【XH】 QED:光和物質的奇妙理論 下載 mobi epub pdf 電子書 2024

基本信息

書名：QED:光和物質的奇妙理論

定價：25.00元

作者： R·P·費曼,張鍾靜

齣版社：湖南科學技術齣版社

齣版日期：2012-12-01

ISBN：9787535772442

字數：

頁碼：129

版次：1

裝幀：平裝

開本：32開

商品重量：0.272kg

編輯推薦

費曼的原創精神簡直是不可遏製的。在《QED：光和物質的奇妙理論》這本離奇、絕妙的書中，他嚮外行讀者介紹瞭光的量子理論。
通過這談興濃鬱、輕鬆有趣的四個章節，費曼沒用一個公式就嚮廣大讀者講解瞭QED，而他本人則為這個理論提齣瞭一個很有用的、作用強大的形式。

內容提要

由於對物理世界隻眼的洞察力而聲名卓著的諾貝爾奬獲得者費曼，同時還具有嚮普通大眾講解難懂概念的超凡天賦。在《走近費曼叢書·QED：光和物質的奇妙理論》中，費曼對QED（即量子電動力學——量子場論中描述光與帶電粒子相互作用的部分）做齣瞭經典的頗具的講解。他運用日常的語言、空間的意念、具形的想象和他的的費曼圖，而不是高深的數學，就QED的實際內容及其精神嚮外行讀者進行瞭清楚明白而富於幽默的傳授。徐一鴻的新序言將《走近費曼叢書·QED：光和物質的奇妙理論》和他對QED所做的創造性貢獻放在曆史發展的境遇加以考量，並進一步突齣瞭費曼獨特的富於感染力和啓發性的風格。

目錄

2006年版引言
講座前言
編錄者序
緻謝
1.緒論
2.光子：光的粒子
3.電子和它們的相互作用
4.鬆散的結尾

作者介紹

理查德·菲利普斯·費曼（英文：Richard Phillips Feynman，1918年5月11日—1988年2月15日），美籍猶太裔物理學傢，加州理工學院物理學教授，1965年諾貝爾物理奬得主 。理查德·費曼，高中畢業之後進入麻省理工學院學習，初主修數學和電力工程，後轉修物理學。1939年以優異成績畢業於麻省理工學院，1942年6月獲得普林斯頓大學理論物理學博士學位。同年與高中相識的戀人艾琳結婚。1942年，24歲的費曼加入美國原子彈研究項目小組，參與秘密研製原子彈項目“曼哈頓計劃”。1945年艾琳去世。“曼哈頓計劃”結束，費曼在康奈爾大學任教。1950年到加州理工學院擔任托爾曼物理學教授，直到去世。

提齣瞭費曼圖、費曼規則和重正化的計算方法，這是研究量子電動力學和粒子物理學不可缺少的工具。費曼還發現瞭呼麥這一演唱技法，曾一直期待去呼麥的發源地——圖瓦，但是終未能成行。 他被認為是愛因斯坦之後*睿智的理論物理學傢，也是第*位提齣納米概念的人。

文摘

阿莉剋斯·毛特納對物理學很好奇，常常要我給她講解。我想，這事我能應付得來，正如在加州理工學院有一群學生每星期四到我這裏來花一個小時討論物理問題我能應付得來一樣。可結果，我感興趣的這部分卻沒成功：我們老是在討論量子力學那些古怪的概念時給窘倒瞭。我告訴阿莉剋斯，我不能隻花一個小時或一個晚上把這些概念給她解釋清楚——這需要花很長時間，但我答應她，總有一天我會準備一個係列講座來講解這個課題。

我準備瞭幾講，然後去新西蘭試試如何——因為新西蘭反正遠得很，即使講砸鍋瞭，也沒什麼瞭不起。噢，新西蘭人認為講得還不錯，所以我猜這講座還可以——至少對新西蘭是這樣。現在我在這裏講的就確實是我為阿莉剋斯準備的講座，但很遺憾，現在，我不能直接講給她聽瞭。

我願意給大傢談的是物理學中已經為人所知的部分，而不是未知的部分。人們總是要求我們講解“統一”——把這個那個理論統一起來這一類工作的新進展，而不給我們機會嚮他們講解我們已經掌握得很好的一個個理論。他們總是想瞭解我們尚不知道的東西。所以，與其用一些半生不熟、我們尚且一知半解的理論把你們弄得暈頭轉嚮，還不如像我所願意的那樣給你們講一講一個我們已經分析得通透至微而掌握瞭的課題。我喜歡物理學的這個領域，而且認為它是絕妙的——那就是量子電動力學，或簡而言之，QED。

我這幾講的目的是盡可能準確地描述關於光和物質的奇妙理論——或者更明確地說，是關於光與電子的相互作用。要講完我想講的所有內容，需要很長的時間。好在我們分四次講，我會好好利用這些時間，把所有內容都弄清楚。

物理學在過往的曆史中，嘗試將眾多現象綜閤為很少幾個理論。例如，在早期，人們觀察到運動的現象和熱的現象；還有聲、光和重力的現象。但在牛頓（Sir Isaac Newton）解釋瞭運動的規律以後，人們很快發現，這些過去看起來毫不相乾的現象，其中有些其實是同一事物的側麵。例如，聲音現象完全可以理解為空氣中原子的運動。所以聲音就不再被看作是運動之外的什麼事瞭。人們還發現，從運動規律齣發，熱現象也是容易理解的。用這個方式，一大堆物理學理論被綜閤成一個簡明易懂的理論。不過萬有引力理論除外，它不能用運動規律來理解，甚至在今天它也還是與其他理論毫無聯係。迄今，萬有引力仍不是藉助其他現象所能理解的。

在把運動、聲和熱這幾種現象綜閤起來之後，人們又發現瞭我們稱之為電現象和磁現象的幾種現象。1873年，這些現象同光和光學現象被麥剋斯韋（James Clerk Maxwell）的一個理論綜閤在一起，麥剋斯韋提齣光就是電磁波。所以在這個階段，有運動定律、電和磁的定律和萬有引力定律。

1900年前後，一種解釋物質到底是什麼的理論齣現瞭。它被稱為物質的電子理論——認為原子中有很小的帶電粒子。這個理論逐漸演化發展，認為原子中有一個重核，並有電子繞它鏇轉。

人們想藉助力學定律，就是說想仿照牛頓利用運動定律探究齣地球如何繞日運行的辦法來理解電子繞核鏇轉，這個努力是失敗瞭：它做的所有預言都是錯的。（附帶說一句，相對論大緻也是在這段時間裏提齣來的，你們大傢都把它理解成是物理學中的一場革命。但與牛頓運動定律不能用於原子這個發現比起來，相對論隻是個小修正。）建立另一個體係取代牛頓定律花費瞭很長時間，因為原子水平上的現象是很奇怪的。要領悟在原子水平上發生的事情，人們必須拋棄常識。後，在1926年，用來解釋電子在物質中的“新型行為”的一種“非常識性”理論建立起來瞭。這個理論看來好像荒誕不經，但事實然絕非如此：它就叫做量子力學。“量子”這個詞是指自然界那個違背常識的特彆的一麵。我準備和你們談的，就是關於這一麵的問題。

量子力學的理論還解釋瞭所有各類現象的細節，例如為什麼一個氧原子和兩個氫原子閤成水，等等。這樣，量子力學就也為化學提供瞭背景理論。所以說基礎的理論化學實際上就是物理學。

量子力學由於能夠解釋物質所有的化學性質和其他各種性質而獲得極大的成功。但關於光和物質的相互作用還是存在問題。就是說必須將麥剋斯韋的電和磁的理論加以改造，使之與已經建立起來的新的量子力學相適應。這樣，在1929年，一個新的理論——關於光和物質相互作用的量子理論——終於由一些物理學傢建立起來瞭。它的名字倒是怪可怕的，叫做“量子電動力學”。

但是這個理論曾有過讓人頭疼的麻煩。如果你粗略地進行計算，這理論能給你相當閤乎邏輯的結果。但要是想進行更的計算，你會發現修正值（你原以為計算越，修正值會越小吧！例如一係列的修正值中，下一個會比上一個小）事實上很大——事實上竟然是無窮大！原來，這個理論不允許你把任何一個量計算得超過的精度。（此為電子書）

順便說一下，剛纔我給你們概括講的那些，我把它稱為“物理學傢的物理學史”，這種物理學史從來是不正確的。我剛纔給你們講的是物理學傢給他們的學生講的形式化的神話故事一類的東西，學生又把這些講給他們的學生。我剛纔講的這些不同真實的曆史發展有什麼聯係，說真的，我並不大知道真實的曆史過程到底是怎樣發生的。

無論如何，我還是要接著講這段“曆史”。P·狄拉剋（PaulDirac）利用相對論建立瞭電子的相對論——不過他沒有把電子與光相互作用的影響考慮在內。狄拉剋的理論是說，電子有一個小的磁矩——就像是一個小磁體的力那類東西，它的強度正好為某種單位製的1個單位。後來，大約到瞭1948年，實驗發現實際值應該是接近於1.00118個單位（小數點後後一位數的不定度約為3）。當然，電子要與光相互作用，這是眾所周知的，所以有某個小修正值正在意料之中。人們還期望這個修正值從量子電動力學這個新理論的觀點看來也是可以理解的。但計算的結果，這個修正值不是1.00118，而是無窮大——經驗告訴我們，這結果是錯的！

好瞭，在量子電動力學中如何進行計算這個問題被J·施溫格（JuliaSchwinger）、朝永振一郎（Sin-Itiro Tomonaga）和我本人於1948年前後解決瞭。施溫格是個使用一種新的“殼層遊戲”（shell game）計算這個修正值的。他算齣的理論值是1.00116，與實驗值已經相當接近，這說明我們的思路是對的。後，我們終於有瞭可以用來進行計算的關於電和磁的量子理論瞭。我打算給你們講的就是這個理論。

量子電動力學的理論到現在已經經受瞭五十多年的檢驗，檢驗的條件越來越廣泛、檢驗的精度越來越高。現在，我可以驕傲地說，在實驗和理論之間，不存在重大分歧。

這裏我給你們幾個近得到的數據，讓你們領略一下這個理論如何備受艱辛地通過檢驗：狄拉剋數的實驗值是1.00115965221（小數點後後一位數的不定度大約為4），而理論值為1.00115965246（不定度約為實驗誤差的五倍）。為瞭使你對這個度有個概念，我給你打個比方：如果你在測量洛杉磯到紐約的距離時到瞭這個程度，那你就是到瞭人的一根頭發那麼細。在過去的五十多年裏，量子電動力學就是這樣從理論和實驗兩個方麵精巧靈敏地經受著考驗。順便說一句，我剛纔隻是舉瞭一個數據給你們看。實際上量子電動力學中，其他東西的測定值也差不多是這樣，它們與理論值同樣符閤得相當好。這個理論的內容一直在非常大的尺度範圍內——從地球大小的一百倍到原子核大小的百分之一——經受著考驗。我介紹這些數據是為瞭嚇唬你們，迫使你們相信這個理論大概不會太差。下麵，我會給你們講這些計算是怎麼做的。

對於量子電動力學所描述的現象，其範圍之寬廣，我想再一次加深你們的印象。反過來說容易點，讓我反著說：它能描述物理世界的所有現象，隻是萬有引力作用——那種把你們束縛在椅子上的作用（實際上，現在把你們束縛在椅子上的是萬有引力再加上你們的禮貌，我想）——和放射性現象（它們涉及到核的能級躍遷）除外。這樣，如果我們把萬有引力和放射性（更恰當地說，是核物理）除開不算，剩下來的是什麼呢？汽車中汽油的燃燒、發泡起沫、鹽或銅的硬度、鋼的剛性。事實上，生物學傢正在盡其所能地藉助化學對生命做齣解釋，而正如我已經說過的，化學背後的理論就是量子電動力學。

我必須澄清一件事：在我說物理世界的所有現象都可以用這個理論解釋時，我們並不真的知道是不是這樣。我們所熟悉的大部分現象都涉及極大量的電子，要我們這貧乏可憐的頭腦去跟蹤如此復雜的事物，那可太難瞭。在這種情況下，我們可以運用這個理論粗略地估算齣什麼情況應該發生，並粗略地估算齣在這種復雜的環境中，真真正正發生的到底是什麼。但是，如果在實驗室裏安排一個在簡單的環境下隻涉及僅僅幾個電子的實驗，我們就可以很地計算齣什麼情況可能會發生，而且也可以很地把它測量齣來。我們無論何時做這種實驗，量子電動力學的理論總是錶現得很好。

我們物理學傢老是在檢驗，查看這個理論是不是有什麼毛病。這種查看是一種遊戲，因為如果真有什麼毛病，那就很有意思瞭！但到目前，我們還沒發現量子電動力學有什麼問題。所以我可以說，它是物理學的珍寶——我們驕傲的財富。

序言

　　費曼的原創精神簡直是不可遏製的。在這本離奇、絕妙的書中，他嚮外行讀者介紹瞭光的量子理論。
　　——《紐約客》
　　
　　通過這談興濃鬱、輕鬆有趣的四個章節，費曼沒用一個公式就嚮廣大讀者講解瞭QED，而他本人則為這個理論提齣瞭一個很有用的、作用強大的形式。
　　——P.MOJTison《科學美國人》
　　
　　費曼這個四講的講座肯定極為奇特，它們也就成瞭同樣極為引人入勝的一本書，一本由於他的纔情和妙語而充滿情趣的QED入門讀物。任何一位對物理學的今天懷有好奇心的人都應該買這本書。不僅是為瞭對量子理論深層含義的勉力把握，也是為瞭對曆史的一個片刻的存心保有。
　　——P.Waloschek《自然》
　　
　　由有本事清晰地講解物理學的這位公認帶領的又一次智力之遊。
　　——J.Boche《泰晤士文學期刊》