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薛定谔的小猫(对量子物理和真实性的探索)

作者:(英国)约翰·格里宾|译者:张广才 出版社:海南
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  • 商品标识:3319918
  • 出版社:海南
  • ISBN:9787544361545
  • 作者:(英国)约翰·格里宾|译者:张广才
  • 页数:279
  • 出版日期:2015-09-01
  • 印刷日期:2015-09-01
  • 包装:平装
  • 开本:16开
  • 版次:1
  • 印次:1
  • 字数:218
  • 约翰·格里宾编著的《薛定谔的小猫(对量子物理和真实性的探索)》是一本跨越量子力学、物理学及哲学等多学科的科普图书。它就像一个科学向导,带着读者领略20世纪物理学的发展过程;它又仿佛是一本思想史,把物理学家们的思维过程**清晰地展现出来,让读者看到科学家成功前的一次次失败。格里宾在书中生动地描述了科学家得出他们理论的过程,让读者轻松地理解瞬间的真实性和一般量子力学。
  • 量子理论到底是什么?在这里你将会找到理解这 个理论所需要的一切知识,不管你是否曾经读过关于 这个主题的文章。你将读到这样一些看起来是自相矛 盾的现象:例如光子(光的粒子)可以在同一时刻位 于两个位置,原子能够同时通过两条路径,对于一个 以光速运动的粒子来说时间是静止的,等等。同时你 还会发现量子理论是可能实现星际传送的理论依据。 量子世界的所有奇异性都可以通过考察那只原始 猫的两个孪生后代的历险过程来获得最清楚的理解。 在重新考虑光的本质问题之后(这个问题在量子论和 相对论中都是一个关键问题),一些新的思想便出现 了。这些思想能够解释真实性的本质和解决所有的量 子之谜。 你准备好了吗?翻开由约翰·格里宾编著的这本 《薛定谔的小猫(对量子物理和真实性的探索)》吧 !
  • 前言
    序章 问题
    **章 古代光学
    第二章 现代
    第三章 奇异而真实
    第四章 *望中的补救
    第五章 思考之思考
    结语 解决方案:我们这一时代的秘密
    参考书目
  • 牛顿的世界观 牛顿颜色理论的重要性不仅在于他是对的,而且 在于他得到结论的方法。在牛顿之前,哲学家主要是 通过思辨来发展自己的世界观。例如笛卡儿虽然考虑 了光传播的可能方式,但他并没有做实验来验证他的 观点。当然,牛顿也并非**个实验家,伽利略便在 他对球从斜面上滚下来的运动方式的研究和单摆的工 作中开创了实验的先河。但牛顿首先明确表述了科学 方法的基础,即思想(假定)、观测和实验相结合的 方法。现代科学正是建立在这一基础之上。
    牛顿的颜色理论,产生于他不得不离开剑桥回家 休假的这段时间里所做的一系列实验。到1665年,一 束阳光经过一个三角透镜后会变成一条像彩虹一样的 光谱的现象已被普遍认识。对这一现象的标准解释基 于亚里士多德的观点,即白光代表纯净的,没有杂质 的形式,经过玻璃则导致这种形式发生混乱。当光进 入棱镜时,它会发生弯曲,然后沿一条直线到达三角 形的另一边,在那里它再次弯曲后进入空气。同时光 会发生扩散,从一个白色的光点变成一条彩色的线, 沿三角形顶点向下,上面的光折曲*小,在玻璃中经 过较短的距离出射成为红光。在下面三角形的边要宽 一些,光进入棱镜时要折曲的多一些,在玻璃中经过 较长的距离到达另一边进入空气而变成紫色。在两者 之间存在着彩虹中所有的颜色——红、橙、黄、绿、 蓝、靛、紫。在一个黑暗的房子里,让光通过窗帘上 的一个小孔射进来,把一个棱镜挡在光束前面,对着 窗户的墙上就会出现彩色的光谱。
    亚里士多德认为,在玻璃中传播距离*短的白光 变化*小,成为红光,而传播距离稍长则变化稍大, 是黄色,然后以此类推直到紫色。
    实际上牛顿用自制的棱镜和透镜对这些观点进行 了验证,通过改变透镜的形状,力图减小颜色的变化 。他**个区分了光谱中不同颜色的光,并命名了7 种颜色(他有意选择了7种颜色,因为7是一个带有某 种神秘意义的素数,如果你发现在彩虹中在蓝色和紫 色之间难以区分单独的靛色,你**不属于少数了) 。
    但是牛顿这次进行的*重要的一个实验只不过是 在**个棱镜后面放了第二个棱镜,只不过放的方式 不同,**个棱镜尖朝上放,将一束光谱展开成彩色 的光谱,第二个棱镜尖朝下放,将展开的彩色光谱变 回了一束白光。虽然光经过了*厚的玻璃,但它并没 有变得*混乱,而是回到了原来的纯净状态。
    牛顿认为,这说明白光一点也不“纯净”,而是 由彩虹中所有颜色的光混合成的,不同颜色的光在折 射时弯曲程度不同,但是在原来的白光中包含所有颜 色的光。这是一个革命性的观点,因为它不仅推翻了 亚里士多德哲学的一项基础,而且还是建立在可信的 实验基础之上。但牛顿并不急于向世界宣布他的发现 ,他在1665年所获得的对光本性的认识使他致力于一 种新型望远镜的研究。
    用大透镜做成的望远镜(折射望远镜)存在一个 问题,因为透镜同样会把白光分解成有色的光谱。这 样所观察的物体的图像上会产生彩色条纹,使图像模 糊不清,使我们在观察星星时**不便,这种现象称 之为“色散”。牛顿发现要做出一个没有色散的透镜 系统很困难(但并非不可能,如所谓的消色差透镜系 统,是利用两片或多片折射性质不同的玻璃来制作望 远镜,它不会产生色散),因此,牛顿设计并制作了 用曲面镜而不是大透镜的望远镜——反射望远镜。
    牛顿的反射器想法很简单,用望远镜后部的一片 大曲面镜把光反射到一个斜度45角放置的平面镜上, 使光改变方向穿过镜壁上的一个小孔射出来,观察者 可以通过这个小孔来观察,而不必担心头部会挡住星 光。这个想法十分**,因为它**简单,但用现有 的材料制作一面**的镜子是一项实验工作,作为一 个专业的工匠,牛顿自己动手完成了镜子。*后他做 成了一台长约20厘米(6英寸)的仪器,这台仪器产 生的图像比用四倍长的反射器产生的图像大九倍,而 且没有色散。
    这时,瘟疫已经渐渐过去,大学重新开学,牛顿 回到了剑桥。他在1667年当选为三一学院的研究员。
    同年,英国和荷兰爆发了战争,荷兰舰队在泰晤士成 功地袭击了英国人,剑桥也听到了**声,大家都知 道是怎么回事;牛顿断言荷兰取得了胜利(事实果然 如此),这给他的同事留下了深刻的印象。他的理由 是,**声越来越大,这说明战场越来越近,英军正 在撤退。
    到1669年,由于他在数学上的工作,牛顿的声望 渐渐超出了剑桥的范围。同年,**位卢卡斯数学教 授,艾萨克巴罗(于1663年任职)退休,实际上是为 了牛顿。巴罗虽然是一位有成就的数学家,但他却有 另外的雄心。他很快成了国王的**牧师,然后是三 一学院院长。他对亨利卢卡斯——是他设立的卢卡斯 教职——的遗嘱执行人有足够的影响,使得他的继任 者也是一个三一学院人,并作为一个知名的数学家开 始留下足迹。
    这项任命保证了牛顿在剑桥的地位,但同时要求 他作定期演讲。他**期演讲的题目并不是数学而是 光学和颜色理论,其中特别提到了透镜的色散问题。
    同时他自豪地向剑桥及周围的同事展示了他的新望远 镜。实际上,现存的牛顿*早的信(写给一个不知名 者)写于1669年,主要内容就是描述望远镜。
    1671年底,皇家学会(1662年正式建立,实际上 已于1645年非正式成立)得知了这项非凡仪器的消息 。皇家学会秘书,亨利奥登堡要求看一下这台望远镜 ,巴罗代替牛顿把它交给了在伦敦的学会。1672年1 月奥登堡给牛顿写了一封过分恭维的信,表达了学会 对他这项发明的赞美,并告诉他,关于望远镜的消息 已经通知了当时在巴黎的惠*斯。作为新式望远镜的 发明者,牛顿逐渐开始享誉欧洲大陆。由于这项发明 ,他于1672年1月11日当选为皇家学会会员,并于数 周后发表了他的**篇物理学论文,形式上是给奥登 堡的一封信,信中牛顿阐述了他的颜色理论。这篇论 文于1672年2月19日发表在学会的“哲学会刊”上, 并导致了牛顿**次**的学术争论。
    罗伯特胡克,生于1635年,死于1703年,当时是 皇家学会的实验馆馆长。他在科学上已经久负盛名, 并对光和颜色有自己的观点(他自己的光波动论发表 于1665年,但没有惠*斯完善),他总希望自己的任 何工作都能抢到优先权。在一封给牛顿的回信中以居 高临下的措辞,他首先否定了光是由微粒构成的概念 ,并认为牛顿的颜色理论与粒子假设无关,并不值得 如此夸赞,胡克用词尖刻,暗指牛顿理论中原创的东 西是错的,而对的东西不是原创的。
    争论的结果有两个:**,它使牛顿从学术界躲 避出来,把自己关在剑桥,很长时间里拒*发表*多 的东西(他把自己完善的光学理论留在手中,直到胡 克死后,确信不会发生问题时才全部发表);第二是 牛顿的那句名言——“如果我看得*远,那是因为我 站在巨人的肩上”,尖刻地讽刺了胡克矮小的个子, 同时暗指胡克才智不佳。(此句话与牛顿引力论无关 ,而是出自1675年他写给胡克的一封信,距他的《原 理》一书发表有12年。关于牛顿与胡克争论的详情, 参见格里宾的《寻找时间的边缘》**章。) 另一项批评则使牛顿提出了对自己工作方法的认 识——什么是科学的方法。法国天主教耶稣会教士让 加斯东帕拉第斯从巴黎给牛顿写了一封信,质疑了牛 顿理论中几点牛顿认为恰当的方法。牛顿并没有把帕 拉第斯当成傻瓜对待,而是回信详述了自己的观点, 他写道: “哲学*好和*安全的方法似乎应该是,首先努 力探索事物的性质,然后用实验来验证这些性质,接 着逐渐提出假设来解释这些性质。假设只能被用来解 释事物的性质,而不是决定它们,它只是实验的奴仆 。”(引自维斯弗《永不停息》,242页。) 这就是科学之全部。无论你的理论多么**,如 果它与实验不符,那它就不是正确的。例如,牛顿的 光的理论(可能应称之为“假设”,当胡克用这个词 来定性牛顿的思想时,牛顿很不高兴),它将折射归 因于光从一种媒质进入另一种媒质时的速度变化,但 与惠*斯的理论不同,微粒说要求光在稠密的媒质中 运动得*快。这就有了一种很明确的方法来区分这两 种思想;如果牛顿在有生之年能看到实验显示光在稠 密的媒质中运动的*慢时,他肯定会接受光是以波的 形式传播的观点。
    牛顿不仅建立了考察世界的科学方法,他(和惠 *斯等同时代的人一起)还提出了**个客观世界的 模型,它表明宇宙遵守确定的规律(或定律),不同 的现象,大到行星绕太阳的运动,小至光束的弯曲, 都可以用这些规律来解释,而不必借助于反复无常的 神的一时兴致。
    17世纪的巨匠留给我们的图景常被十分准确的称 为“时钟宇宙”,遵从永世不变的定律。但这里的时 钟并不是现在的钟或手表的样子,一秒一秒地走过, 实际上我们应该想象一下17世纪教堂里的那种大钟, 按照惠*斯的设计,由一个巨大的钟摆驱动,包括很 多连在一起的大小齿轮,不仅驱动了时间嘀嗒的流逝 ,同时还驱动了一个复杂的系统,能让舞台上的圣人 像跳舞,能撞击铃铛,在特定的时间产生特定的运动 。17世纪的科学认为,与此类似的钟表系统支撑着行 星绕太阳的运转以及其他自然现象。
    在牛顿留给我们的思想遗产中,**点是宇宙中 任何事物的行为都是可以预测的,正如教堂的大钟在 舞台上人像的运动是可以预测的;第二点是用人脑可 以理解的简单定律就可以理解宇宙是如何运作的。因 此,尽管对光本性的进一步理解似乎表明牛顿的微粒 说是错的,但与取得的成就相比,这似乎显得无关紧 要,当然这仍然是很重要的一步。
    P45-50
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