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出版者:

作者:Bosco, Antoinette

出品人:

頁數:0

译者:

出版時間:

價格:14.95

裝幀:

isbn號碼:9780896227491

叢書系列:

圖書標籤:

• 巧閤
• 命運
• 概率
• 關聯
• 神秘
• 故事
• 人生
• 偶然
• 事件
• 敘事

《迷霧中的航標：現代量子物理學前沿探索》 一、 導言：在微觀世界的邊緣眺望 本書旨在為廣大物理學愛好者、理工科學生以及對現代科學前沿充滿好奇的讀者，勾勒齣一幅關於量子力學最新進展的詳盡圖景。我們拒絕陷入枯燥的數學推導，而是著力於清晰地闡釋那些顛覆經典物理認知的核心概念、實驗進展及其深遠哲學意涵。量子世界，這個由概率、疊加態和糾纏主宰的領域，不僅是理論物理學傢爭論的焦點，更是驅動下一代技術革命的底層邏輯。 《迷霧中的航標》將帶領讀者深入探索量子力學的“第二篇章”——那些自20世紀80年代以來，在實驗技術飛躍的推動下，逐漸從純粹的數學抽象走嚮可觀測現實的前沿分支。我們聚焦於那些真正重塑我們對物質、信息乃至時空理解的突破。 二、 量子信息科學的基石與實踐 信息，在經典世界中是明確無誤的比特（0或1）。然而，在量子世界中，信息以量子比特（Qubit）的形式存在，它攜帶著疊加態的全部潛力。 2.1 量子比特的物理實現：從原子到光子 本章將詳細剖析當前構建穩定、可操控量子比特的幾大主流技術路徑。我們將考察超導電路（如榖歌和IBM采用的Transmon量子位），分析其退相乾時間的瓶頸與工程優化策略；深入探討囚禁離子（Trapped Ions）係統如何利用激光冷卻和射頻電磁場實現極高的門保真度，並對比其在擴展性上麵臨的挑戰。此外，我們還將討論拓撲量子計算的前瞻性概念，即利用準粒子來編碼信息，以期實現天然抗錯誤的量子計算機。讀者將瞭解到，量子計算機的“硬件”本身就是最前沿的物理實驗。 2.2 量子糾纏的度量與應用：非定域性的威力 糾纏，愛因斯坦稱之為“鬼魅般的超距作用”，是量子信息論的生命綫。本部分將摒棄簡單的雙粒子糾纏描述，轉而探討高維量子態（Qudits）的製備與測量，以及如何通過糾纏熵等數學工具來量化係統中信息的復雜程度。我們將深入剖析糾纏如何在量子隱形傳態（Quantum Teleportation）中充當“媒介”，以及它在量子密鑰分發（QKD）中提供不可破解安全性的機製。理解糾纏，就是理解量子信息處理的真正資源所在。 三、 量子引力與時空結構的新視角 量子力學描述微觀，廣義相對論描述宏觀引力。試圖將兩者統一的“量子引力”理論，是理論物理學的聖杯。本書的這一核心章節，將探討當前最熱門的幾種嘗試如何改變我們對時空本質的看法。 3.1 AdS/CFT對偶：引力的全息投影 反德西特/共形場論（AdS/CFT）對偶，是描述量子引力的一種強大的、具有數學嚴謹性的工具。本章將用通俗易懂的方式解釋這一驚人的猜想：一個具有引力的理論（如弦論中的AdS空間）可以等效於一個沒有引力的、存在於更低維度的量子場論（CFT）。我們將著重探討該對偶如何幫助物理學傢解決強耦閤係統中的問題，例如黑洞信息悖論的可能齣口——信息是否以全息圖的形式編碼在事件視界上？ 3.2 蟲洞、時空隧道與量子糾纏的聯係 近年來，量子糾纏與時空幾何之間的聯係變得異常緊密。我們將介紹ER=EPR猜想：愛因斯坦-羅森橋（蟲洞）與愛因斯坦-波多爾斯基-羅森對（量子糾纏）之間的內在等價性。這暗示著，我們所感知的時空結構，可能就是由大量的量子糾纏“編織”而成的。讀者將跟隨最新的研究，探討在特定量子態下，是否有可能通過“縫閤”糾纏來實現微觀尺度的時空連接。 四、 跨越邊界的實驗：從真空到生命 量子現象不再局限於低溫真空中的原子實驗室。本部分關注的是，量子效應如何滲透到更復雜、更“熱”的係統中，並催生新的應用領域。 4.1 物質波乾涉與引力傳感 我們迴頭審視物質波乾涉的最新進展，特彆是利用大型分子（如富勒烯）進行乾涉實驗，這直接挑戰瞭宏觀物體遵循經典運動定律的直覺。更進一步，我們將介紹原子乾涉儀如何成為地球上最精確的傳感器，用於測量重力梯度、加速度，乃至探測暗物質的微小擾動。這些設備利用瞭量子疊加態的極端靈敏性。 4.2 開放量子係統與生物物理學的交匯 “開放量子係統”描述的是一個與環境持續發生相互作用的量子係統。環境的“觀察”導緻瞭退相乾。然而，令人驚奇的是，一些生物過程，如光閤作用中的能量傳輸和酶催化反應，似乎巧妙地利用瞭量子相乾性來提高效率。本章將探討生物學傢和物理學傢如何閤作，使用諸如二維電子光譜學（2DES）的技術，來捕獲這些瞬態的量子動力學過程，揭示生命在分子層麵上的“量子優勢”。 五、 哲學迴響與未來展望 量子物理學始終是檢驗我們世界觀的試金石。本書的尾聲，將迴歸到對核心概念的再審視，而非停留在技術層麵。 我們將探討多世界詮釋（MWI）、退相乾理論等詮釋學流派的最新論戰，分析它們在解釋量子測量問題上的優勢與不足。我們不會給齣最終答案，而是呈現一個動態的、正在進行中的科學對話。 最後，展望未來十年，我們預測量子模擬器（利用一個可控的量子係統來模擬另一個難以處理的量子係統）將超越傳統計算機的極限，並在材料科學、藥物研發中扮演關鍵角色。 《迷霧中的航標》旨在成為讀者手中那盞指引方嚮的燈塔，照亮現代物理學中最深邃、最令人興奮的領域。它不僅是一本知識的匯集，更是一次對宇宙本質的深刻追問。

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