【文魁大脑读书会2016】 薛莲 第41本/100《量子宇宙》1

《量子宇宙》,阅读第1天

阅读时间:2016年4月8日,21:00-22:00,1小时;

阅读书本:《量子宇宙》,作者:【英】布莱恩·考克思、杰夫·福修;重庆出版集团,重庆出版社P1-P22;

阅读目标:了解有关量子力学的基础知识,提高我的物理学认知

阅读方法:细读

阅读感想:

今天状态不佳,仅阅读了两个小节。

本书与之前阅读的《上帝掷骰子吗》都是为了阅读霍金的《时间简史》作些铺垫,我希望了解得更多以后再详细阅读霍金的经典作品。

从仅阅的两小节中即可看出作者力求将复杂的物理学知识写得通俗易懂,且不能再简单。当然,即便如此,对于完全外行的我来说,仍需要花一些脑力、精力去读懂它。


世界组成

阅读笔记:

导言:

这本书是为感兴趣的外行们解释量子物理学的相关问题而写的。

本书的核心论点是,没有必要用隐晦艰深的方式看待量子力学,它是一个简单易懂的理论,只要你理解量子力学,就能对自然界做出预测。

如果你对解开量子物理学的密码感兴趣,它是一个不错的起点,在学者的陪同下,作一次奇妙的量子宇宙之旅。

第一章,奇怪的事情正在发生

对物理学家来说,量子力学是支持我们认识大自然的三大支柱之一,其他两个是爱因斯坦的狭义相对论和广义相对论。

爱因斯坦的理论处理空间和时间的性质与引力;

量子力学处理除此之外的一切。

一切现象实际上是以极小粒子的量子物理为基础的。

这些粒子组合在一起可以捕捉太阳发出的光线,并把这个能量转移到细胞的内部。

我们发现这些东西正是原子的集合,并且各种各样的原子仅由3种粒子构成:电子、质子和中子。

我们还发现质子和中子本身是由更小的称为夸克的实体组成的。支撑所有这一切的是量子理论。

将世界,包括人类在内的巨大的复杂性简化为描述一些微小的亚原子粒子的行为,和作用在它们之间的4种力。

4种力中的3种力已经得到最好的描述:(1)在原子核内部深处运行的强核力(2)和弱核力,和(3)将原子与分子黏在一起的电磁力,都是量子理论给出的。(4)只有万有引力,这个最弱的却为我们最熟悉的力,目前还没有满意的量子理论描述。

4种力:强核力、弱核力、电磁力、万有引力。

1926年,光量子被命名为“光子”。光的行为既是波,也是粒子。这标志着经典物理的结束和量子理论的开始。

第二章,分身术(同时出现在两个地方)

预测一个特定的原子何时会衰变是完全不可能的。放射性衰变是科学第一次遇到大自然玩掷骰子的游戏。

原子的大部分空间是空的。如果你想象把一个原子核扩大到网球的大小,那么小小的电子会小于一粒尘埃,它的轨道在距离网球一公里处。

卢瑟福的太阳系原子给波尔提供了需要的线索,并且在1913年玻尔发表了第一篇原子结构的量子理论文章。电子只能采取围绕原子核的一定轨道运行,能级最低的轨道最靠近核心。他还说,电子能够在这些轨道之间跃迁。

玻尔的原子模型,说明当一个电子从一个轨道向下跳落到另一个轨道时发射一个光子。

如果假设每个元素的原子都有唯一一组轨道,那么它们永远只能发出某些颜色的光。因此,一个原子发出颜色的行为就好像指纹。

总起来说,在普朗克、爱因斯坦引入光是粒子构成的想法之后,由麦克斯韦证明光还表现得像波。卢瑟福和玻尔是引导了解原子结构的先驱,但原子内部电子的行为与任何已知的理论不符合。

海森堡说,量子理论的工作应直接预测可观察的事物,如氢原子发出的光的颜色。不应当指望提供一种令人满意的原子内部运作的内心图片,因为这不是必须的,甚至可能是不可能的。

牛顿定律,在许多情况下成立,但当他们描述量子现象时,就完全失效。量子理论的定律取代牛顿定律,能够更准确地描述世界。

G是非常重要的数值,叫做“牛顿万有引力常数”,它解释万有引力强度。如果G加倍,力就加倍,苹果向地面下落的加速度速率加倍。因此,它描述了我们宇宙的基本属性之一,如果它取不同的数值,我们将生活在完全不同的宇宙中。

牛顿的三个运动定律和万有引力定律,是理解在万有引力存在下运动所需要的一切。仅仅这几个定律就能变戏法和使我们理解在太阳系中行星的轨道。

牛顿定律为我们提供了一个非常直观的世界描述,使我们能够精确地预测物体怎样到处移动。

牛顿定律是建立在直觉上的,就基础物理学而言,就好像是建筑在沙滩上的一栋房子。

双缝实验,电子的行为也不完全像一个规则的波,因为条纹图案不是由一些光滑的能量沉积的结果产生的;而是由许多微小的点产生的。

我们应该说,我们要建立的解释双缝实验的粒子的量子理论最后证明将也能解释原子的稳定性、由化学元素发出的彩色光线、放射性衰变,以及所有在19世纪20世纪初使科学家困惑的诸多谜团。

在现实中,量子物理学走上舞台和拯救世界。


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