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量子力学

量子力学

手机,但没有喷气式包装

19 May 2011

量子力学的惊人故事:对自己的科学的无意义探索
James Kakalios
2010 Gerald Duckworth&Co Ltd / Gotham£12.00PB / $ 26.00HB 336PP

超级物理学

你有没有想过,我们承诺的所有飞行汽车和个人光线枪怎么样?任何看电视的人都去了电影院或阅读科幻小说知道现在我们应该居住一个充满惊人的设备的世界。实际上,我们这样做:问题是,当我们环顾四周时,我们看到我们最终获得的惊人设备大多不是那些预测的科幻小说。所以发生了什么事?为什么我们获得手机和互联网代替Jet Pack和传送器系统?

詹姆斯卡卡利奥斯’ book 量子力学的惊人故事 从同一问题的各种版本开始,并继续进行Quantum Mechanics对我们认为的大多数真正酷的设备负责(并且在能源技术中缺乏突破性的缺失的喷射包和其他小工具)。 Kakalios探索了这些无法预见的Quantum Revolution的后果,以实现两个基本目标:向非专家解释量子力学理论,并展示该理论如何给予我们酷的东西。

鉴于这些目标,一件特别令人愉快的一件事是它不是量子力学的另一个历史。解释非专家的量子力学,没有数学,一般是一个艰巨的挑战,通过非常哲学或非常历史迅速地避免了很多作家似乎害羞。 Kakalios通过基于真实设备背后的科学书籍,能够专注于量子理论的实际方面。

在本书早期,Kakalios将读者带了三个“impossible ideas”。简而言之,它们是:(1)光由离散数据包组成; (2)物质表现波属性; (3)一切都有内在的角度势头。专家将迅速识别这些想法,并欣赏它们不是在课程和教科书中呈现量子力学的标准起点。然而,这是一件好事,因为这些想法与日常经历有仔细连接,并直接与技术相关的问题。经常,标准方法最初关注 波段 及其奇怪,但这并不容易借给日常生活。

这本书的另一个方面使其对非专家有吸引力的是,基本上每个量子机械概念都与来自科幻小说或超级英雄的角色或故事相关联。实际上,大多数章节从这些故事开始,这为手头的话题提供了不寻常的上下文。例如,波力事件的一部分从图形小说中的一个故事开始 守望者 由Alan Moore,当实验对自然的四个基本力量进行壮观时,原子物理学家Jon Osterman被转变为曼哈顿的超级英雄博士。通过询问为什么这些实验转变为Osterman’S皮肤蓝,或者对他来说意味着什么“gain control”Kakalios在他的量子机械波段中获得了一个独特的起点,用于解决一些相当抽象和挑战的物理学。当然,量子力学发展的真正英雄–在所有教科书中的物理学家和化学家– also get their due.

通过这种小说和现实的混合,读者了解到发现量子力学的三个不可能的思想,以及他们对物质的基本行为所吝啬的意义。但是,有一次缺点是与虚构的故事开始每个章节。

在明尼苏达大学的物理学家以前写过一本名为Kakalios 超级英雄的物理学,科学小说之间的区别清晰明显。然而,熟悉科学真实历史或科幻小说的人物的读者最初可能怀疑正在讨论的人是否是真实的或虚构的。这始终在章节稍后明确,但起初它可能是令人不安的。

这本书的另一个弱点是,虽然卡卡罗斯在处理时做得很好“impossible”量子力学的想法,他似乎假设读者已经以同样的方式熟悉了能量。不可否认,节能的思想在某种程度上得到了解决,但在某种程度上,当能量落后的能量缺乏物理观点时,非专家可能遇到困难。在我对非专家教学物理学的经验中,这个词的常见用法之间的这种区别“energy”具体的物理概念是学生面临的最大挑战之一。在日常使用中,能源通常被视为独立的东西,如一个“energy field” or an “energy beam”。在物理学(在本书的应用程序中),能源是事物的财产,它可以有多种形式。

当我们通过三个不可能的量子力学思想与卡拉奥斯一起旅行时,他为读者提供了许多强大的类比。也许在后面的章节中最重要的类比涉及固体中的电子带结构,这提出来,因为兴趣Kakalios的设备都以固态物理接地。解释他们如何工作要求他解决了材料的电子行为。为此,他建议我们想象一下剧院中的电子,配有管弦乐队,阳台和夹层座位。当我们探索填充或未填充管弦乐队的影响时,并在不同的座位选项之间跳跃,我们了解材料如何获得全部重要的电子特性以及这对技术的方式。剧院类比的使用可能是这本书中最强的元素。使用它来建立电子世界的心理图片, 惊人的故事 结论是,从晶体管到LED和MRI的晶体管的内部工作的解释。

总的来说,这本书完成了其目标。通过专注于混凝土应用,现实世界的设备和有时的科幻小说幻想,不可能对非专业人士提供量子力学的抽象世界。作为奖金,我们了解量子力学的实际情况如何使一些能力和设备在早期到20世纪中期的科幻–更重要的是,它是如何给我们一系列不可预见的奇迹。

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