从量子到宇宙——颠覆人类认知的科学之旅电子书

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内容简介

自序

1 光的本性之争：光是粒子还是波？

1.1 惠更斯的波动学说

1.2 牛顿的粒子学说

1.3 杨氏双缝干涉实验

1.4 泊松的乌龙球

1.5 光就是电磁波

2 电磁波能量谜团：能量竟然不连续？

2.1 黑体辐射谜团

2.2 光电效应谜团

2.3 原子光谱谜团

2.4 石破天惊的量子化假设

3 量子化与连续性之辩

3.1 芝诺悖论：你能追上乌龟吗？

3.2 玄而又玄的无穷

3.3 时空是量子化的

3.4 运动是连续的吗？

3.5 量子化才是世界的本质

4 光的波粒二象性

4.1 爱因斯坦的光子理论

4.2 光子理论是牛顿粒子论的回马枪吗？

4.3 原子能量量子化与原子光谱

4.4 量子理论与光的本性

5 爱因斯坦的疑问：什么是光子？

5.1 光与电磁波：剪不断理还乱

5.2 波动光学与量子光学：为什么有两种？

5.3 光的偏振：光子也会思考吗？

5.4 光速不变：相对中的绝对

5.5 静止质量为零：有还是没有？

6 实物粒子的波粒二象性

6.1 德布罗意的惊人假设

6.2 实物粒子波动性的观察

6.3 实物粒子的双缝干涉实验

6.4 德布罗意波的应用

7 量子力学的建立

7.1 薛定谔的波动力学

7.2 概率构成的物质波

7.3 玻尔的对应原理

7.4 海森堡的矩阵力学

7.5 量子力学正式建立

7.6 概率论与决定论的争论：上帝掷骰子吗？

8 单个粒子的波粒二象性

8.1 单个电子的双缝干涉实验

8.2 概率波与概率幅

8.3 观察电子的轨迹

8.4 跟人类捉迷藏的电子

9 量子力学正统解释：哥本哈根解释

9.1 不确定原理

9.2 互补原理

9.3 叠加态：人为测量竟如此重要？

9.4 波函数坍缩

附录 量子计算机

10 神奇的量子隧道效应

10.1 隧道效应：穿墙而过不是梦

10.2 扫描隧道显微镜

11 独辟蹊径的路径积分

11.1 路径积分：所有路径求和

11.2 路径积分对双缝实验的解释

11.3 路径积分的广泛应用

11.4 费曼图：物理学家的看图说话

12 坚持决定论的隐变量理论

12.1 德布罗意的导波理论

12.2 玻姆的量子势理论

13 量子力学的其他解释

13.1 意识论：我思故我在？

13.2 热力学不可逆过程

13.3 退相干理论

13.4 GRW理论

13.5 多世界理论：人人都能创造平行宇宙

14 人类和光子的博弈

14.1 单光子偏振实验

14.2 单光子广角干涉实验

14.3 单光子延迟选择实验

14.4 量子擦除实验

15 幽灵般的超距作用：纠缠态之谜

15.1 玻尔与爱因斯坦过招

15.2 EPR佯谬：纠缠态登场

15.3 纠缠态的实验证明

15.4 GHZ三粒子纠缠

15.5 量子隐形传态：超空间传送能实现吗？

16 原子内部的世界

16.1 古人的物质组成观点

16.2 原子论的胜利

16.3 原子还不是最小

16.4 原子内部结构

16.5 原子结构的初期模型

16.6 电子云：电子在哪儿？

16.7 电子云节面之谜

16.8 电子的自旋

16.9 电子自旋之谜

17 组成世界的基本粒子

17.1 物质的镜像：反物质

17.2 宇宙隐形人：中微子

17.3 世界的基石：夸克

17.4 世界的基石：轻子

17.5 四种基本力和力的传递粒子

17.6 上帝粒子：希格斯粒子

17.7 标准模型

附录 高速粒子对狭义相对论的检验

18 宏观量子现象：玻色-爱因斯坦凝聚

18.1 费米子与玻色子

18.2 泡利不相容原理

18.3 玻色−爱因斯坦凝聚

18.4 液氦超流现象

19 量子场论

19.1 场与粒子的统一

19.2 粒子的产生与转化

19.3 真空里隐藏的奥秘

19.4 再析费曼图：时间能倒流吗？

19.5 量子电动力学：精确度惊人的预测

19.6 量子色动力学：夸克禁闭

20 超弦理论：万物至理？

20.1 统一理论的探索

20.2 宇宙的琴弦：超弦理论

20.3 M理论：终极理论？

20.4 平行宇宙

附录 是否存在交叉宇宙？

21 宇宙大爆炸

21.1 膨胀的宇宙

21.2 广义相对论与宇宙学

21.3 宇宙理论的发展

21.4 宇宙的演化

21.5 恒星的演化

21.6 暗物质与暗能量之谜

21.7 时空的颤抖：引力波

后记

参考文献