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j9九游会官方登录|红色珊瑚的夏天|《量子力学(少年版)》:你读得懂的量子力学

重庆j9游会真人游戏第一品牌科技大学化学化工学院 2024-06-07 14:54:26

  虽然名为少年版✿★✿,但这本书并不仅仅适用于少年读者✿★✿,任何对量子力学感兴趣j9九游会官方登录✿★✿、想入门的人✿★✿,无论年龄✿★✿、知识水平如何✿★✿,都能从这本书中有所收获✿★✿。

  提到量子力学红色珊瑚的夏天✿★✿,人们总有高深莫测之感✿★✿。但中科院物理研究所研究员曹则贤希望用这本《量子力学(少年版)》告诉读者✿★✿,其实量子力学的世界并非想象中那样难以接近✿★✿。

  第一篇作者序写于2005年✿★✿,那时曹则贤正计划为自己快10岁的儿子写一本有关量子力学的书✿★✿。此前已经有日本作者作了有益的尝试✿★✿,科普作家都筑卓司撰写了《十岁学量子理论》✿★✿,虽然那本更像量子力学简史✿★✿。曹则贤的一些同事也认为✿★✿,应该有一本给中国少年们的量子力学入门书✿★✿。“更重要的是✿★✿,在学习物理的过程中✿★✿,我常常为那些伟大的发现所震撼✿★✿,忍不住为那些天才的想法击节叫好✿★✿。我想对量子力学最好的赞美方式✿★✿,是让更多人知道量子力学的美妙✿★✿。”曹则贤说✿★✿。

  没想到✿★✿,序言写完后✿★✿,书稿写作却一拖再拖✿★✿。2007年✿★✿,曹则贤写下了第二篇作者序✿★✿,“欢迎亲爱的小朋友开始阅读这本书”✿★✿。可由于诸多原因✿★✿,直到2016年春本书的书稿才得以完成✿★✿。此时✿★✿,那个快10岁的少年已经长成了大三的学生✿★✿。

  “推开键盘红色珊瑚的夏天✿★✿,只想郑重地对自己的孩子说一声✿★✿:对不起✿★✿,那活泼好学的小男孩✿★✿,在他的少年时代到底是没能看到这本少年版的量子力学✿★✿。”曹则贤不无遗憾地说✿★✿。

  虽然迟了11年✿★✿,但对于更广泛的读者来说✿★✿,这本有关量子力学的书却来得恰逢其时✿★✿。如今j9九游会官方登录✿★✿,随着信息传播时代的来临✿★✿,量子力学的成果不时出现在新闻报道中✿★✿,关于量子力学的各种争论也展现在更多人面前✿★✿。量子力学到底是什么✿★✿,是很多人好奇的问题✿★✿。

  “量子力学和相对论是20世纪物理学的两大支柱✿★✿,相对论随着爱因斯坦的名字不断地出现在各种场合✿★✿,为世人普遍知晓✿★✿,量子力学则似乎一直居于高高的学术象牙塔中✿★✿。”曹则贤表示✿★✿,但其实✿★✿,量子力学离我们并不遥远✿★✿,它的研究成果已经主导了我们的生活✿★✿,到处都能看到量子力学改变生活的证据✿★✿。激光✿★✿,基于半导体技术的各种电子学✿★✿,光电子学器件如计算机j9九游会官方登录✿★✿、太阳能电池✿★✿、手机等✿★✿,还有医用的核磁共振仪✿★✿,都是在利用量子力学理解物质✿★✿、改造物质的基础上实现的✿★✿。“对于今天的少年们来说红色珊瑚的夏天✿★✿,量子力学应该是基础知识✿★✿,而不再是高深的学问✿★✿。”

  曹则贤还想通过这本书纠正“量子力学是物理学领域的革命”的说法✿★✿。“物理学里没有革命✿★✿,而是一条绵密的思想的河流✿★✿,是连续发展的✿★✿。”曹则贤说✿★✿,在过去的教学和研究中✿★✿,他把量子力学创立过程中经典的文献✿★✿,包括英语✿★✿、德语✿★✿、法语等版本翻完之后✿★✿,更验证了这种想法红色珊瑚的夏天✿★✿。“量子力学创立过程中的每一个想法都是有一定基础的✿★✿。量子力学到底是怎么创造的✿★✿、它面对的是什么问题✿★✿、创立者用了什么方法和工具✿★✿、他们如何尝试去解决量子力学的问题从而构造量子力学体系的✿★✿,我很想严肃地去谈谈这些问题✿★✿。”

  正是带着这样的理念✿★✿,曹则贤在这本书里循着量子力学发展的历史脉络✿★✿,用关键的人物✿★✿、物理事件与数学思想✿★✿,构筑量子力学的知识体系✿★✿,强调量子力学在经典物理的基础上被创建的过程细节✿★✿,从而引导读者走进量子力学的世界✿★✿。

  其实这也源自曹则贤自己的困惑✿★✿。“从1982年进入中国科学技术大学物理系算起✿★✿,近30年的物理学习生涯中✿★✿,我一直为自己不能很好地理解一些物理概念✿★✿、不能够早早地建立起正确的物理图像而懊恼不已✿★✿。”曹则贤说✿★✿,所以他一直有个愿望✿★✿,想编一本物理学教科书✿★✿,把物理学的概念置于其自身发展的历史背景中✿★✿,看它产生✿★✿、演化✿★✿、改进甚至被摒弃的过程✿★✿,讨论它的发展或应用的可能性✿★✿。换句话说✿★✿,就是去看“带着脚手架的物理学”✿★✿,而不是只呈现那些“完美”的结果✿★✿。

  于是✿★✿,在书的开篇✿★✿,曹则贤就写“宇宙如棋局”✿★✿,告诉读者物理学家探索量子世界的秘密的过程✿★✿,就好像一个孩子看别人下象棋✿★✿,要很久才能记住有整个棋盘上一共几个棋子✿★✿,然后再慢慢琢磨出下象棋的规则✿★✿,这个过程并不是一蹴而就的✿★✿。

  随后✿★✿,曹则贤从牛顿用三棱镜发现白色光的七色彩虹分解讲起✿★✿,通过夫琅和费在太阳光谱中发现暗线的历史故事✿★✿,讲到了量子力学中的原子吸收问题✿★✿。接着✿★✿,他又介绍了普朗克的黑体辐射曲线以及对能量量子化的解释✿★✿,随后则介绍了爱因斯坦用光量子的观点解释了光电效应的奇特现象✿★✿。

  对于光谱线的强度✿★✿,曹则贤写到了克拉默斯的努力✿★✿,以及克拉默斯建立的那个不太正确的模型✿★✿。随后✿★✿,他以一贯犀利的风格评价了海森堡的“半截子论文”海森堡是在思考光谱线的强度的问题时得到了量子力学的“矩阵形式”的✿★✿。但整个思维过程海森堡其实自己也是懵懂的红色珊瑚的夏天✿★✿。海森堡自己也没有完全想清楚到底是怎么一回事✿★✿,只是写了一个论文发表出去了✿★✿,却阴差阳错地成了量子力学的奠基人✿★✿。

  此后✿★✿,从德布罗意的物质波✿★✿,到薛定谔得到波动方程的思考过程✿★✿,从科学史上第一个人为设计的观测量子态的实验斯特恩盖拉赫实验✿★✿,到古德斯密特与乌伦贝克提出的“自旋”的假说✿★✿,再到泡利对自旋的矩阵描述✿★✿,曹则贤将量子力学创立和发展过程中的关键人物和事件一一呈现✿★✿,最后还介绍了量子力学的实际用处✿★✿,比如说激光与半导体的发明✿★✿。

  让少年读量子力学✿★✿,能读得懂吗?对此✿★✿,曹则贤则是信心满满✿★✿,在他看来✿★✿,如今少年的见识和智力远超以往✿★✿,而且✿★✿,让孩子们早早接触到像量子力学这样有挑战性的内容✿★✿,无疑对培养孩子的科学素养是有益的✿★✿,“但前提是孩子自己要有兴趣”✿★✿。

  曹则贤希望✿★✿,自己的这本书读起来更像是故事✿★✿,而不是物理的专业教科书✿★✿,更不是冷冰冰地向人灌输高深的学问✿★✿。“当然✿★✿,用通俗的语言介绍量子力学这样的学问必定有不精确✿★✿、不到位的地方✿★✿,因此本书除了解释关于量子力学初步的j9九游会官方登录✿★✿、直观的知识外✿★✿,还将用到一些数学✿★✿。”曹则贤说j9九游会官方登录✿★✿,当然✿★✿,也不能指望小朋友去演算特别难的方程✿★✿,所以他用了最少量的方程✿★✿,把重点放在介绍量子力学的实验基础✿★✿、思想逻辑和应用成就上✿★✿。

  “所有的复杂数学内容你都可以跳过✿★✿,然后接着看下去✿★✿。”曹则贤说✿★✿,孩子们可以通过本书记住一些伟大的名字✿★✿,那些改变了人类认知的伟大事件及其哲学✿★✿、方法论的背景✿★✿,那些不同寻常的大脑里的古怪想法✿★✿。等他们长大了✿★✿,就能更深入地理解量子力学的内容✿★✿,一起经历和理解未来那些激动人心的发现红色珊瑚的夏天✿★✿。即使不想成为物理学家✿★✿,量子理论训练的思维方式仍然有助于他们认识世界✿★✿。

  1938年✿★✿,科幻作家杰克威廉森出版了科幻小说《无边的时间》✿★✿,故事中说人类的未来有希望和堕落两种可能✿★✿,选择将由一个男孩作出✿★✿。他可能会在草地上捡起一块小磁铁✿★✿,成为了一个伟大的科学家✿★✿,或者捡起一块小石子j9九游会官方登录✿★✿,成为一个流浪汉✿★✿。这个故事让曹则贤深有感触✿★✿:“我们有太多的拥有成为伟大科学家天赋的小朋友✿★✿,他们需要的只是一块撩起好奇心的小磁铁✿★✿。我衷心希望✿★✿,我的这本小书会是这样的一块小磁铁✿★✿,能撩起许多小朋友对科学的好奇✿★✿。”

  同时✿★✿,曹则贤也强调✿★✿,这本书虽然名为少年版✿★✿,但它并不仅仅适用于少年读者✿★✿,他希望任何对量子力学感兴趣✿★✿、想入门的人✿★✿,无论年龄✿★✿、知识水平如何✿★✿,都能从这本书中有所收获✿★✿。

  在曹则贤看来✿★✿,量子力学是人类天才的精神创造✿★✿,为的是揭示我们存身其中的宇宙的秘密✿★✿,它同其他学科一样富有艺术性✿★✿、创造时的冒险性和美感✿★✿。“把量子力学描绘成晦涩难懂的✿★✿、充满怪异符号和复杂公式的✿★✿、只供科学怪物们理解的怪诞臆造物红色珊瑚的夏天✿★✿,无疑是个天大的误会✿★✿。它不过是人类在过去某个阶段的思想的结晶✿★✿,不会超过现代人的理解力太远✿★✿。我也不认为任何一门学科非要装出一副拒人于千里之外的架势不可✿★✿。”曹则贤说✿★✿,如果时间和能力允许✿★✿,他还将继续写作《相对论(少年版)》《热力学(少年版)》和《电磁学(少年版)》✿★✿。j9九游会✿★✿。九游会官方网站登陆j9·九游会游戏中国官方网站✿★✿。j9九游会网址✿★✿,九游会体育app官网九游会✿★✿,九游会J9·(china)官方网站-真人游戏第一品牌✿★✿!科技大学✿★✿,

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