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矛盾叠加——量子论的超级世界观 平装

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定价:¥88.00

  • 著者:184214 
  • 出版时间:2021年04月本印时间:2021年04月
  • 版次:1印次:1页数:372页
  • 开本:16册数:1 卷数:1
  • ISBN:978-7-100-19754-0
  • 读者对象:大众读者
  • 主题词:量子论研究
  • 人气:0

显示全部编辑推荐

人人都能读懂的量子理论及其世界观


★“小白”级的阅读难度
没有复杂的推导和公式,最简单的数学公式只有一个数字,最简单的物理公式只有三个字母,堪称“小白”级的阅读难度。幽默生动的语言、天马行空的思维,把读者逐渐引导到深刻的数学原理、奇妙的物理思想中。
★哲学、世界观的观察视角
量子理论是一座冰山,上面是量子物理,下面是量子哲学。从哲学、世界观的角度看量子理论,例如世界存在的偶然性、物质实在的虚幻性、时空结构的复杂性等,是本书最大的特点。
★图文并茂的呈现方式
精心设计的示意图、生动有趣的漫画,图文并茂地呈现理论知识与实验内容,使你快速理解量子理论。
 

显示全部作者简介

唐三歌,自2013年自学理论物理和宇宙学。2015年,出版科普读物《疯狂宇宙》(北京大学出版社)。此后,重点关注国外前沿物理学(重点是量子理论)、宇宙学,广泛涉猎数学、哲学等。

显示全部内容简介

从哲学、世界观的角度看量子理论,是本书的最大特点。
一是量子理论部分。第一步,从波粒二象性的关键概念进入,阐述量子理论的基本精神、框架体系、主要概念、焦点问题,及其与哲学的外延关系。第二步,讨论支撑量子理论的实验证据和数学证明。第三步,介绍量子力学的科学内容,重点是物质世界不连续、不确定、不实在、不可说的基本特性及其解释。
二是超级世界观部分。深入讨论多元宇宙问题,主要是世界存在的偶然性、物质实在的虚幻性、时空结构的复杂性。 重点证明,世界万物的本质是数学结构。

显示全部目 录

第一篇 印象|巨大的烟雾龙
第二篇 奥义|究竟何为真实
第三篇 魔术|还记得那个实验吗?
第四篇 物语|你我的量子力学
第五篇 神话|最早之前与最大之外

显示全部精彩试读

第4 章 量子如何解释


薛定谔那只猫,可能是指引我们读懂量子的最好老师。
尤里卡or 知道了。
历史上所有物理新发现,从来没有听说还需要什么解释。阿基米德突然悟到浮力原理,从澡盆里跳出来高叫“尤里卡!”(我发现了)。像浮力这类“正常”的科学问题,一个人发现了,全世界就都发现了,谁还不明白就是谁个人的问题。到了相对论,多少费解一些,你不懂总还有别的人懂。唯独量子物理,实验千遍,论文万篇,并没有真的解释为什么。你没有机会像阿基米德那样戏剧性地叫喊“尤里卡”,你只能像清朝皇帝那样,满腹狐疑地朱批三个字:“知道了”。
只有猫知道。
“薛定谔的猫”是一个思想实验。根据实验设计思想,某些量子物理学家建议你相信,暗箱里有一只已经死了同时也活着的猫,童叟无欺,假一罚十。不过,你永远不要指望他们会真的从箱子里拎出两只猫来,一只死的哐啷摔在地上,一只活的喵呜跳上窗台。你要明白,他们所谓的死活叠加,跟欧拉公式的鬼怪答案–1/12 一样,不仅是一种不可亲眼见证的物理真实,而且是一种正常理性不可接受的数学真实。
薛定谔设计这个实验,初衷是用以嘲笑波函数坍缩的荒谬之论。实验内容本身很简单,但是,科学界对实验的表述和理解却十分含混。薛定谔没有料到,一个简单的思想实验竟然引发一场复杂而持久的讨论,80 多年热度不减。薛定谔更没有料到,这只猫不仅没有将量子论一击而溃,反而诱发越来越多、越来越怪的量子邪说。争论并没有结束,结论是没有结论。好消息是,你可以放心地选择相信后面将要讨论的任何一种解释,没有哪个科学家敢大声反驳你
一道久等未上的芝士焗海鲜……
世上有说不尽的莎士比亚,说不尽的希区柯克,说不尽的《红楼梦》,还有不仅说不尽而且说不通的薛定谔的猫。要想秒懂,也有办法。我推荐一则幽默:一道久等未上的芝士焗海鲜,本质上处于做与未做的薛定谔猫态,一旦找来服务员要求退菜,立刻坍缩为已做状态。
待我们完成以下讨论,你会同意这个笑话竟是无与伦比地传神。
薛猫实验是怎样设计的?
把一只猫关在密闭的盒子里,盒子里安装一套毒药释放设备,外加放射性原子和盖革计数器。设备是否释放毒药,取决于放射性原子是否衰变,盖革计数器探测到原子衰变后,触发机关释放毒药。那么放射性原子何时发生衰变呢?哥本哈根解释认为,在特定时间内,原子衰变纯粹是一件概率事件,衰变与不衰变,各有50% 的概率。结果:
· 原子衰变,则放毒,猫死。
· 原子不衰变,则不放毒,猫活。
这不就是抛硬币定生死吗?不是。哥本哈根学派认为,暗箱打开之前,放射性原子处于波函数叠加状态,它的衰变与不衰变都是真实的事情。某种意义上可以说,衰变的事情发生了,没衰变的事情也发生了。必须注意所谓“都发生了”究竟意味着什么,不是像小孩吃药减半那样,将一个原子掰成两半,吃半个、留半个。
是非叠加、矛盾共存,这是故事的关键。听清楚这个“不可能”的意思了吗?那么够了,Freeze!奉劝读者不要擅自再往前迈出一步,任何自动脑补合理想象,都只会使我们的讨论更加混乱。不管谁来解释薛猫实验,也不管他从什么角度来描述薛猫实验,如果你没有听到“叠加态”这个概念,如果你没听出叠加态的真实意思有多么荒唐,或者居然听出任何合理正常的缘由,那么很遗憾,那肯定是假的薛猫解释。
打开看看不就明白了吗?不行,哥本哈根学派认为,人的观察将瞬间破坏放射性原子的叠加态,薛定谔方程描述的波函数演化过程将发生断崖式终止,也即波函数坍缩。听上去,简直就是一桩不抓现行就死不认账的赖皮案子。薛定谔认为,量子如果可以存在矛盾叠加,这种特性就没有理由不发生在量子的集合体身上。薛猫实验的设计思路,就是要将这种叠加态从量子传导和放大到宏观世界,然后质问:
· 既然原子衰变与不衰变都是事实,是不是放毒系统也应该保持放毒与不放毒的叠加?那么暗箱里的猫,它是该死呢还是该活?
· 波函数坍缩究竟是什么行为?难道是《黑客帝国》的拔掉电源,或者《盗梦空间》的梦境返回吗?
· 回溯曝光之前,箱子里刚才什么情况?鉴于我们从未见过既死了也活着的猫,更加严峻的问题是:猫如果活着,那么它刚才死过吗?如果猫死了,是不是在打开暗箱之前还活着?
当初爱因斯坦也提出同样的质疑,他设想的不是毒药而是炸药,问题就更尖锐了:怎样想象一桶既爆炸了又没有爆炸的炸药?呵呵!
以上的纠结过程看清楚了?
以下是更纠结的各种解释。