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量子論縱覽:從量子論的基本概念到量子電腦 人人伽利略12

作  者:日本Newton Press

譯  者:黃經良

出版日期:2021-06-22

 I S B N :9789864612185

叢書系列:人人伽利略科學叢書

規  格:平裝 / 全彩 / 192頁 / 21 x 27.5 x 0.9 cm

$450

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博客來
  ★簡單介紹「量子電腦」和「量子遙傳」應用概念與未來挑戰
  ★適合初接觸量子論的大學生以及想念理工的國高中生作為入門讀物
  ★圖文並茂,釐清基礎概念,廣泛介紹量子論的應用
  ★書中也介紹了「薛丁格的貓」、「上帝到底擲不擲骰子」、「平行世界」、「瞬間移動」等為人所知的話題
 
  很多人都聽過「量子論」,但是能大略描述它是什麼的人並不多,除非,你看了《量子論縱覽:從量子論的基本概念到量子電腦》!
 
  牛頓與愛因斯坦是有史以來最偉大的兩位物理學家,量子論和相對論則是現代物理學的兩大支柱。古典力學建立在牛頓提出的運動定律之上,然而,在比原子更小的層次,有許多現象無法用牛頓力學來解釋,這就是量子論發展的起點。
 
  這個肉眼看不見的世界的理論,往往抽象詭奇且無法以一般的經驗來度測,本身就已經讓人大感意外。而量子論發展至今近百年,更是深刻影響了許多領域的發展,從日常生活中不可或缺的電晶體、半導體、微處理器,到量子化學、量子光學、量子計算、超導磁體、發光二極體、雷射器等,現代世界可說與量子論息息相關。
 
  也由於量子論的廣泛運用,使得不管是對化學、光學、資訊等高科技領域感興趣,都要具備對量子論的基本理解與素養。
 
  《量子論縱覽:從量子論的基本概念到量子電腦》從基礎概念著手,結合核心理論、發展歷程的闡述,讓有國中物理水準的讀者,也能以牛頓的古典物理為座標,建立對量子論的認識,並了解量子論在各個領域的廣泛應用!
 
本書特色
 
  1. 本書系取得日本牛頓出版社的授權,以精美插圖、珍貴照片以及電腦模擬圖像,深入淺出解說科學知識,淺顯易懂。
 
  2. 以一書一主題的系統化,縱向深入閱讀,橫向觸類旁通,主題涵蓋天文、數學、物理、化學、生命科學等領域。
 
  3. 以不同的角度提出各種科學疑問,啟發讀者對科學的探究興趣。

序言
拉普拉斯精靈
何謂量子論?①∼②
量子論摘要 ①∼③
[再更詳細一點!Q&A]
Q1. 量子論和日常所見的「巨觀世界」沒有關係嗎?

一、量子論的誕生
理解的關鍵「波粒二象性」
光的波動說 ①∼③
用量子論思考光 ①∼④
原子的模型 ①∼②
用量子論思考電子與原子 ①∼③
結論 量子論的誕生
[再更詳細一點!Q&A]
Q2. 光子究竟是粒子?還是波?

二、探究量子論的核心
理解的關鍵「狀態的並存」
電子的干涉 ①∼④
關於詮釋的爭論 ①∼②
不準量關係式
關於詮釋的爭論 ③
結論 探究量子論的核心
[再更詳細一點!Q&A]
Q3. 電子竟然能夠同時存在於多個場所,真的嗎?
Q4. 「電子波」代表什麼意思?
Q5. 量子論所說的「觀測」是什麼?
Q6. 除了哥本哈根詮釋之外,還有什麼詮釋?

三、蓬勃發展的量子論
新的真空相
穿隧效應 ①∼②
往化學與固態物理學的發展
自然界的四種力 ①∼②
從無到有的宇宙創生
結論 蓬勃發展的量子論
[再跟詳細一點!Q&A]
Q7. 真空竟然具有能量,真的嗎?
Q8. 穿隧效應有什麼實際的例子?
[再更詳細一點!Q&A]
促使宇宙加速膨脹的因素或許是真空的能量
量子論闡明了週期表的意義
量子論闡明了化學反應的機制
量子論也闡明了固體的性質
在巨觀世界中顯現的量子現象「超流性」與「超導性」
何謂「量子生物學」?

四、量子論總結
量子論的重要人物
量子論的關鍵詞MAP
量子論年表
量子論究竟是什麼呢?

五、更加了解量子論
量子論與愛因斯坦的故事
平行世界是真實存在嗎?
全面了解量子電腦
量子遙傳
[再更詳細一點!Q&A]
Q9. 愛因斯坦聽到多世界詮釋時會做什麼樣的評價?
  最近新冠肺炎肆虐,額溫槍是個常見的儀器,它量測及顯示體溫又快又準確,又不必接觸被測者,不會沾染病毒和細菌。在防疫工作上,健保卡是很有用的證件,透過讀卡機和網路可以得知個人的許多資料,包括何時買過口罩等等。手機可以讓監督機關了解:居家隔離與檢疫的民眾是否有逾越規範的行為。
    另一方面,許多地方門口感測出入人員及車輛的裝置,能傳送開、關大門的訊息給操縱大門的儀器系統。這種裝置在平時除了方便人車出入,還能減少冷氣或暖氣外洩,為環保把關;疾病流行時,更可使出入者不必接觸門把及門鎖,減少沾汙和感染的機會。將機器人設施裝在電梯裡,人們能夠以語音操作電梯,不用接觸操作鈕,降低感染的危險性。更廣泛的現代生活中,處處有手機、電腦、影音設備、遙控器等科技產品的身影,而且它們的功能不斷地擴大和更新,例如導航、自動駕駛和物流等方面,更是人工智慧進步和茁壯的園地。
    這些產品的研發及進步,是從二十世紀初開始的,因為科學界發展出相對論和量子論這兩門嶄新的學術領域,使人類得以比從前更深入地認識宇宙和物質,並運用新知識開發出種種新技術。其中,從量子論衍生出來的新知識,讓人們了解分子、原子、電子等微觀物質的現象及性質的由來,是最具關鍵性的因素。以這些知識為基礎,所研發出來的儀器和工具,促進了電子、電路元件功能的提升,使執行資訊處理與訊息交流的技術突飛猛進,則是提升工作與生活上的方便性、精確性和舒適程度的原動力。
    在享受這些新科技的成果之餘,一定有不少人想了解產生量子論的背景與歷程,甚至有許多人想更進一步加入研發新知識、新技術的團隊。為了讓大眾鳥瞰新科技園地,本書的編輯群和作者群聯合製作本書,以淺顯易懂且趣味盎然的內容,帶領讀者認識「量子論全貌」,也就是了解從量子論的基本概念到量子電腦的發展過程。
  在量子論誕生之前,大家都認為利用牛頓建立的「牛頓力學」就足以說明一切物體的運動。但是本書舉出許多實例,告訴讀者:到了19世紀末葉,人們發現微觀物質會表現出無法用牛頓力學說明的神奇行徑,例如第1章詳細介紹的「波與粒子的二象性」──物質粒子會呈現波的現象、光波會呈現粒子的現象。因此,我們需要一個能解釋這些行徑的新理論,量子論就是符合這個條件的理論,它把波的波長與粒子的動量( 質量與速度的乘積 )聯繫起來。由於波動現象( 干涉、繞射、駐波等 )中的波長與環境的幾何性質( 形狀和大小等 )有密切關係,就可以了解那些條件會使波性質明顯,什麼情況可以凸顯粒子性質,而且其推論經得起實驗的考驗。
  在第13頁,作者以物質的導電性質為例,指出詮釋微觀現象固然需要量子論,但由於巨觀現象的根源,來自能量與物質的微觀性質及交互作用,所以也必須引用量子論才能完全理解。因此,我們可以說:量子論適用於自然界的一切尺度。這是我們需要認識量子論的理由,也是本書值得推薦的理由。本書以光、原子、電子等為例,介紹量子論基本觀念及應用這些觀念的成功之處,可以幫助讀者體認量子論的正確性,而探討它所引入更深層的分析與推論。本書第2章和第3章,就會引導讀者進一步探索量子論園地。
  首先,我們看到:除了二象性之外,量子論還要加入一些古典物理所沒有的觀念。「狀態的並存」與「不準量關係」是最基本的兩個新觀念。基於這三個新觀念,粒子的干涉、繞射等實驗可以精確地設計並執行,如光波一般。此外,讀者還會看到許多量子效應,例如穿隧效應、微觀能量的數值不連續等。這些新觀念,使人們了解化學與凝態( 液態及固態 )物理學的諸多現象和過程,並促成這兩個領域的蓬勃發展。後者更是研發出新材料和新元組件的基礎,因而產生上文提及的種種新科技,讀者們會一邊讀本書,一邊讚嘆這一連串演進的美妙。
  此外,量子論使人們發現:「真空」很不簡單,它居然具有能量,而這能量除了在微觀世界產生重要效應,還很可能跟宇宙創生、宇宙加速膨脹有關。
量子論也使人們在了解自然界基本交互作用力方面獲得確切的進展。將量子論應用於分析生物現象,也有許多很有意義的進展,因而形成「量子生物學」這個新興的學術領域。從量子論衍生的這些研究和發展,使人類在探索宇宙奧秘的旅途上頻添具體收穫,本書所展示的,只是其中微小的一部分,但已經可以讓大家讀得津津有味了。
    第4章「量子論總結」和第5章「想要更深入了解!量子論」,將許多大科學家個別或團隊的努力,以及互相辯論切磋的場景與劇情呈現在讀者眼前。散布在各章節裡的許多專欄,是本書的特色。它們會讓有興趣細讀、肯深入思考的讀者們完整地認識「量子論全貌」,並且還會想要閱讀進階的書籍、資料。
 
台大物理系暨醫學院光電生物醫學中心退休教授  曹培熙