愛因斯坦的骰子和薛定諤的貓(簡體書)
商品資訊
系列名:第一推動叢書物理系列
ISBN13:9787571006778
出版社:湖南科學技術出版社
作者:(美)保羅‧哈爾彭
譯者:徐彬;陳楠
出版日:2022/10/01
裝訂/頁數:平裝/315頁
規格:21cm*14.5cm (高/寬)
版次:一版
商品簡介
當量子力學的不確定性推翻了牛頓的有序世界之時,愛因斯坦和薛定諤正處在這場物理學革命的最前沿。不過,他們二人對於量子力學的標準解釋都不滿意,愛因斯坦說了一句非常有名的話“上帝不會擲骰子”,而薛定諤則創造了著名的有關貓的故事,它既不是活的,也不是死的——這不是用來解釋量子力學,而是要突出顯示這一誤入歧途的理論是多麼荒謬。在《愛因斯坦的骰子和薛定諤的貓》一書中,物理學家保羅·哈爾彭講述了愛因斯坦和薛定諤如何尋求一種超越量子隨機性的 “萬物理論”。他們最終雖然失敗了,但他們的執著推動了物理學不斷前進。
作者簡介
保羅·哈爾彭
美國費城科學大學的物理學教授,著有14部科普讀物。他住在賓夕法尼亞州的費城附近。
名人/編輯推薦
“保羅·哈爾彭的書讓我們重新認識了二十世紀最偉大的兩位理論物理學家的人格、生活和成就。他把物理和個人故事講得栩栩如生,這種能力罕有其匹。”
——肯尼思·W·福特,美國物理研究所的前所長,著有《量子世界》
“我們此前也讀到過有關愛因斯坦和薛定諤的書。哈爾彭的這部書明白曉暢,寫作用心,與此前的書有所不同:他探討了對知識的好奇心和虛榮心如何與權力鬥爭和媒體攪和在一起,把懷有良好意願的人內心的惡激發出來,尤其是當這一切的賭注是創造出‘萬物至理’這樣寶貴的東西時。”
——MARCELO GLEISE R,著有《知識之島》
“這是最佳的科學寫作範本,文筆輕鬆,充滿有趣的細節和迷人的敘述,把愛因斯坦和薛定諤之間的友誼和背叛的歷史活生生擺在我們面前。這本書讓我們深切地認識到哲學如何推動科學的進步,同時對於媒體對科學的塑造和扭曲提出了深刻的批評。”
——AMANDA GEFTER,《擅入愛因斯坦家的草坪》
“我喜歡科普讀物,甚至在我寫的歌裡都用過‘上帝不擲骰子’和‘薛定諤的貓’這樣的話。我覺得保羅·哈爾彭的書發人深省,同時充滿樂趣。”
——ROLAND ORZABAL,“驚懼之淚合唱團”的共同創始成員
“保羅·哈爾彭給我們講述了一個有關友情、虛榮心,以及追求偉大發現的警世故事。他對現代物理學的敘述清晰明了,引人入勝,其中點綴了一些有關愛因斯坦、薛定諤,和他們的朋友的生活軼事。”
—PETER PESJC,
著有《音樂和現代科學的形成》,聖塔菲聖約翰學院科學研究所主任
“這本引人入勝的書敘述了這兩個人如何應對量子力學的最令人費解的特點之一:自然界的隨機性的外表。普通讀者和專家都會感興趣。”
——David C. CASSIDY,霍夫斯特拉大學化學教授,著有《超越不確定性:海森堡、量子物理和原子彈》
序
充滿矛盾的人
薛定諤的貓的模糊性也完全符合其創作者充滿矛盾的生活。這位戴著眼鏡,有些書呆子氣的教授,也具有多種對立觀點的量子疊加狀態。他的生活中陰陽疊加的特性開始於他年輕的時候。他從不同的家庭成員那裡分別學會了德語和英語。他與許多國家有聯系,但是他對自己的祖國奧地利始終保持至高無上的愛;他既不喜歡民族主義也不喜歡國際主義,希望完全躲開政治。
他熱愛新鮮空氣和運動,但是卻同時又是個大煙槍,讓別人淹沒在自己吐出的煙霧裡。在正式的學術會議上,他會穿得像背包客那樣步入會場。他稱自己是一個無神論者,卻經常談論神的動機。在他一生中,曾有一段時間,他和他的妻子,以及他第一個孩子的母親同時住在一起。他的博士研究是實驗和理論物理學的混合體。在他職業生涯的早年,曾有一段很短的時期考慮轉向哲學,不過很快就掉轉頭回到了科學上。後來,他還在奧地利、德國和瑞士的眾多大學之間來回奔波。
曾經與他合作的物理學家沃爾特·蒂林(Walter Thirring)描述說:“他就像一直被追逐著:他的天才把他從一個問題追到另一個問題,20世紀的政治權力斗爭把他從一個國家追到另一個國家。他是一個充滿矛盾的人。”
在他職業生涯的某個時刻,他強烈地認為,應該拋棄因果關係論,接納純粹的隨機性。幾年後,在建立了確定性的薛定諤方程之後,他又改了主意。他認為也許有因果法則。後來,物理學家馬克斯·玻恩重新用概率的角度解釋了他的方程。薛定諤在反駁了這一重新解釋後,他又回到了概率的概念。在生命的後期,他的哲學輪盤賭再次轉回因果關係的方向。
1933年,薛定諤因為納粹的統治,英勇地放棄了在柏林受人尊敬的教職。他是自主選擇離開的成就最卓著的非猶太物理學家。在牛津大學工作一段時間後,他決定回到奧地利,成為格拉茨大學的教授。但是,奇怪的是,在納粹德國吞並奧地利之後,他試圖與納粹政府達成協議,以保住自己的工作。在公開發表的悔過書中,他為早先的反對行為道歉,宣布忠誠於征服奧地利的納粹德國政權。盡管他曲意迎合,最後還是不得不離開奧地利,在新成立的都柏林高級研究院擔任了重要職位。到了中立國的土地上之後,他就宣布收回他原來發表的自我懺悔。
“希特勒在德國上臺後,他表現出了作為一名公民的勇氣,令人贊嘆,而且放棄了德國最受人尊敬的物理學教授的教職,”瑟林說。“可是當納粹重新掌控了他時,他被迫違心地贊同施行恐怖統治的政權,這一表現令人為其扼腕嘆息。”
量子研究的戰友
愛因斯坦曾經是薛定諤在柏林期間的一位同事和密友,一直都支持薛定諤,而且樂於與他談論他們在物理和哲學上的共同興趣。他們共同對抗一個惡棍:純粹的隨機性,這是自然秩序的對立面。
在斯賓諾莎和叔本華的著作中,統一的原則是意志的力量將自然界中的所有東西聯系在一起。愛因斯坦和薛定諤都曾熟讀這兩位哲學家及其他哲學家的作品,兩人都不喜歡將模糊性和主觀性納入到宇宙的任何基本描述中。雖然兩人在量子力學的發展中都發揮了重要作用,但是他們倆都認為這個理論是不完整的。雖然他們認識到了量子力學理論在實驗方面的成功,但是他們認為,進一步進行理論研究,會揭示一個永恒的、客觀的現實。
他們的聯盟因為玻恩對薛定諤波動方程的重新詮釋而得以鞏固。薛定諤提出該方程的本意,是對有形物質波的連續行為提出模型,表示出電子進出原子的狀態。麥克斯韋構造了確定性的方程,將光描述為在空間傳播的電磁波。與之類似,薛定諤希望自己的方程能詳細描述物質波的穩定流動。因此,他希望能解釋電子的所有物理性質。
玻恩破壞了薛定諤描述的確定特性,用概率波代替了物質波。概率波不需要直接測量其物理性質,而需要通過對概率波值進行數學運算來計算出來。通過這樣做,他把薛定諤的方程與海森伯的不確定性觀念融合在了一起。海森伯提出,我們無法同時精確地測量某些成對的物理量,如位置和動量(質量乘以速度)。他在他著名的不確定性原則中寫入了這樣的量子模糊性:一個研究者測量一個粒子的位置越是精確,他對其動量所知就越少——反之亦然。
薛定諤急切地想提出描述電子和其他粒子的實質的模型,而不僅僅是它們的可能性,他批評海森伯-玻恩的方法存在不可捉摸的因素。他同樣也避開了玻爾的量子學說,即所謂的“互補性”,該學說認為量子或是顯示波動性質,或是顯示粒子性質,這取決於實驗者選擇使用何種測量儀器。他反駁說,自然應該是可視的,不是一個帶有隱匿的工作機制的神秘的黑匣子。
由於玻恩、海森伯和玻爾的觀念在物理界被廣泛接受,最後相融形成了所謂的“哥本哈根詮釋”,也就是正統的量子觀,愛因斯坦和薛定諤自然成了盟友。兩個人在晚年都希望找到一種統一場論,填補量子物理學中的空隙,把自然力結合到一起。通過擴展廣義相對論來包括所有的自然力,這樣的理論將會以純幾何取代物質——實現畢達哥拉斯學派所說的“萬物皆數”的夢想。
目次
第二章 對引力論的考驗
第三章 物質波動和量子躍遷
第四章 對統一論的不懈追求
第五章 怪異的聯繫和殭屍貓
第六章 愛爾蘭人的運氣
第七章 公共關係與物理學
第八章 最後的華爾茲
結語 超越愛因斯坦和薛定
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