量子型態,如何隨時間而演化。起初,此方程式遭到愛因斯坦「上帝不擲骰子」的批評,最終卻演變量子力學的基石之一。



      量子力學探究無限微觀的奇怪世界,它對我們的影響至今仍遭誤解。從字面上重新創造了現實,打破了我們所有的確定性。量子力學是如此令人驚訝,在量子的世界裡,一切僅是概率和虛波、量子躍遷和短暫振動……如今,量子力學無處不在我們的日常生活中;從智慧型手機、GPS、雷射手術到醫學影像等。未來,量子力學將為我們提供如量子電腦、量子遙傳等新工具。



      現在,讓我們舒服地坐在沙灘椅上,一起聆聽法國物理教授查爾斯•安托萬為我們娓娓道來這奇妙的量子世界。不過,在開始這段量子旅程前,如果你看過漫威電影的《蟻人》縮小後進入微觀世界,這裡得先提醒你,恐怕不能毫髮無傷地出來……



    超前推薦



      暢銷科普作家|林文欣

      中研院天文及天文物理研究所研究副技師|曾耀寰

      中央大學光電系副教授|欒丕綱(推薦序)

      (按姓氏筆畫排序)



    好評推薦



      「在即將進入的量子時代,任何人應該都躲不開量子力學。

      量子力學知識的普及化,可說是刻不容緩。

      本書的出現,可說是來得正是時候。」──中央大學光電系副教授 欒丕綱



    外媒讚譽



      「本書是不可或缺的量子理論。」──法國雜誌《科學與未來》



      「這本書讓我們能夠更好地理解未來用以計算或通訊的量子信息革命。」──法國日報《世界報》



      「本書帶領我們回到量子力學的起源,回到薛丁格既豐富、充實又緊密的生活當中。」──法國文化電臺「科學方法」頻道



      「讓讀者自己抓起這本書,通往迷宮的中心,等著你的是與薛丁格同名的貓,而這一路上還有更多的驚喜等你來挖掘!」──法國經濟日報《回聲報》

    ?


     





    推薦序:迎接嶄新的量子時代──欒丕綱



    前言:神祕的理論,與離經叛道的物理學家



    第一章:揭開旅程序幕──歡迎來到量子世界


    用一句話形容量子力學!

    量子力學的十個大哉問:

    1.?? ?何時以及為何要建立量子力學理論?

    2.?? ?「量子」是什麼意思?

    3.?? ?量子力學的發展史上,有哪些重要的實驗?

    4.?? ?量子力學理論是否經過詳盡的驗證?

    5.?? ?量子力學對哪些領域有興趣?

    6.?? ?量子力學與其他理論的差異為何?

    7.?? ?有沒有一項原則,可以讓人了解整個量子力學理論?

    8.?? ?量子力學主要應用於哪些領域?

    9.?? ?量子力學跟我們有什麼關係?

    10.?? ?為什麼光在量子力學中占有重要地位?

    量子星球 場、力、能量



    第二章:光有兩張面孔!?

    一九??年:各領域承先啟後的一年

    光是一種波動嗎?

    愛因斯坦眼中的量子化世界

    黑光燈和普朗克常數

    量子星球 其實科學從未完備過

    量子星球 波動是什麼?

    量子星球 光電效應的應用:人工視網膜和月球的土壤

    量子星球 每個理論都有自己的常數



    第三章:量子躍遷與確定性的終結

    能量的量子化與量子躍遷

    愛因斯坦的狡猾機率

    海森堡的無限表格

    量子星球 光子真的存在嗎?

    量子星球 狡猾的宇宙:上帝似乎很會擲骰子?

    量子星球 勸你別讀這段說明!

    量子星球 量子力學需要新的語言



    第四章:萬物皆為機率波

    德布羅意發現了物質波!

    沒錯,是波動......但是物質波!

    王子的新衣:薛丁格方程式

    量子星球 一九二二年的阿羅沙,薛丁格未能完成的發現

    量子星球 物質波真的存在嗎?

    量子星球 穿隧效應:沒有空間的空間

    量子星球 令人著迷的虛數

    量子星球 一九二五年的阿羅沙:方程式中的情慾



    第五章:量子測量:閱讀的當下,你已經改變了這本書!

    古典測量是什麼?

    量子測量是什麼?

    突如其來的塌陷!波包塌縮

    海森堡的測不準原理

    時間流逝而過的狹縫

    太空中的「去同調」

    量子星球 量子力學完全沒有模糊地帶

    量子星球 彼此相像卻有差異的測量方式

    量子星球 來想像不存在的測量儀器吧!

    量子星球 陰陽互補的聯盟

    量子星球 宇宙規模的實驗

    量子星球 費曼的路徑積分表述

    量子星球 量子芝諾效應:只要一直測量,就無法變化!

    量子星球 量子力學有太多很扎實、但不完整的答案



    第六章:量子力學的核心:薛丁格的貓

    存在與不存在,這兩者能同時存在嗎?

    量子位元 :量子密碼學和量子電腦

    從量子糾纏到量子遙傳

    解密!薛丁格的貓

    尋找詮釋的協奏曲

    量子星球 可以在火車上整理房間嗎?你在開玩笑嗎?

    量子星球 古典密碼學的基本概念

    量子星球 量子霸權與去同調

    量子星球 瞬間移動真的存在量子世界中!

    量子星球 勇往直前的冒險家!

    量子星球 測量的問題、去同調、意識扮演的角色

    量子星球 從振動的水滴到量子氣候



    第七章:自旋、迷失身分、光與物質

    旋轉、跳躍,不停轉動的自旋!

    迷失身分的神奇現象

    場的關鍵:光與物質的結合

    量子星球 包立和自旋:介於失誤與神來一筆之間

    量子星球 難道沒有軌道的話,粒子就不存在嗎?

    量子星球 物質的組成結構(目前已知的範圍)

    量子星球 發送給外星生物的訊息?

    量子星球 我們談的到底是哪一種真空?



    結語:迷人的量子,以及未來的前景

    重力、暗物質、暗能量……很危險嗎?

    從生物學到量子意識

    這不過是另一場旅程的開端!

    量子星球 希格斯玻色子:慣性產生質量

    量子星球 追求量子力學的普遍性

    量子星球 量子生物學之父──薛丁格

    量子星球 抱持開放的心與思考的腦



    參考書目





    前言



    神秘的理論、離經叛道的物理學家




      您即將開始的這趟旅途十分危險。

      深入量子力學奇異的世界雖是趟非凡的旅程,

      但沒有人可以完好如初地歸來……



      在量子力學的世界中,神秘的貓可以維持半死半活、狡猾的老鼠只需看一眼月亮就能讓月亮存在、特定的作用可以在時間與空間之外進行、物體可以同時存在於兩個位置,還能從一個位置瞬間前往另一個位置,不需經過任何中介地點……在這個世界中,萬物都只是機率和想像中的波動、物質只不過是不斷重新創造的短暫振動、所謂「真空」充滿著大量能量、無限小的量和無限大糾結在一起、平行世界因為人的意志而無限增加、荒謬和命運並肩而行……



      「人生中最開心的時刻,就是啟程前往未知世界的時候。」——英國探險家理察.弗朗西斯.伯頓的日記(Richard Francis Burton,1821-1890)



      量子力學到底是什麼呢?抽象語言愛好者打造的純粹人工知識?為了解答形上學疑問提出的詭異數學算式?與哲學、瘋狂只有一線之隔的非主流科學理論?如果這個理論的預測能力並沒有被證明如革命般強大,也許很多人會回答是的。畢竟,量子力學的理論雖看似瘋狂,卻通過非常嚴謹的實驗驗證。不過,量子力學的確偶爾令人感到疑惑難懂,尤其是在討論光與物質之間的相互作用的時候。



      然而,量子力學並非一位隱藏自己的美人。她並沒有將自己謎團般的精采之處隱藏起來,不讓微觀世界的探險家一探究竟。雖然難以注意到,但量子力學其實存在於我們日常生活中的每一個動作:滑智慧型手機、用手指敲鍵盤,乃至每次使用含電子元件的裝置,其實都涉及量子力學!因為,如果沒有量子力學,人類就無法理解二極體和電晶體如何運作,因而也無法製造電路、微處理器和快閃記憶體。如果沒有量子力學,就沒有物質波、原子鐘和GPS。沒有量子力學,就沒有雷射、磁浮列車、超精準醫療影像和超安全通訊工具。



      未來,當我們使用電子投票、刷信用卡、使用穿戴式裝置、在地球上或太空中移動時,我們的環境已充滿人類透過量子力學,在實驗室中創造的各種裝置,例如量子電腦、使用量子遙傳的裝置,還有石磨烯和碳奈米管等新物質。



      此外,如同法國廣播節目主持人阿美桑(Jean-Claude Ameisen,1951-,為免疫學家,亦主持科普節目)所說:晚期的研究顯示量子效應也存在於生物體之中,例如植物行光合作用、特定候鳥的眼睛等等。在此之前,由於生物體太過複雜、不易維持量子同調這麼細微的現象,所以學界從未討論過此領域的量子效應。現在,甚至連人類意識──或者說是傳遞人類精神所觀察到的資訊的轉變過程──看起來似乎也與量子力學有關……



      的確,就如美國物理學家萬伯格(Steven Weinberg,1933-)所說:「從發現量子力學的那天起,人類便不再是相同的人類了。」這本書邀請您參與的旅程,超乎尋常。

    ?

      在所有量子力學的重要探險家和學者之中,有誰比埃爾溫.薛丁格(Erwin Schrodinger,1887-1961)更適合當這趟旅程的導遊呢?他的名氣或許不如普朗克、愛因斯坦、費曼;前瞻性的視野或許不如波耳、德布羅意、包立;也並未和狄拉克、馮紐曼和海森堡等人一同名列量子力學的早期先驅(別擔心,如果沒聽過這些名字,這本書正是為您量身訂做!)但是薛丁格的一生和其著作,正象徵著量子力學的發展。



      薛丁格的年紀介於兩代見證量子力學誕生的物理學家之間。他也促成了幾乎所有量子力學發展中的里程碑──建立了量子力學的核心方程式「薛丁格方程式」,這是現代許多科學技術應用原理的起源。他成功整合量子力學理論的兩大版本(海森堡、玻恩和約當的「矩陣力學」,以及他自己受法國學者德布羅意影響而發展的波動力學)。他也提出了著名的「薛丁格的貓」思想實驗,用以批評量子力學的標準詮釋,並與好友愛因斯坦一同提出「量子糾纏」的基本概念。不僅如此,他更持續研究能整合現代物理兩大支柱(量子力學和廣義相對論)的超級理論,儘管結果徒勞無功。另外,他也對哲學,還有科學和靈性間的關聯充滿熱情。最後,他為一九八?年後全新的「量子生物學」領域打開了大門。



      薛丁格不只在科學研究中拒絕墨守成規,他在感情、友誼和人生的選擇上亦如是。他擁有自由的靈魂,拒絕任何形式的傳統,儼然是當年的科學代表人物。他也大大地翻轉了許多常識。人們不斷重新發現、欣賞他的科學與哲學作品。但似乎還需要時間的沉澱,我們才能真正認識薛丁格的遠見與全貌。



      愛因斯坦曾說:「發明,就是從另一個角度思考。」薛丁格的一生與作品就是最好的例子,他的每一步都為我們點亮量子力學更豐富的內容!




    其 他 著 作