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《原子中的幽靈：探索量子力學的奇異世界》The Ghost in the Atom:A Discussion of the Mysteries of Quantum Physics






「我想我可以有把握地講，沒有人懂量子力學。」



─費曼



量子力學無疑是二十世紀最重要的科學成就。量子論的出現，解釋了長久以來人們對物質的困惑，但卻同時讓薛丁格、愛因斯坦與費曼等物理大師感到不安，爭論從此不歇。



量子力學到底有多詭異、多難以理解？

為什麼量子論中的粒子常常被描述成「幽靈」？



量子論的詮釋與爭論至今尚未結束。英國國家廣播公司（BBC）科學節目製作人朱利安．布朗為此邀請物理學家保羅．戴維斯主持節目，一起採訪了幾位在量子力學領域最著名的物理學家。而後，他們把與其中八位物理學家的精采對談收錄成本書。



《原子中的幽靈》不只討論了薛丁格的貓、貝爾不等式、阿斯佩克特實驗、多宇宙詮釋等，主持人與物理學家針對量子研究的各種討論，更是值得讓人一探科學大師們的思考脈絡。本書出版二十年來始終歷久不衰，想要了解量子力學，這絕對是不可錯過的入門書。



◎ 榮獲物理學會推薦最佳100本物理科普書

◎ 李精益博士審訂

◎ 台灣大學物理學系高涌泉教授專文導讀

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  作者介紹

  
  
  
  
  
  保羅．戴維斯P. C. W. Davies
  
  阿得雷德大學物理及數學物理系教授，曾與朱利安．科學廣播節目．
  
  朱利安．布朗J. R. Brown
  
  英國BBC科學部節目製作人。
  
  
  
  





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  譯者介紹

  
  
  
  
  
  
  史領空
  
  
  
  一九六○年生於上海，譯著多在香港出版，如《醫護全書》、《日常保健指南》、《太空圖說》、《朗文精選經貿辭典》等。任上海科學技術出版社副總編輯、「讀者文摘」雜誌中文版特約譯者。
  
  
  
  

第一章奇異的量子世界



量子論是什麼？



「量子」（quantum）一詞，意為「一份量」（a quantity）或「一個分立量」（a discrete amount）。在日常生活的尺度上，我們已習慣於下述概念：一個物體的性質，如它的大小、重量、顏色、溫度、表面積和運動，全都可以從一物體到另一物體以連續的方式遞變。例如，就形狀、大小和顏色來說，蘋果之間並無明顯的等級。可是，在原子尺度上，情況卻完全不同。原子粒子的性質，如它們的運動、能量和自旋，並不總是表現出類似的連續變化，而是可以相差一些分立量。古典牛頓力學的一個假設是︰物質的性質是連續變化的。當物理學家發現這一觀念在原子尺度上不適用時，他們不得不設計一種全新的力學體系──量子力學，以解釋標誌物質原子特性的團粒性。所以可以說，量子論就是導出量子力學的基礎理論。



考慮到古典力學在描述從撞球到恆星與行星所有物體的動力學方面的成功，人們將它在原子尺度上被一種新的力學體系所取代看作是一場革命也就不足為奇了。不過，通過用量子論解釋許多經典力學無法解釋的現象，物理學家很快就發現了量子論的價值。這樣的現象是如此之多，以至今天量子論常常被譽為一種前所未有的、最成功的科學理論。



起源



由於德國物理學家馬克斯．蒲朗克（Max Planck）發表的一篇論文，量子論在一九○○年開始蹣跚起步了。當時，蒲朗克正在研究十九世紀物理學懸而未決的一個問題，即熱物體的輻射熱能在不同波長上的分佈問題。在某些理想條件下，此能量是按特定方式分佈的。蒲朗克證明︰只有假設物體以分立包或分立束發射電磁輻射，才能對這種方式作出解釋。他稱這種分立包或分立束為量子（quantum）。當時他並不知道物體何以會有這種不連續性，只是特設地（ad hoc）被迫接受而已。



一九○五年，量子假說得到了愛因斯坦（Einstein）的支持，他成功地用它解釋了人們觀察到的光能量從金屬表面置換電子的現象，即所謂的光電效應（Photoelectric effect）。為了說明這種奇特的現象，愛因斯坦不得不將光束看成是後來稱為「光子」的分立粒子流。對光的這種描述似乎與傳統觀點格格不入。