简介

精彩点评

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  谈正民

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  《量子和粒子物理学何以解释世界》蒂姆·詹姆斯★★★★ 书是一本好书，可惜以自己这么愚笨的脑袋，妄图去一窥最聪明的头脑也难以理解的领域，哪怕是经转述的浅显语言，也实在只是徒劳。唯一可欣慰的，是量子物理告诉你，很多事情也许不必太介怀，你看到的或者只是随机不确定的虚幻，或者你希望的可能性正在另一个平行世界发生。笛卡尔说，我思故我在，量子说，你在因我看。2135

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  飞跃

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  以前看过曹天元的《上帝掷骰子吗？：量子物理史话》和高鹏的《从量子到宇宙：颠覆人类认知的科学之旅》，写的都挺好，各有千秋，但是都没有这本通俗易懂和简洁清晰，之前很多模糊的概念在这里一下子变得清晰了起来，蒂姆太赞了！！[强]

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  Melinda Hu

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  物理系毕业生来重温一下量子力学，脱离一堆复杂的公式，再去看量子力学，才发现原来并没有那么枯燥乏味。可读性很强，也没有长篇大论。挺好的👌

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  余奎

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  世界是物质的似乎是显而易见的，所有的东西都是由物质构成的，抱着这个信仰，我们可以不断地去拆分物质，找到物质的最小构成单位，也即最小的粒子。只是世界由物质构成本身只是个信仰而无法证明，人类的科学建立在信仰之上，如果信仰是错的，该多可怕。 而量子力学似乎在某种程度上意味着世界不是我们所见所感的那样，测不准和叠加态以及量子纠缠似乎也可以理解为物理世界是混沌的，丰富多彩的世界也可能是我们以特定的方式观察和感知的结果，意识创造了丰富多彩和具象。

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  oz

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  "当上帝在发呆的时候他在做什么""上帝粒子之所以叫上帝粒子是因为他（该死地）什么都不做"😀😀😀

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  一念

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  光到底是什么东西？ 读《量子和粒子物理学何以解释一切》和《上帝掷骰子吗？》 “光”是我们在这个世界上看到的第一个东西，可它到底是什么呢？看了《时间简史》后，更加迷惑了。于是继续看了《量子和粒子物理学何以解释一切》和《上帝掷骰子吗？》，来梳理一下大家都是怎么看的。 古希腊：光是一种非常细小的粒子流（粒子说） 古希腊人认为光是一种非常细小的粒子流，即光是由一粒粒非常小的“光原子”组成的。 优点：可以很好地解释为什么光总是沿着直线前进，为什么会严格而经典地反射，甚至折射现象也可以由粒子流在不同介质里的速度变化而得到解释。 困难：为什么两道光束相互碰撞的时候不会互相弹开？这些细小的光粒子在点上灯火之前是隐藏在何处的？它们的数量是不是可以无限多，等等。 笛卡尔：光是实空中的波（波动说） 1618年，笛卡尔（René Descartes）提出光是一种压力，在媒质（“实空”）里传播。我们周围各个方向都有一种看不见的物质，笛卡尔称之为“实空”，涟漪与波浪穿过“实空”就形成了光。 格里马第：光是一种类似水波的波动（波动说） 1655年，意大利格里马第（Francesco Maria Grimaldi）发现了光的衍射现象，认为光可能是一种类似水波的波动。（注意：水波是横波和纵波的复合波） 优点：可以解释投影里的明暗条纹，也容易解释光束可以互相穿过互不干扰 困难：既然波本身是介质的振动，但光似乎不需要任何媒介就可以任意地前进。（波动说假设了一种看不见摸不着的介质“以太”Aether） 胡克：光是以太的一种纵向波（波动说） 1665年，罗伯特·胡克（Robert Hooke）观察了光在肥皂泡里映射出的色彩以及光通过薄云母片产生的光辉，判断光必定是某种快速的脉冲，即纵向波，并认为颜色由频率决定。 牛顿：光是不同颜色的微粒混合（粒子说） 1672年作艾萨克·牛顿（Isaac Newton）色散实验：光经过三棱镜后出现七色光谱。他认为是不同颜色的粒子被分开。 惠更斯：光是一种靠物质载体来传播的机械波，是纵波（波动说） 荷兰物理学家惠更斯（Christiaan Huygens）证明和推导了光的反射和折射定律，1690年出版《光论》。 优点：较好解释了光的衍射、双折射（1669年丹麦巴塞林那斯E.Bartholinus发现）和著名的“牛顿”环（1665年牛顿发现）实验。 进攻：光传播过程中各粒子必然相互碰撞，导致光传播方向改变。而事实并非如此。 困难：寻找传播介质“以太” 牛顿：完善微粒学说（粒子说） 1704年《光学》，阐述了光的色彩叠合与分散，从粒子的角度解释了薄膜透光、牛顿环以及衍射实验中发现的种种现象。并把微粒说和他的力学体系结合在了一起。 进攻：如果光和声音同样是波，为什么光无法像声音那样绕开障碍物前进？双折射说明光在不同的边上有不同性质，波动说无法解释。 （第一次波粒战争终结） 托马斯·杨：光是在以太流中传播的弹性振动（波动说） 1801年，英国物理学家托马斯·杨（Thomas Young）设计了著名的双缝干涉实验 ，证明了光是一种波。同时指出光的不同颜色和声的不同频率是相似的。 困难：无法解释偏振现象（1817年，托马斯·杨放弃了惠更斯的光是一种纵波的说法，提出了光是一种横波的假说，比较成功的解释了光的偏振现象） 菲涅尔：光是一种横波（波动说） 1819年，菲涅尔（Augustin Fresnel）解释了光的衍射问题和泊松光斑，并用横波理论解释了偏振现象。 困难：以太必须是比金刚石还要硬无数倍 傅科：光速在水中变慢（波动说） 1850年，傅科（Jean-Bernard-Léon Foucault）测出水中光速为真空中的3/4。（根据粒子论，这个速度应该比真空中的光速要快，而根据波动论，这个速度则应该比真空中要慢。） 第二次波粒战争随着微粒的战败而尘埃落定。 麦克斯韦：光其实只是电磁波的一种（波动说） 1861年，麦克斯韦（Maxwell）在《论物理力线》指出光其实只是电磁波的一种，并由赫兹在1887年用实验予以证实。 迈克尔逊-莫雷：“以太”不存在（不利于波动说） 1886年，迈克尔逊-莫雷（Michelson-Morley Experiment）实验来探测光以太对于地球的漂移速度，“以太”被否定。 汤姆逊：电子由具有质量的粒子构成的（粒子说） 1897年，英国物理学家J. J.汤姆逊（Joseph John Thomson）利用电弧的偏转证明了电子的存在，并测量了电弧的重量。因为电有质量，所以它一定是由同样具有质量的粒子构成的。 普朗克：能量不是连续的，必须以量子为最小单位（不利于波动说） 1900年12月14日，普朗克（Max Karl Ernst Ludwig Planck）发表《黑体光谱中的能量分布》，统一长波、短波公式，算出普朗克常数。他在研究黑体的时候发现必须假定：能量在发射和吸收的时候，不是连续不断，而是分成一份一份的。量子诞生，推翻了自牛顿以来200多年、曾经被认为是坚不可摧的经典世界。这种连续性、平滑性的假设，是微积分的根本基础。 赫兹：证实了电磁波的存在（波动说），也发现了光电效应（粒子说） 1901年，海因里希·鲁道夫·赫兹（Heinrich Rudolf Hertz）实验证实了电磁波的存在，但同时也发现了光电效应。即，光的照射可以打出电子，对于特定的金属，能不能打出电子，由光的频率说了算；而打出多少电子，则由光的强度说了算。 爱因斯坦：光是由光量子构成的（偏粒子说） 1905年，阿尔伯特·爱因斯坦（Albert Einstein）发表了《关于光的产生和转化的一个推测性观点》，他研究光电效应时，假设光是离散的，由一个个小的基本单位所组成的，即光量子/光子（photon）。从一点所发出的光线在不断扩大的空间中传播时，它的能量不是连续分布的，而是由一些数目有限的、局限于空间中某个地点的‘能量子’（energy quanta）所组成的。这些能量子是不可分割的，它们只能整份地被吸收或发射。 康普顿：证明X射线是一种量子现象（偏粒子） 1923年，康普顿（Arthur H. Compton）证明X射线是一种量子现象。 “第三次波粒战争”全面爆发了。卷土重来的微粒军团装备了最先进的武器：光电效应和康普顿效应。 玻尔：量子轨道原子模型中电子是粒子（偏粒子） 尼尔斯·玻尔 (Niels Henrik David Bohr)在原子结构的行星模型中，引入一系列的量子化条件。电子只能在特定能量的轨道间跃迁，没有中间状态。 困难：1、为什么电子只能具有量子化的能级和轨道？2、谱线在弱磁场下的一种复杂分裂，称作“反常塞曼效应”（Anomalous Zeeman Effect）。这种现象要求引进值为1/2的量子数，玻尔的理论对之无可奈何。3、仅限于只有一个电子的原子模型。4、量子跃迁是指电子从一个壳层消失，出现在下一个壳层，并在这个过程中吸收一个光子（如果获得能量）或释放一个光子（如果失去能量）。 泡利：不相容原理（偏粒子） 1925年，沃尔夫冈·恩斯特·泡利（Wolfgang Ernst Pauli）发现，没有两个电子能够享有同样的状态，而一层轨道所能够包容的不同状态，其数目是有限的，即“不相容原理”（The Exclusion Principle）。 德布罗意：电子是一种波，光和其它粒子也是波（波动说） 1923年，路易斯·德布罗意（Louis de Broglie）发现电子在前进时，本身总是伴随着一个波（相波phase wave，或德布罗意波）。而且这个波的速度比光速还快上许多（这种波不能携带实际的能量和信息，因此并不违反相对论）。也就是说电子其实本身就是一个波。 所有的物质（包括光子）其实都是物质波（即相波）？桌子也是波，椅子也是波，地球也是波，你和我都是波？“德布罗意事变”将第三次波粒战争推向了一个高潮，光子、电子、α粒子还有更多的基本粒子都加入了战斗。现在的问题已经不再仅仅是光到底是粒子还是波，现在的问题还有电子到底是粒子还是波，你和我到底是粒子还是波，这整个物质世界到底是粒子还是波。 预言：电子在通过一个小孔或者晶体的时候，会像光波那样，产生一个可观测的衍射现象。预言很快就被戴维逊（C.J.Davisson）和革末（L. H. Germer）在美国证实了。 波特和威尔逊：支持光量子（粒子说） 1923年，波特（Walther Bothe）和威尔逊（C.T.R.Wilson）用云室进一步肯定了康普顿的论据，而波特和盖革（做α粒子散射实验）1924年的实验则再一次极其有力地支持了光量子的假说。 威尔逊云室：在19水蒸气在尘埃或者离子通过的时候，会以它们为中心凝结成一串水珠，从而在粒子通过之处形成一条清晰可辨的轨迹，就像天空中喷气式飞机身后留下的白雾。利用威尔逊云室，我们可以亲眼看到电子的运行情况，从而进一步研究它和其他粒子碰撞时的情形，结果它们的表现完全符合经典粒子的规律。 玻色：光是玻色子（粒子说） 1924年，玻色（S.N. Bose）把光看作是不可区分的粒子的集合，从这个简单的假设出发，他一手推导出了普朗克的黑体公式。即玻色—爱因斯坦统计方法，服从这种统计的粒子（比如光子）称为“玻色子”（boson），它们不服从泡利不相容原理，这使得我们可以预言，它们在低温下将表现得非常不同，形成著名的玻色—爱因斯坦凝聚现象。2001年，3位分别来自美国和德国的科学家因为用实验证实了这一现象而获得诺贝尔物理学奖。 玻色—爱因斯坦统计的确立是微粒在光领域的又一个里程碑式的胜利。原来仅仅把光简单地看作全同的粒子，困扰人们多时的黑体辐射和其他许许多多的难题就自然都迎刃而解！ 海森堡：提出量子矩阵力学（偏粒子） 1925年，沃尔纳·海森堡（Werner Karl Heisenberg）改进原子模型，与马克斯·波恩（Max Born）、帕斯库尔·约尔当（Pascual Jordan）等人一起提出量子力学。 薛定谔：建立波动力学，认为光子是波（偏波动） 1925年，埃尔文·薛定谔（Erwin Schrödinger）根据德布罗意的研究揭示的每一个运动的电子总是有一个如影随形的“相波”，他把电子看成德布罗意波，用一个波动方程去表示它，得到了名震整部20世纪物理史的薛定谔波动方程。它强调电子作为波的连续性一面，以波动方程来描述它的行为。 海森堡和薛定谔的力学在数学上等价，但一个是从粒子的运动方程出发，另一个是从波动方程出发罢 。就矩阵方面来说，它的本意是粒子性和不连续性，而波动方面却始终在谈论波动性和连续性。波粒战争到达了最高潮，并把这场战争再次升级到对整个物理规律的解释这一层次上去。 波恩：电子始终只是一个电子，只是出现的概率像波（偏粒子） 1926年，马克斯·波恩（Max Born）为量子力学引入不确定性和概率，认为电子本身不会像波那样扩展开去，但是它的出现概率则像一个波，严格地按照ψ的分布所展开。 概率原理的应用“量子隧穿”：当粒子到达墙壁时，其可能位置大部分在同一侧（波的峰值大多数在左侧），但每隔一段时间就会有一小部分出现在另一侧。这种情况并不常见，因为波函数的值在另一侧很低（只是一个小的隆起），但电子偶尔会出现在墙的另一侧。量子隧穿也解释了放射性的来源。 也就是说，崂山道士穿墙是有可能的，只不过概率很低。 汤姆逊：电子有波动性（波粒二象性） 1927年，汤姆逊从实验证明德布罗意的假定：电子并非总是粒子，它们有时像光子一样具有波动性。物质的极细颗粒（电子，原子等）都具有波动-颗粒双重性。意义是非常重大的；它不仅可以扩大量子力学的应用范围。同时也结束了关于光的颗粒-波动双重性约三百年的辨论。（1908年，J. J.汤姆逊因为证明电子是粒子而获得诺贝尔奖；1937年，他的儿子又因为证明电子不是粒子而获得诺贝尔奖。） 海森堡：不确定性原理（波粒二象性） 1927年，海森堡发表被称作Uncertainty Principle不确定性原理（测不准原理），我们不能测量电子的位置和动量，能量和时间。波尔和海森堡承认不确定性确实是建立在波和粒子的双重基础上的，它其实是电子在波和粒子间的一种摇摆：对于波的属性了解得越多，关于粒子的属性就了解得越少。 玻尔：电子既是粒子又同时是波（波粒二象性） 1927年，玻尔提出“互补原理”（The Complementary Principle）：电子不可能不是粒子，它也不可能不是波。那剩下的唯一的可能性就是……它既是粒子，同时又是波！但每次我们观察它，它只展现出其中的一面。 “第三次波粒战争”便以这样一种戏剧化的方式收场。而量子世界的这种奇妙结合，就是大名鼎鼎的“波粒二象性”。 泡利：所有粒子（包括光子）会自旋 物理学家沃尔夫冈·泡利对薛定谔方程进行了适当的修正，他把自旋的影响考虑在内，得到了泡利方程。当我们测量一个粒子时，薛定谔方程告诉我们它的可能位置，而泡利方程告诉我们它的可能自旋。 量子电动力学：电磁力是交换光子的结果 保罗·狄拉克在1930年出版的《量子力学原理》（The Principles of Quantum Mechanics）把电子和光子之间的相互作用称为“量子电动力学”，简称QED。认为电磁力（同性相斥，异性相吸）的本质是两个粒子之间不停地交换光子的结果。人们将电磁吸引力描绘成是由于交换大量称作光子的无质量的自旋为1的虚粒子引起的。重复一下，这里交换的光子是虚粒子。 QED还有另外一个重要的预测，即反物质。光子没有对应的反物质，如果反物质真的是在时间上后退的普通物质，光子应该就是它自身的反粒子，因为光子不经历时间。在狭义相对论中我们已经看到，随着速度的加快，时间会逐渐减慢，直至到达宇宙的极限速度。光子正是以那个极限速度移动，对它们而言没有时间的概念。光子的时间不会前进，也不会后退。反物质粒子的寿命很短，因为一旦遇到普通粒子（宇宙中的大部分粒子），它们就会湮灭，从而产生光子。 粒子物理：光子是没有静质量自旋为1的玻色子 宇宙间所有已知的粒子可以分成两组：自旋为二分之一的粒子，它们组成宇宙中的物质（夸克、电子、中微子）；自旋为0、1和2的粒子，它们在物质粒子之间产生力（光子、胶子、W粒子和Z粒子）。 物质粒子统称为“费米子”，拥有空间等属性，服从泡利不相容原理；传递力的粒子统称为“玻色子”，能够相互重叠。你的身体由费米子（电子和夸克）构成，因此你占据一定的体积。而一束光由玻色子（更确切地说是光子）构成，这就是手电筒的光能相互穿过，而不像激光剑那样相互碰撞的原因。 光子是自旋为1的玻色子，它没有静质量，只有动质量，所以它的速度才会是光速。 量子场论和大统一理论：光子和其它场粒子在高能状态下一样 我们的知识有三根主要的大树枝。第一个是广义相对论，可以解释天文学、宇宙学和引力；第二个是电弱理论，可以解释质量、光、放射性、经典力和化学；第三个是量子色动力学，可以解释原子核。包含四种主要的力： 第一种力是引力。这种力是万有的，也就是说，每一个粒子都因它的质量或能量而感受到引力。 第二种力是电磁力。它作用于带电荷的粒子（例如电子和夸克）之间，但不和不带电荷的粒子（例如引力子）相互作用。 第三种力称为弱核力。它负责放射性现象，并只作用于自旋为二分之一的所有物质粒子，而对诸如光子、引力子等自旋为0、1或2的粒子不起作用。除了光子，还存在其他3个自旋为1的被统称作重矢量玻色子的粒子，它们携带弱力。 第四种力是强核力。它将质子和中子中的夸克束缚在一起，并将原子核中的质子和中子束缚在一起。人们相信，称为胶子的另一种自旋为1的粒子携带强作用力，它只能与自身以及与夸克相互作用。强核力具有一种称为禁闭的古怪性质：它总是把粒子束缚成不带颜色的结合体。 量子场论把基本的力看成交换粒子的作用，比如电磁力是交换光子，强相互作用力是交换胶子，弱相互作用力是交换中间玻色子。在高能状态下，这3种新粒子和光子都以相似的方式行为，具有同样的强度，并因此可看成一个单独的力的不同方面。在这能量下，自旋为二分之一的不同物质粒子（如夸克和电子）也会根本上都变成一样，这样导致了另一种统一。 电磁场就是产生光波的介质。从本质上来说，手机、广播发射机、Wi-Fi集线器、蓝牙发射器、微波炉、红外遥控器和X射线扫描仪等设备都是手电筒。它们的发光频率（一种测量波函数振荡快慢的方法）可能太高或者太低，以至于我们的眼睛看不到，但所有的电磁波都是一样的。 超弦理论：光子是一根震动的弦 超弦理论（Superstring Theory）认为，任何粒子其实都不是传统意义上的点，而是开放或者闭合（头尾相接而成环）的弦。当它们以不同的方式振动时，就分别对应自然界中的不同粒子（电子、光子……包括引力子）。 https://mp.weixin.qq.com/s/gKvMBN3mywku3U_nPkm3ag

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  💞 大漂亮💞

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  通俗易懂，有趣不枯燥，从多个观点进行剖析论述。还是普通大众容易接受和理解的可去书籍。值得鼓掌！

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  无名

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  A++++爷自以为自创到差点不要脸的跑去找中科院院士顺便不要脸的要点钱的平行世界理论原来是60年前埃弗莱德的多世界诠释。真不知道我这搬砖的井底之蛙到底要不要脸 (¯﹃¯ԅ)

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  一开始看到书名的时候，我本以为会是一本比较硬核的科普读物。但是实际上作者远比我想的要更有幽默感一点，能看得出作者尽量不想让这本书太干（ '▿ ' ）这本书很好的展现了量子力学的开端到最新研究成果正如温伯格的箴言“学习科学发展史”。作为科普读物而言其深度我觉得是恰到好处的，不至于太难又不至于太简单而感觉什么都没学到还是需要动动脑子的。书中也是避免了晦涩难懂的各种公式转而用各种类比、隐喻来让读者把握重点，虽然说不能把它当作专业读物，但是满足一个高中生对量子力学的好奇心还是绰绰有余的ツ

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  艾耀福

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  功底深厚的作家以及真正伟大的科学家，用诙谐幽默的语言把量子力学这么枯涩的东西表达的如此易懂易读，实属难得的科普好书！

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  蛇蛇

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  推荐跳读（时至今日对理论发展史   对长长的时间线表格还是心怀畏惧）

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  Jack

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  没怎么学过量子力学，读起来很多不理解。但是能感受到量子力学的深奥和伟大，人类就是在不断探索宇宙奥秘的过程中不断认识宇宙认识自己，从而应用科学改造我们的生活。

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  唐僧

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  风趣幽默深入浅出是对一本科普书尤其还是量子粒子物理书的最高评价？[呲牙]

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  北海花花

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  Inspiring! 我始终认为人类中最富有想象力的人都去做了科学家。读这本书的体验很像是踩着巨人的肩膀，一步一步，飞到浩瀚宇宙游乐一回，然后晕晕乎乎回到地面，心里饱含对人类未来的美好期待。 作者把量子力学到粒子物理的发展脉络介绍的明晰易懂（更别提他幽默感绝佳），有基础物理知识的人阅读不会有太大困难（有困难也没问题，这本书足够有意思，the funny part能够抵消某些我称之为脑子纠缠的困扰状态） 物理学是在探索宇宙运行的逻辑和规则，科学家求索进程中，每次将将摸到这个规则的门槛，似乎找到了之前疑问的解答，立刻就会发现新的问题。知道的越多，便会面对更大的未知。每一次进步都伴随着挫败，问题似乎无穷尽。可跟着作者回溯整个科学发展脉络，能够发现，即使一直在挫败，但人类整体上已经向着未知前进了一大步。 我想这也是为什么作者把本书最后一小节起名为——起点。 想象力与求知欲终将带领我们探索更为浩瀚的宇宙。科学能够拯救我们的未来。

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  神经蛙

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  关于世界的起源与本质，人类是否能真正获得答案，似乎是种哲学问题 虽然都说物理学缺少突破性进展导致科技发展陷入瓶颈，但量子发现也快一百年了还没有实质应用，夸克中微子好像也帮不上什么忙，或许就算智子来了如今的成就也够我们发展两三百年了吧。