第一推動叢書 綜閤係列:實在終極之問 [Science and Ultimate Reality: Quantum Theory, Cosm] 下載 mobi epub pdf 電子書 2024

編輯推薦

約翰·惠勒是20世紀很有影響的科學傢之一，“黑洞”這一術語就是惠勒教授提齣來的。

惠勒的研究為20世紀下半葉的物理學發展勾勒齣瞭方嚮，他在探索世界真理的過程中錶現齣瞭恢宏氣度。

2018年新版的《第*推動叢書》全新設計瞭版式和封麵，簡約個性，提升瞭閱讀體驗，讓科普給你更多想象。

隨書附贈價值39.6元由汪潔、吳京平掰開揉碎,帶你懂科學好書的《經典科普解讀課》6摺券。

內容簡介

這本為慶祝著名理論物理學傢約翰?惠勒90周歲生日而齣版的文集，匯集瞭像惠勒教授一樣頂*的科學傢們對世界本質問題的*新研究成果，如：宇宙是怎麼來的？為什麼世界是量子的？存在是什麼？物質的本原是信息嗎？……這些問題是我們願意思考卻又難以迴答的。此書帶我們瞭解有關世界本質的知識，也是我們瞭解神秘宇宙的一本珍典。

作者簡介

約翰·巴羅（John Barrow），美國天體物理學傢，著名科學作傢。2008年被皇傢學會授予“法拉第奬”，他曾榮獲“洛剋天文學奬”和皇傢格拉斯哥哲學學會開爾文奬章。

譯者介紹：

硃蕓慧，羅璿，雷奕安

目錄

第一章 赫拉剋利特之傳承：約翰·惠勒及探索之癢

第二章 自然為什麼要用量子理論來描述

第三章 它來自量子比特

第四章 波函數：實體還是信息

第五章 量子化的成因？實體來自信息？觀察者和世界互動？——惠勒的三個深刻問題及相關實驗

第六章 能說和不能說的，過去和未來

第七章 非局域“薛定諤之貓”：一個探索量子-經典邊界的思想實驗

第八章 關於量子力學，量子計算機能告訴我們什麼

第九章 宇宙暴脹和“時間之箭”

第十章 宇宙學和永恒性

第十一章 平行宇宙

第十二章 量子引力論：結論和展望

第十三章 湧現：我們因此而生

第十四章 真正復雜性及其存在論

譯後記

精彩書摘

第2章：自然為什麼要用量子理論來描述（部分）

約翰·A. 惠勒最喜歡問兩個問題，一個是：“存在是怎麼來的？”另一個就是：“量子是怎麼來的？”（Wheeler 1998）第一個問題實在太難瞭，根本無從答起。因此，本文將試圖迴答第二個問題，也就是：“為什麼要用量子理論來描述自然？”

這個問題的答案又會是什麼樣子的呢？也許我們能從曆史中得到一些啓示。17世紀，物理學傢在麵對著行星運動的開普勒定律時，可能和我們現在處境一樣。應用開普勒定律，雖然可以經驗地準確預言行星的運動，但這組定律卻過於深奧，應用範圍也太小，讓人看不透“為什麼”行星要這樣運動。不久，牛頓指齣，開普勒的三大定律，可以通過他的一套力學定律（牛頓三定律），加上萬有引力定律推導齣來。到這一步，物理學傢纔終於敢說，自己多少“理解”瞭行星的運動。當然，當時還有不少謎團並沒有完全解開，牛頓自己也不理解：為什麼萬有引力可以超距作用，沒有媒介怎麼傳遞相互作用呢？

這個問題，直到愛因斯坦的廣義相對論齣現，纔得到解答。曆史上的另一個例子就是洛倫茲變換。洛倫茲告訴我們，麥剋斯韋方程經過他的變換，形式不變。而與此相反，牛頓力學下，明明更直觀的伽利略變換，卻沒有這種不變性。其實，這裏洛倫茲變換的地位，就像前麵的開普勒定律一樣，非常實用，但是“為什麼”自然要選擇它們，而不是更簡單的伽利略變換呢？要知道，如果要采用洛倫茲變換，就意味著會齣現尺縮效應等反常現象。最終，愛因斯坦迴答瞭這個“為什麼”的問題。他指齣，洛侖茲變換完全可以由兩條非常自然的原理推導齣來，這兩條原理即：物理定律在任何慣性參照係中都相同；光速不變性原理（光速和光源的速度無關）。這樣一來，那些奇怪的尺縮現象也就顯得好理解瞭。

這樣的探索，給我們帶來瞭莫大的滿足。通過尋求更深刻、更閤理的物理原理，我們覺得，那些原本神秘的物理現象，可以理解瞭。這種探索，不僅僅在於試圖建立錶現自然的數學規則，還在於所尋求的是更為基本的原理，從而闡述自然最深刻、最閤理的規律。

然而，物理學的進步，不僅僅給予瞭我們理解世界的滿足感（雖然這種感覺也挺重要的），更重要的是，新的理論能在更大的範圍內適用，並能給齣更精確的預測。過去的經驗錶明，對已有的，物理背後深層原理的探求，能夠促使新理論的誕生。從開普勒定律到牛頓運動學，然後到狹義相對論，再到廣義相對論，物理學的發展曆程，多次雄辯地證明瞭這一點。而這又更加激發瞭我們探索量子力學背後的深層原理的熱情。

本文中，我們要討論量子力學。當前的量子理論，包含瞭一套形式算符體係。比如，態由作用於復希爾伯特空間中的一個正定算符錶示，態的演化由一個幺正算符的作用錶示，而概率可以用求跡法則來計算。和行星運動的開普勒定律、洛侖茲變換一樣，這些數學規則同樣抽象，而且隻能針對某個具體問題。但我們需要的是，一個更基本的量子原理，從中不但可以推導齣現有的定律，而且還有可能像以前的基本原理一樣，給人新的啓示。我們希望它簡單直觀，讓現在各種反直覺的量子效應得到一個閤理的解釋；我們還希望它的齣現能進一步推動量子力學的發展（比如得到量子引力理論）。當最終找到瞭那個根本原理的時候，我們就能說，我們已經迴答瞭惠勒教授“量子是怎麼來的”這個問題。

在深入這些問題細節之前，我們先來看看量子理論到底是一門什麼樣的科學。量子理論應用廣泛，然而它的根本卻在概率的計算，也許把它稱為量子概率論更為準確。因此，量子理論的前身並不是人們通常認為的經典力學，而應該是經典概率論。由於不管哪一種概率理論都適用於各種問題（比如丟硬幣問題、骰子問題、統計力學和統計光學），顯然我們不能以應用的領域（是力學、光學還是電磁學）來區彆經典和量子概率論，這兩者的區分要取決於某種更基本的原理。事實上，這兩種概率理論都屬於同一種數學理論。本來，經典概率論就一直被當作數學，而不是物理課程來講授。而把量子概率論歸入物理的一部分，那是由於，量子物理的發展恰好揭示齣經典概率論不再適用的地方，從而導緻瞭新的概率論——量子概率論的誕生。但實際上量子理論（量子概率論）和量子物理的關係，與經典概率論和經典物理的關係是一樣的，量子理論和經典概率論都是某種元理論（meta-theories）。明白瞭量子理論和經典概率論的不同，或許就能問答惠勒教授的問題。下麵我們就來說明這一不同。

我們將迴答惠勒教授的問題：“量子是怎麼來的？”我們會給齣量子理論的5條公理，從而推導齣離散希爾伯特空間的量子理論。這5條公理不但顯得簡單閤理，而且其中4條在經典概率論和量子概率論中都是成立的。量子概率論和經典概率論的不同，僅僅是餘下的一條公理引起的，這條公理就是，任意兩個純態之間存在連續可逆的變換，正是這一“連續”的概念導緻瞭量子論的産生。這些工作首先發錶於哈代（ Hardy 2001，亦見 Hardy 2002），這裏我們隻摘要齣主要論點，證明的細節請參見Hardy 2001。

探討量子理論起源和結構的文章有很多1。這其中的很多文章是從量子邏輯的角度，試圖從建立測量（當作邏輯命題）之間的邏輯關係齣發，構建量子理論。

近年來，受到惠勒教授的問題的啓發，許多人試著從閤理的基本假設來推導量子理論，其中福斯（ Fuchs 2002）和策林格（ Zeilinger 1999）的論文很有意思，值得一讀。

C羅，處在人神之間的怪物！

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本書是基於霍金和彭羅斯在劍橋大學的六次演講和辯論而成，辯論主要圍繞量子場論和廣義相對論這兩種成功的理論是否可以被統一的問題。盡管爭論的問題不同瞭，但同之前那場著名的辯論一樣，在這裏彭羅斯擔任愛因斯坦的角色，而霍金充任玻爾的角色，他們的觀點同樣閃爍著人類智慧的光芒。

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