理解科学丛书·日出：量子力学与相对论 epub pdf mobi txt 电子书 下载 2024

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产品特色

编辑推荐

　　

　　在20世纪初期乌云密布的物理学天空中，量子力学和相对论如何喷薄而出？

　　《日出：量子力学与相对论》讲述一个震撼人心的英雄时代。在物理学精英的传奇故事中，挖掘产生新思想的源动力。

内容简介

　　纵观20世纪物理学的百年发展史，可谓群星璀璨，英才辈出，《日出：量子力学与相对论》描述了在20世纪初期，那个乌云密布的物理学天空中，海森堡等人如何看到日出的场景。在20世纪初期的量子力学与相对论大革命中，涌现了大量的类似于海森堡这样的物理学英雄人物，那是一个震撼人心的英雄时代。《日出：量子力学与相对论》通过对这些英雄人物的成长经历与思想历程的梳理，从科学与文艺的双重角度建构了一个又一个栩栩如生的人物剪影。《日出：量子力学与相对论》适合于大中学生、教师，对物理与物理学发展历史感兴趣的读者，也适合物理研究人员和物理学史研究者等专业人士参考使用。

作者简介

　　张轩中，北京师范大学物理系理论物理专业毕业，从事离子阱与质谱仪器研究。著有《相对论通俗演义》，曾在多家知名媒体发表多篇文艺与科学评论。

内页插图

精彩书评

　　《日出：量子力学与相对论》把量子力学与相对论的历史做了有趣的串讲，是一本很难得的由中国的年轻人自己写的科普作品。文笔生动，可读性强。
　　——梁灿彬 北京师范大学教授 著名相对论专家

　　作者满怀浪漫瑰丽的青春激情，以富有诗情画意的史诗风范与雅俗共赏的演义风格，展现了最近两个世纪以来伟大物理学家探索大自然神奇玄奥的深层数学物理结构的波澜壮阔历程。
　　—— 吴新忠 上海交通大学科学史与科学文化研究院教师

　　作者用明晰诙谐的语言讲述了量子理论和相对论发展历程中许多引人入胜的故事。将科普与中国人文融合起来,这是一部生动而让人愉悦的作品。
　　——凌意，中国科学院高能物理研究所研究员

　　“量子力学和广义相对论恐怕是大学物理系中挂科率和逃课率很高的课程，这本书以虚实相间的风格精彩地演绎了二者发展历程中的复杂旋律，是现有专业书籍的有益补充。”
　　——李剑龙 浙江大学理论物理博士

　　现世的整个人类世界都沐浴在20世纪初物理学之“日出”——量子力学和相对论的光辉之下，虽然很多人都不愿做夸父，但相信所有人都向往光明。让我们一起和轩中兄探索光明之源吧！
　　——罗会仟 中国科学院物理研究所副研究员

　　对于没有物理背景的读者，这本书中的故事和形象而准确的比喻提供了对量子力学的一种浪漫窥视；对于有物理背景的读者，这本书对量子力学的产生和发展进行了教科书以外的有趣的梳理；而对于像我一样需要教书的老师来说，这本书提供了丰富的素材。毫无疑问，轩中的这本书，对于中国读者理解现代物理在20世纪的发展提供了一个富有魅力的特殊角度！
　　——吴骏 香港中文大学教师

目录

第一部分：量子力学部分
第一章 孤儿：两个钻石王老五
第二章 监狱里的群论
第三章 爱因斯坦与波尔兹曼，马赫
第四章 写清楚熵公式的人
第五章 富二代德布罗意:凌晨旧戏
第六章 薛定谔：遗情书 　　
第七章 十年前的玻尔
第八章 物理思想集大成者：爱因斯坦
第九章 犀利哥
第十章 海森堡：日出
第十一章 交换游戏
第十二章 物理学牛市：矩阵的运动方程
第十三章 科莫湖畔的费米
第十四章 第五届索尔维会议
第十五章 狄拉克矩阵：相对论与量子力学的婚姻
第十六章 海鸥，马约拉纳
第十七章 朗道：苏联之子
第十八章 广岛之吻
第十九章 原子弹研发与物理学熊市
第二十章 枪手，猫论
第二十一章 在战后的废墟上
第一部分附件

第二部分：相对论部分
第二十二章 乡下的月光
第二十三章 牛顿引力的高级版本：拉普拉斯方程
第二十四章 三体问题
第二十五章 惯性参考系
第二十六章 伯尔尼克拉姆大街49号
第二十七章 公务员的奋斗
第二十八章 三年半的沉默
第二十九章 朗之万：双胞胎悖论
第三十章 广义相对论
第三十一章 美国空军的研究员
第三十二章 贝肯斯坦和霍金
第三十三章 宇宙学
第二部分附件

跋

精彩书摘

　　第十章 海森堡：日出
　　（1）
　　1923年夏天的一个闷热的傍晚，云层在高空形成湍流，校园里没有一丝风，热浪让空气无语凝抑。德国慕尼黑大学的一间教室坐着几个教授模样的人，他们已经听完了一个23岁年轻人博士论文答辩。
　　其中一个教授模样的人翘着二郎腿，不屑地对年轻人说：“海森堡，你这样下去是不行的啊——虽然我听说你父亲在这个大学里也是有名望的教授……但是，我们是要讲事实的，你的湍流理论缺乏实验数据的支持，模型也有问题，我在考虑要不要给你这个博士学位。”
　　年轻人低着头羞涩地站在讲台边上，唯唯诺诺地说：“维恩教授，其实，关于湍流，我……” 名叫维恩教授粗暴地打断了年轻人的话，说：“别再解释，你的论文不行，你实验也不行，理论也不行，你这样混一个博士学位，对你个人的成长也很不利……。”
　　年轻人似乎有点愤怒了，他的眼睛里充满委屈的愤怒光芒，血液象岩浆一样在沸腾，拳头已经紧紧地攥起来。心想老子我15岁自学微积分，高中毕业读完外尔写的相对论……海森堡听见自己的喉结在颤动，下面吐说这样的一句话来：“您说得对，维恩教授。”
　　接下来，就是一次长时间的比较空洞的沉默。
　　教室里静得连一根针掉在地上的声音也能听出来，慢慢地海森堡也好象中了化骨绵掌，虚汗从后背冒出来，仿佛一滴一滴掉到了地上。海森堡的导师索莫菲终于打破了这短暂的死寂，说：“维恩教授，其实，海森堡对实验技术确实缺少了解，但……依我看，他的文章还是有可取之处的……”
　　海森堡感觉自己好象一个可怜虫，静静地等待着命运的审判。维恩的刁难成了他心中的刺。维恩当时已经得到诺贝尔奖，他对黑体辐射有一定的研究，得到了一个维恩位移定理，说黑体辐射最强的波长和温度之乘积是一个常数---类似于汽车在额定功率一定的时候，汽车引擎产生的拉力和汽车的速度之乘积是一个常数。
　　海森堡得到博士学位以后，连夜离开了慕尼黑前往哥廷根，23岁的脸上还充满稚气，但这次博士论文答辩已经让他成熟了不少——他的人生观已经悄悄改变了，他变了，内心深处变得怨愤——没有人知道他已经长大了，心中充满了不平。他前去投靠玻恩，这事情是早已经说好了的，1922年10月他们已经认识，海森堡这次去玻恩那里相当于是去那里做博士后研究——人生若只如初见，交往越多，关系越微妙。自从投靠上玻恩以后，海森堡也渐渐地讨厌起玻恩来，到了最后，他视玻恩为寇仇，在文章里也很少提起玻恩对他的影响和鼓励，甚至在1932年诺贝尔演讲中他似乎也对“玻恩”这个人名讳莫如深——玻恩实在很委屈，他心里说：“海森堡，我和你前世无怨今世无仇，你怎么凡事都要刻意冷落我”。
　　人是很为微妙的动物。
　　海森堡在玻恩那里开始他新的工作。1924年复活节，他第一次去哥本哈根，但不久就回到了哥廷根。这个时候，表面上看上去有点腼腆的青年海森堡正在积蓄足够多的力量——在他心中，那个曾经的阳光大男孩，已经死去，现在活着的，是一个内心世界如静水深流的海森堡。海森堡不由地回忆起自己的青少年时代……
　　19世纪末到20世纪初的电力革命让德国走在了世界最前沿，以西门子为代表的电器公司增强了德国的科技与经济实力，渐渐成为后起之秀，这个国家在很多方面已超越英法等老派帝国主义国家。可惜在俾斯麦统一德意志的时候，地球上的殖民地已经被西班牙，葡萄牙，荷兰，法国，尤其是大英帝国给瓜分干净了——那个大英帝国不是曾经号称是“日不落帝国”吗？德国只在非洲的几个贫瘠地方扶植了自己的势力。要打破前人的格局，德国联合了奥匈帝国与奥斯曼帝国组成同盟国，开始与英法对抗。英法自然不敢小视，拉拢了和德国几乎同时崛起的美国与俄罗斯组成协约国。第一次世界大战在巴尔干半岛这个火药桶的引爆下展开了。
　　从1914年一战的正式开始，德国的大量的民用资源被消耗在无意义的战场上，国民经济开始崩溃，人民的生活也变得拮据。有一次海森堡因为太饿了，直接从自行车上摔了下来。众所周知，一战之后，德国战败，凡尔赛和约签署，德国把阿尔萨斯与洛林地区归还给法国，同时要承担巨额赔款，在这个时期成长起来的德国年轻人进入了食不果腹的贫穷时代。笼罩在战争失败的阴影下，慕尼黑的街头天天上演着几个政治派别的血腥搏杀，弱肉强食成为社会常态。海森堡切切实实地感受到了政治的虚伪和残忍，也许只有在自然科学才能找到那份纯真与善良。成王败寇的丛林现实让人感觉到只有让自己变得更出色，更强大才能顽强地活下来……
　　（2）
　　1925年5月，天空那么阴。
　　北海。赫尔兰岛。
　　海鸥在盘旋。
　　孤岛，杂草丛生。
　　海森堡戴着墨镜，脸色阴郁，走在沙滩上，用脚趾踢打浪花。他得了枯叶草病，是一种花粉过敏的病，需要在这一个没人的地方躲一段时间。
　　海浪打在沙滩上，发出哗哗的响声，那么有节律，这个单调节律在海森堡听起来是一个周期运动，他的脑子里还在想这另外一个周期运动，那就是电子绕着原子核的圆周运动——这是玻尔的模型，他已经厌烦了。
　　24岁的他厌烦了一切，他喜欢海浪的声音，那像是一个孤独的沉默者的哭泣，拍打着他的灵魂，他爱大海的蔚蓝和深邃，他知道海浪里还有他所研究的湍流，但现在他更关心一些简单和谐的东西，那就是月球绕着地球转，潮起潮落这些简单的周期运动。玻尔的模型那么单调，简直有些无聊，因为电子的圆周运动的轨道根本是看不到的。只有光的频率和强度，才是可观测的。24岁，嫩得像一棵草，他决定出手了——干掉玻尔！
　　电子轨道？周期运动？
　　电子轨道是周期性的？
　　周期函数可以展开为傅里叶级数？
　　展开它？
　　展开以后？是频率和振幅？有意思，值得一搞？
　　哦，行，就这样干，海森堡像被沙滩上的什么东西吸引住了，蹲下来，捡起了一颗美丽的鹅卵石，他将之攥到手心里，然后缓慢地站起来，用力将之抛向远处的大海。
　　从海边回到他住的旅舍，洗了一个澡，他准备把刚才脑子里想到的那个东西写下来。这时候，已经是晚上了。
　　等海森堡连夜写完这个傅里叶级数展开，他发现，这个傅里叶级数不应该使用正常的傅里叶级数，因为原子发光的时候，光的很多频率并不是等间隔分布的，光谱线的频率之间基本上显得杂乱无章，但这些频率也可以作为一种变异的傅里叶级数的展开频率——这就好象人民币一样，不是1元，2元，3元，4元，5元，6元……面值为等间隔的纸币都有，而是只有1元，5元，10元……这些基本面值，但同样可以那这些面值去展开任何需要支付的钱款数目。如果这种变异的傅里叶级数展开是可行的，那么两个轨道的乘积满足一个很奇怪的求和规律。这是什么呀？海森堡写到这里，就停住了，陷入迷惘之中。他觉得自己象一个迷路了的旅人，这文章意味着什么呢？
　　写完文章后，已经是凌晨，东方已经露出鱼肚白，困意全无，海森堡出门，跑到远处的山崖上，静等旭日的升起。
　　天边首先露出一点鱼肚白。
　　海森堡的思绪仍然萦绕在那些令人困惑的量子问题上，现在他压抑已久的灵感不断迸发，潜在的革命性思想正在努力冲破传统观念的束缚。他在想，既然电子没有轨道，那么通常的位置和速度描述将不再有意义，这样看来，确实必须利用新的描述量来建立理论。玻尔的对应原理、克拉默斯的色散关系不断出现在他的脑海中，他意识自己所创造的这种变异的傅里叶级数展开也许确实可以建立一种新的力学理论。
　　……

前言/序言

　　推荐序（赵峥）
　　本书是轩中学子继《相对论通俗演义》之后的又一力作。轩中从中学时代起就是一位对文学和科学都充满兴趣，而且有志于创造的青年。他先受张爱玲、徐志摩等人作品的影响而关注文学，后又受康德、爱因斯坦、杨振宁等人的影响转而关注科学，最终选择了物理专业，进入北京师范大学物理系学习，加入该校的相对论小组深造。这个小组是全国最有影响力的相对论研究团队之一。在刘辽教授和梁灿彬教授的领导下，为年青人打下较为深厚的物理基础和数学基础，并引导他们走向引力理论、时空理论、宇宙学和黑洞物理的研究前沿。
　　轩中深受梁灿彬教授的影响，对理论物理和微分几何充满兴趣，并在马永革教授的指导下完成了硕士论文。在本科和研究生阶段，轩中博览群书，把自己的视野从相对论扩展到量子论及物理学史等领域。
　　轩中最值得注意的优点是始终想做事情，不想虚度此生。在各种尝试之后，他终于摸索到了适合自己的创造领域，即选择科学和文学的结合部，把掌握的物理学前沿知识与自己的写作能力结合起来，以既科学又文学的方式把爱因斯坦、霍金等近代学者研究的前沿知识及成功者的创新之路介绍给广大青年。
　　我怀着欣喜的心情读完了本书的电子稿，大有后生可畏又可爱的感觉。这本书和几年前发表的《相对论通俗演义》一样，既保证了科学内容的正确，历史梗概的真实，又带有适当的文学色彩，而且使用的是年青人熟悉喜爱的语言，可读性很强。《相对论通俗演义》一书不但受到了青年读者的喜爱，也受到了许多理论物理专家的好评，相信这本书同样会得到较高的评价。
　　我们中华民族是一个伟大的民族，从春秋战国到明朝中叶，站在人类文明的前列差不多2000年，只是在近代落后了，而且挨打了。经过全国人民的流血奋斗，今天的中国终于又站起来了，经济得到了飞速的发展，中华民族再次奔向人类文明的最前列。在目前经济危机的阴影笼罩全球的情况下，中国是最有活力，最充满希望的国家，全世界人民都在注意正在重新崛起的中华民族，对于当代中国青年来说，真是任重而道远。
　　小平同志说，“科学技术是第一生产力”。中国经济的可持续发展依赖于科技创新和教育的普及提高。几十年来，中国的教育取得了长足进展，不仅基本普及了中、小学教育，而且大学生能占到同龄人的三分之一，这是震撼世界的成就，是中国可持续发展的强大动力之一。
　　我们的教育质量，从知识水平和计算能力来说是不低的，但也有严重缺陷，这就是中国学生的创新动力和创新能力都不足。
　　应该使年青人明白，500年的自然科学史表明, 青年是科学发现的主力军。伽利略25岁被誉为“当代的阿基米德”。牛顿23-25 岁期间完成了他一生最重要的科学发现。莱布尼兹27岁发明微积分, 伽罗华20岁创造了群论。赫姆霍兹26岁、迈耶28岁时提出了热力学第一定律。克劳修斯26岁时提出了热力学第二定律。开尔文24岁提出绝对温标, 并预见到热力学第三定律的存在。麦克斯韦25岁对电磁理论作出重大改进, 34岁建立起著名的电磁方程组。爱因斯坦26岁发表狭义相对论, 提出光子说, 36岁又发表广义相对论。历史上重大的科学发现, 大都是年青人做出的。他们虽然知识不如老年人丰富, 但很少保守思想, 最具创新精神。
　　社会科学和文艺创作与自然科学不完全相同。贝多芬在47岁的时候说:“现在, 我知道如何搞创作了”。而且他在47岁之后的作品, 确实比以前的作品更为出色。贝多芬和莎士比亚一样, 都是在晚年才达到自己艺术创作的顶峰的。
　　然而, 不管是贝多芬、莎士比亚还是其它杰出的文学艺术家和社会科学家，都不是40岁以后才开始建功立业的。他们中的大多数，在30岁之前就已锋芒毕露, 显现出耀眼的才华。莎士比亚写作《亨利四世》时只有28岁，发表《仲夏夜之梦》和《哈姆雷特》时也才36－37岁。贝多芬在30岁之前就已创作出优秀的作品，31岁时完成著名的《第一交响曲》, 40岁出头完成8首交响曲和50多部其它作品。莫扎特是有名的神童。歌德25岁发表《少年维特之烦恼》，席勒21岁完成剧本《强盗》, 24岁发表《阴谋与爱情》，雪莱21岁发表长诗《麦布女王》，狄更斯24岁完成《匹克威克外传》。泰戈尔15岁开始写剧本, 普希金30岁之前完成了他一生中主要的诗歌创作。马克思30岁、恩格斯28岁时发表《共产党宣言》, 毛泽东26岁主编《湘江评论》。亚历山大30岁左右就横扫南欧、北非和西亚, 建立起横跨三洲的大帝国。诸葛亮27岁发表《隆中对》，提出三分天下的战略方针。打赢赤壁之战时, 周瑜34岁, 诸葛亮才28岁。
　　翻开历史的长卷，我们看到“自古英雄出少年”。青年人应该有志气、有抱负，完全不应在权威面前有自卑心理。应该象牛顿那样, 努力站在巨人的肩上, 让青春发出光辉。
　　青春的光辉, 主要产生于勤奋而不是天才。爱因斯坦曾经说过：“在天才和勤奋之间, 我毫不迟疑地选择勤奋。它几乎是世界上一切成就的催生婆”。《聊斋志异》的作者蒲松龄曾用下面的对联自勉自警：
　　有志者，事竟成，破釜沉舟，百二秦关终属楚；
　　苦心人，天不负，卧薪尝胆，三千越甲可吞吴。
　　清代诗人赵翼也在诗中写道：
　　江山代有才人出，各领风骚数百年。
　　轩中的这本《量子力学与相对论遗情书》列举了大量科学发展的曲折经历，对增强读者的创新欲望，提高读者的创新能力，大有裨益。而且在这方面，轩中本人就做出了榜样，他像射门意识极强的足球运动员，总想把球踢进球门一样，极想做一些创新工作。由于不断地拼搏努力，他在 26岁的时候就完成了《相对论通俗演义》一书。今年正当轩中的而立之年，他又呈现给读者这本优秀的作品。
　　我应轩中之邀，不揣冒昧给他的新书作序，好在他的书确实是本好书。
　　与文章有关及一些杂七杂八：廿三年（作者自序）
　　张爱玲有一本小说,《十八春》，是十八年的意思，又叫《半生缘》。这个小说写得很好，我只看过她的这部小说，看完以后觉得我自己不应该写小说。因为，张爱玲郁达夫他们写得很熟，算是看透了人间。那我只能干别的事情，绕开他们。于是选了二十年的野路，去做别的学问。
　　我小的时候，看康德的《宇宙发展史概论》，大为吃惊，原来每个在地球上的人原始的来历居然是星云气体和尘埃。这样的感觉使得我觉得研究宇宙是一门好的学问。当时我大概只有十来岁，又看了少数能见到的科普书，现在基本是没有大记忆，但当时已经知道相对论与量子力学这两件事情。初中时候评优秀的学生，我写的自述里赫然有这样的语句：“自学量子力学与爱因斯坦的广义相对论。”这样的语言在现在看来是让自己头大如斗的，但初中时代的我突然一下子脑子里充满了问号。
　　后来我看了一些书，杨振宁的传记是我高中时代买的一本好书，我读了好几遍，初步地懂得规范场论这个新鲜名词。当时的感觉是，微分几何是重要的，因为杨振宁在赞美Chern的示性类的时候有一句诗歌：欧高黎嘉陈。陈省身的名字也开始被我关注起来。
　　我上初中的时候，思想是玩世不恭的，性格算非常内向。在学校里我书读得很好，相当自由，但一离开学校我基本不爱说话。我的脑子琢磨了大量物理知识，比如动量守恒与火箭。当时是满头雾水。相当幸运的是一天舅舅送给我一本解析几何与微积分的习题集，我几乎在瞬间学会了微积分，微积分具有相当的形式美。后来我的初中同学告诉我说，初中时候有一题目数学老师做不出来，我上去用微积分给解答了。
　　相当长的时间内研究微积分，虽然我并不关心极限。我很早就知道为什么球面的面积是那样算的，是积分积出来的。
　　当时我对数学很痴迷，我的叔叔有几本大学数学的教材已经落满尘埃，我找出来读了，苏联的翻译本也有，繁体字看不懂，但我开始关心一个问题，那就是最速降线。这个实际上就是变分。
　　我在初中的时候读到的书不多，读过《形形式式的曲线》，是很启发人的一本书。看了以后想到一些问题，比如如何画椭圆，如何计算椭圆面积。
　　总的说来，初中时代使得我更多地关心起数学与物理来。虽然小学时代我更多关心的是武侠小说。看过的言情小说不多，只有五年级的夏天看了一本写早恋的《啊，少男少女》。这本书在一个下午被我看完，我开始明白男欢女爱的美丽。后来看的书也不多，记忆中有路遥《平凡的世界》。 我记得那里面有一段讨论宇宙与飞船的文字，路遥的那段文字给我的感觉很强大。
　　高中时代来临了，我上的春晖中学。那学校算比较好的，但借书也不能随便自己挑。我没有借到想要的书，总体上是巩固了初中时代对微积分的认识。我去浙江大学度过半个暑假的夏令营，在那里的书店，我买了几本书，比如李政道的文集，还有近代物理的讲义。现在有记忆的是当时去那里看了一次录象，好像是杨振宁在浙大

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挺喜欢这类书的，赞

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书写的很好，比较通俗的科普读物

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比较不错的科普书籍，讲述了量子力学波澜起伏的发展历程，值得一读

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学习相对论比较好的科普书籍，值得入手

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气温渐渐降低，狂风越加暴烈，而男人的衣角甚至都纹丝不动。

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物流很快，书的质量不错，适合大人孩子一起读。

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特别好，特别棒，价格也合理，很喜欢！

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确实比以前的作品更为出色。贝d多芬和莎士比亚一样, 原g子弹研发与物理学熊市第二k十章 广义相l对论第三十一n章 青年是科p学发现的主力军。伽利略2s5岁被誉为“u当代的阿基米v德”。牛顿23-25 最具y创新精神。　A　社会科学和D文艺创作与自然科学不完全相同F。贝多芬在4H7岁的时候说:“现在, 诸葛亮才28岁。　　翻开历史的长卷，我们看到“自古英雄出少年”。青年人应该有志气、有抱负，完全不应

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