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文献来源:
出版时间 :
狗狗也能玩转物理学
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图书来源: 浙江图书馆(由图书馆配书)
  • 配送范围:
    全国(除港澳台地区)
  • ISBN:
    9787535769107
  • 作      者:
    (美)查德·奥泽尔著
  • 出 版 社 :
    湖南科学技术出版社
  • 出版日期:
    2012
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作者简介
  查德·奥泽尔,纽约州中部出生长大,马里兰大学化学物理博士。目前是纽约薛奈泰迪联合学院的天文及物理学系教授,跟家^还有狗狗一起住在学校附近。
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内容介绍
  物理学家Chad Orzel在宠物收容所遇到了小狗艾美。艾美并不急于需要一个家,不那么友善却很健谈,对新主人的职业很感兴趣。
  不久,艾美就产生了用量子物理学的一些怪想法来解决她生活中的大事:追赶小动物、获得狗食以及出去散步。她不断向Chad提出问题:她能通过量子隧道穿过邻居家的篱笆去追赶小动物吗?在小松鼠逃走之前用上量子瞬间传输会怎么样?艾美把牛排掉在地上时,那里的那些宇宙又在哪里呢?没有任何目的,就会在院子里出现一些奶酪做的小兔子,这可能吗?Chad用一种非常幽默的方式向艾美(也是向读者)解释了什么是量子力学,它是如何运作的,尽管它不能帮你追到小松鼠或者吃到牛排,但是对于所有的狗和人类来说它都是非常奇怪、令人吃惊并且是非常重要的。
  Chad和艾美谈了很多量子理论的核心元素,从像波的粒子和海森伯的不确定原理到纠缠(在远处令人恐惧的行为)和虚粒子。在这过程中,他们谈论了理论的历史,例如那个发现电子既是波又是粒子的实验,以及爱因斯坦和玻尔数十年来关于量子理论到底是什么的争论(也许两人中爱因斯坦*聪明一些,但是往往观点正确的都是玻尔)。
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精彩书摘
  《狗狗也能玩转物理学》:
  我正坐在电脑旁打字的时候,艾美跑过来撞在了我的腿上。我低下头,发现她正专心致志地嗅着我脚周围的地板。
  “你在下面做什么呢?”“我在寻找牛排!”她说道,满怀希望地摇着她的尾巴。
  “我非常确定下面没有牛排,”我说,“我从来不在电脑旁吃牛排,所以我也从来不会将牛排掉在地板上。”“在某个世界,你这样做过。”她说道,仍然在不停地嗅着。
  我叹了口气,说道:“好吧,你傻傻的小狗脑袋瓜子现在又想到了什么荒唐的理论啊?”“呃,你是有可能在电脑旁边吃牛排的,对吗?”“是的,我确实吃牛排,有的时候我也可以在电脑旁边吃,所以,当然可能。”“所以,如果你在电脑旁边吃牛排,那么你就有可能掉一些在地板上。
  ”“我不知道……”“老兄,我曾经看到过你吃的。”是的,这只狗称我为“老兄”。也许以后要给她上一些服从性训练课程。
  “好吧,我们承认这一可能性。”“所以,你是有可能在地板上掉牛排的。根据埃弗雷特(Everett)的量子力学多世诠释,这就意味着你曾将牛排掉在地板上,这也就是说我只需要找到它就好了。”“呃,学术上来说,多世诠释所说的是在幺正变换下宇宙波函数的某一个分支里,我曾经将牛排掉在地板上。”“嗯……是的,是这样的。不管怎样,我只需要找什么是单一就行了。
  ”“但是,问题是我们只能察觉到波函数的一个分支。”“可能是你只能察觉到一个分支。我的鼻子很灵的,我可以嗅到额外空间维。
  它们里面都是讨厌的长着山羊胡子的松鼠。”“那是《星际迷航》,不是科学,而且不管怎样,额外空间维是一个完全不同的东西。在多世诠释中,一旦波函数的分支之间有足够的去相干,也就是说,不同部分之间没有相互干扰的可能性,那么实际上,它们就是分割开的,难以接近的世界。”“去相干?你是指什么?”“呃,比如说,我这儿确实有一块牛排——不要摇你的尾巴了,这只是假设——量子力学认为如果我把它掉在了地板上,然后又将它捡起来,那么在描述牛排掉落和牛排没有掉落的两个波函数之间就可能会有一种干扰。当然,因为我只是有可能会将牛排掉下,所以你就需要掉下的和没掉下的两块牛排。”“那是什么意思?”“我并不是太确定那是什么样的。但是,关键是它并不碍事。牛排不断地与它周边的环境相互作用——空气,桌子,地板——”“还有狗!”“管它呢!那些相互作用在本质上是随机的,而且是不可测量的。它们导致了不同牛排的波函数的转变,而那些转变就会使得波函数的干预不再那么清洁。
  这个过程就叫做去相干,它发生得非常快。”“有多快啊?”它看上去充满希望地问道。
  “这取决于特定的形式,但是粗略猜测的话,大约是10秒,或者是更少。”“哦。”她有点泄气,“那确实很快。”“是的。一旦去相干发生,波函数的不同分支就不能够彼此相互作用。
  本质上来说,这就意味着不同的分支就变成了分割的世界,并且不同世界之间彼此完全不能够接近。发生在其他世界中的事情对于我们的世界是绝对没有影响的。”“那为什么我们只能够看到你说的那个什么的一个分支呢?”“啊,现在这是一个大问题。没有人真正知道原因。有人认为这就是说量子力学本质上是不完整的,并且整个社会的科学家都在研究量子理论的基础和有关它的诠释。重要的是,在这个世界,你是没有办法能够在我的桌子底下找到牛排的,所以请你出去。”“哦,好的。”她闷闷不乐地从桌子底下出来,低垂着脑袋,耷拉着尾巴。
  “喂,要向好的一面看嘛,”我说道,“在把牛排掉在地板上的那个版本的我所处的世界里,也有一个版本的你啊!”“是吗?”她抬起了头。
  “是的。你是一条非凡的猎犬,所以很有可能在我将它捡起来之前你就得到牛排了。”“真的?”她的尾巴也开始晃起来了。
  “真的。所以,在我掉牛排的那个世界里,你可以吃牛排。”“喔!”她的尾巴疯狂地摇晃着,“我喜欢牛排。”“我知道你喜欢。”我停下正在做的事,“跟你说,我们去散步怎么样?”“喔!太好了!”她立刻就消失在我面前,铮铮地跑下楼到后门去拿皮带了。
  对于上一章探讨的哥本哈根诠释,几乎没有物理学家对它完全满意。无数其他的诠释被提出,都试图找到一个更加令人满意的处理量子测量问题的方法。其中,最著名的一个俗称多世诠释,它对无数个可供选择的世界进行的预测,在这些世界中,事件发生的路径与我们所看到的不同。正是由于这一点,如果称不上是在物理学家中间,至少它在流行文化中取得了主导地位。这是一个神奇的科幻小说构想,它不断地出现在书中,电影中,以及著名的以一个邪恶的留着山羊胡子的斯波克为主演的《星际迷航》片段中。
  在本章中,我们将谈论多世诠释,以及它是怎样解决哥本哈根诠释提出的一些问题的。我们也将讨论所谓“去相干”的物理过程,在这一过程中,与环境之间波动的相互作用使波函数不同部分之间的干扰的影响变得不明显。去相干是量子力学现代化理解的核心,可能也是理解从量子物理学的微观世界到日常物体的经典世界的关键因素。
  然后测量就发生了:哥本哈根的问题到目前为止,哥本哈根诠释最令人烦恼的一个因素就是,缺少描述你对某个数量进行测量时所发生的事情的数学程序。薛定谔方程使得你能够计算测量之间的波函数发生的事,但是哥本哈根诠释认为在测量的瞬间,普通物理会停止,有些事会发生,从而以一种不涉及到任何已知数学方程的方式选择出了一个单一的结果。
  哥本哈根诠释的特别本质,以及它在微观和宏观物理及神秘的“波函数坍塌”之间的任意分割,是非常恼人的,因为现代理论物理的整个项目都是为了找到一个对世界一致的数学描述。波函数坍塌这一原因不明的过程就像一位科学家著名的西德尼·哈里斯(SidneyHarris)连环漫画一样,他写到“然后奇迹发生了”,并将它作为问题的第二步。普通科学是没有发生奇迹的空间的,而哥本哈根坍塌的思想就有点太神奇了而显得不太舒服。
  绝大多数物理学家(特别是实验主义者)乐意将波函数坍塌这一思想当做一个计算的捷径,进而继续对物理世界进行预测和测量,在这一方面,定期量子理论的适用度惊人的好。在这个“关上和计算”的诠释中,为量子测量寻找到一个一致的解释的问题被搁置在一边让哲学家来处理。某个更好的理论可能最终会被提出,但是到那时之前,我们应该用我们已经得到的理论(可能结果证明是非常糟糕的)来做我们能够做的事。
  但是,从量子理论的第一天开始,测量的本质就一直是一个问题,一些物理学家一直不停地深入思考这些问题。这些物理学家中有许多人都认为波函数的“坍塌”缺少一个明确的解释就表明哥本哈根诠释在本质上就是有缺陷的。
  因此,他们总是在不停地寻找其他的诠释。
  ……
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目录
引言为什么要跟小狗谈论物理学?
第一章 哪种方法?两种方法:波粒二象性
第二章 我的骨头在哪里?海森伯的不确定性原理
第三章 薛定谔的狗:哥本哈根诠释
第四章 多世界,多食物:多世诠释
第五章 我们还在那儿吗?量子芝诺效应
第六章 不需要挖掘的量子隧道
第七章 鬼魅般的超距叫声:量子纠缠
第八章 给我发送一只小兔子:量子隐形传送
第九章 奶酪小兔:虚粒子和量子动量学
第十章 再见了,邪恶的松鼠:量子力学的误用
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