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出版者:商务印书馆

作者:郭书春

出品人:

页数:198

译者:

出版时间:1997-4

价格:13.00元

装帧:平装

isbn号码:9787100021388

丛书系列:中国文化史知识丛书

图书标签:

• 数学
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现代量子物理学前沿探索 图书名称： 现代量子物理学前沿探索 图书简介： 本书旨在为对当代物理学最引人入胜、最具革命性的领域之一——现代量子物理学——感兴趣的读者提供一份全面而深入的导览。我们不再关注历史的尘埃或古典理论的框架，而是将焦点完全聚焦于二十一世纪物理学研究的最尖端阵地，探索那些正在重塑我们对物质、能量、时空乃至信息本质理解的前沿概念与实验突破。 本书的叙述逻辑，是从对量子力学核心原理的精准提炼入手，迅速过渡到那些构建现代物理学宏伟蓝图的关键支柱——量子场论（QFT）的深入剖析，并最终攀登至理论物理学的最高峰：量子引力（Quantum Gravity）的候选理论。 第一部分：量子力学与量子信息学的深度融合 我们将从基础的波函数和薛定谔方程出发，但很快会跳脱出早期的“哥本哈根诠释”的哲学争论，转而深入研究量子力学在信息科学中的实际应用。 1. 量子纠缠的非定域性与度量： 本部分将详细阐述爱因斯坦-波多尔斯基-罗森（EPR）佯谬的现代解读，重点讨论贝尔不等式的实验验证如何无可辩驳地确立了量子世界中非定域性的真实存在。我们不仅会介绍冯·诺依曼熵、纠缠熵等用于量化纠缠程度的关键数学工具，还将探讨“纠缠纯度”和“纠缠见证者”等在实验物理学中至关重要的概念。读者将了解如何通过测量贝尔态来确证量子关联的强度，以及纠缠如何在远距离系统中被精确操控。 2. 量子计算的理论架构与挑战： 区别于对量子比特（Qubit）概念的浅尝辄止，本书将深入探讨构建通用量子计算机所需的关键资源——量子门（Quantum Gates）的集合与优化。我们将详细分析Shor算法和Grover算法的数学原理，解释它们相对于经典算法的指数级或二次方加速的根源在于量子并行性。更重要的是，本书将批判性地评估当前量子硬件面临的严峻挑战，包括退相干（Decoherence）机制的物理根源，以及容错量子计算（Fault-Tolerant Quantum Computing）中对表面码（Surface Codes）等纠错方案的理论要求与实现难度。 3. 量子模拟器的兴起： 我们将介绍如何利用一个受控的量子系统（如超冷原子阵列或离子阱）来模拟另一个难以处理的复杂量子系统。这部分将聚焦于哈密顿量模拟的技术，包括Trotter分解法和现代的变分量子本征求解器（VQE）。这些方法正被用于解决材料科学和凝聚态物理中的强关联电子问题。 第二部分：标准模型之外：粒子物理学的未解之谜 在对量子场论（QFT）进行严谨回顾之后，本书将重点探索标准模型（Standard Model, SM）的局限性及其亟待解决的根本问题。 1. 希格斯机制的精确剖析与超越： 尽管希格斯玻色子已于2012年被发现，但其质量、耦合常数以及它与所有费米子的相互作用（特别是顶夸克）的精确测量，仍是检验标准模型完备性的关键。本书将讨论“希格斯自然性问题”（Hierarchy Problem），即为什么希格斯玻色子的质量远低于普朗克尺度，并详细介绍超对称性（Supersymmetry, SUSY）作为一种潜在解决方案，探讨其对低能物理的预言，例如超伴侣粒子的质量谱。 2. 中微子的质量与振荡： 中微子质量的存在打破了标准模型无质量中微子的预言。我们将深入分析中微子振荡现象的数学描述，并探讨海河索模型（Seesaw Mechanism）如何通过引入极重的中微子来解释其极小的质量。此外，本书还将探讨CP破坏在轻子扇区中是否存在，以及这是否能解释宇宙中物质-反物质不对称性的起源（重子生成问题）。 3. 强相互作用的非微扰领域： 量子色动力学（QCD）在低能下的复杂性是理论物理学的巨大挑战。我们将考察格子QCD（Lattice QCD）的数值方法如何被用于计算强子质量谱，并讨论夸克-胶子等离子体（Quark-Gluon Plasma）在极端高温高密度下的性质，这是大爆炸初期物质状态的重现。 第三部分：时空与引力的量子化尝试 本书的高潮在于对统一所有基本力的终极理论——量子引力的探索。我们认识到，广义相对论（描述引力）和量子场论（描述其他三种力）在普朗克尺度下是相互冲突的。 1. 弦理论的几何观与对偶性： 我们将不局限于初级弦理论的概念，而是深入探讨M理论作为所有五种超弦理论统一框架的地位。重点将放在AdS/CFT对偶性（反德西特空间/共形场论对偶）上，这是理解强耦合量子场论（如QCD的某些极限）与量子引力之间惊人联系的最有力工具之一。读者将学习如何利用共形场论中的共形块来推导引力理论的相干结果。 2. 圈量子引力（Loop Quantum Gravity, LQG）： 作为弦理论的主要竞争者，LQG提供了一种背景独立（Background Independent）的量子化方法。本书将详细介绍自旋网络（Spin Networks）和自旋泡沫（Spin Foams）的概念，这些是时空的基本“原子结构”。我们将讨论LQG如何从经典时空平滑性的概念中导出离散的体积和面积算符，及其对早期宇宙（如“大反弹”理论）的潜在含义。 3. 量子信息与黑洞热力学： 霍金辐射揭示了黑洞具有熵和温度。本书将聚焦于黑洞信息悖论，探讨信息是否真正丢失在奇点中。我们将详细分析张量网络（Tensor Networks）与ER=EPR猜想之间的深刻联系，这暗示着时空几何（虫洞）可能源于量子纠缠结构，这代表了量子信息论对引力理论最深刻的见解。 结论与展望： 本书不提供最终答案，而是引导读者直面当代理论物理学中最活跃、最富争议的交叉领域。通过对这些前沿理论的系统性梳理和深入分析，读者将能更好地理解我们对宇宙基本规律的认知正处于一场深刻的革命之中。本书适合具有坚实微积分、线性代数和基础量子力学背景的高级本科生、研究生及研究人员阅读。

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这本书最让我感到耳目一新的地方，在于它对古代数学的“应用性”的强调。我们常常习惯性地将古代数学视为“算术”，但这本书揭示了它在军事、水利工程和商业贸易中的实际作用。比如，书中对古代运河的流量估算方法，以及如何利用三角函数（尽管当时没有明确的三角函数概念，但其原理已经存在）来解决边境测量问题，都展示了数学作为一门实用工具的强大生命力。作者的叙事角度非常灵活，时而切换到宏大的历史背景，时而聚焦于某个具体案例的计算过程，这种节奏的把控使得长篇阅读也不会感到疲劳。它让我明白，中国古代的数学家们，他们面对的难题往往是关乎国家治理和民生福祉的，这赋予了他们的研究工作一种崇高的使命感。这不仅仅是一本关于数学公式的书，更是一部关于古代中国人如何运用智慧解决现实问题的史诗。

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阅读完这本力作，我感觉自己的知识结构被彻底刷新了。我原以为，高等数学的辉煌成就足以掩盖古代数学的光芒，但这本书让我认识到了自身的偏见。书中对秦汉时期代数思想的阐述，尤其令人称奇。那些“天元”的引入，其抽象程度和灵活性，竟然可以与后世的代数变量相媲美，这极大地颠覆了我对古代数学发展阶段的刻板印象。更让我震撼的是，书中对古代数学家个人生平和他们所处时代的社会背景的描绘。例如，书中对祖冲之在圆周率计算上的执着追求，不仅仅是数字上的突破，更是一种近乎于艺术创作的境界。作者的笔触细腻入微，将这些历史人物的探索历程，与当时的政治动荡、技术需求紧密结合起来，使得整本书读起来既有知识的深度，又不失故事的张力。这本书的学术严谨性和可读性达到了一个完美的平衡点。

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说实话，这本书的阅读体验是有些挑战性的，但绝对是值得的。它不像市面上很多通俗读物那样，为了追求流畅而牺牲了专业性。相反，作者敢于深入挖掘那些晦涩难懂的古代文献，并用现代的数学语言进行精准的翻译和解释。这要求读者必须有一定的耐心和基础知识储备。但正因为这种坚持，这本书才显得如此珍贵。对于那些希望深入研究中国古代科学史的学者或高阶爱好者而言，这无疑是一本不可或缺的参考书。我注意到作者引用了大量的原始文献和出土文物作为佐证，注释详实到令人佩服。它提供了一种严谨的视角，让我们能够站在现代的肩膀上，重新审视那些被历史尘封的伟大成就，而不是简单地进行肤浅的赞美。

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这本关于中国古代数学的著作，简直就是打开了一扇通往古代智慧宝库的窗户。我原本以为这会是一本枯燥的公式堆砌，没想到作者的叙述方式如此引人入胜。从最初的计数工具的演变，到那些在竹简和丝帛上留下的精妙几何图形，无不透露出古人非凡的逻辑思维。特别是书中对《九章算术》中那些经典问题的解析，不仅仅是简单地罗列步骤，更是深入探讨了其背后的思想根源。我记得有一章专门讲了“盈不足术”，那种层层递进，将复杂问题化繁为简的推理过程，读起来酣畅淋漓。作者似乎有种魔力，能让最抽象的数学概念变得具体可感，仿佛能亲眼看到古代的数学家们在昏黄的灯光下，对着星象和土地丈量出的世界进行演算。对于任何对历史和文化有兴趣的读者来说，这本书的价值远超一本单纯的数学教科书，它是一部展现古代中国人民智慧结晶的史诗。

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这本书的装帧和图示部分，也体现了出版方对中国传统文化的尊重。那些精心绘制的插图，清晰地展示了古代的度量衡工具，以及一些复杂的天文观测仪器的工作原理，这对于理解那些基于实际操作的数学推导至关重要。我特别喜欢其中关于中国古代建筑中的“模数”和“比例”的探讨。书中详细分析了古代宫殿和庙宇结构中，如何巧妙地运用分数和几何比例来达到视觉上的和谐与稳定。这说明古代数学早已渗透到社会生活的方方面面，绝非只是少数文人的清谈。我尝试着根据书中的一个例子，自己动手用尺子和圆规进行复现，那种将抽象概念付诸实践的满足感，是看纯粹的符号推导无法给予的。这本书成功地将“术”与“道”完美地结合了起来。

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非常专业，难得有书在介绍中国古代数学著作的同时，对数学推理思路一并进行介绍。

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这种小册子看着相对而言还是轻松不少。

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数学部分读不懂，史论部分读了一下。

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浅。趣。

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这种小册子看着相对而言还是轻松不少。