现代人的量子物理通识课，文化人应有的科学知识标配。硬核定制量子纪年表

全面呈现波澜壮阔的量子物理百年史，生动讲述顶尖物理学家的传奇轶事

无论量子小白，还是专业人士，都能读有所获，实现认知拓展、思维跃升

书名：量子通史：量子物理史上的40个重大时刻

作者：[英]吉姆巴戈特（Jim Baggott）

书号： 9787521713084

定价：88.00元

开本：32开（147*210）

页数：544页

装帧：圆脊精装

出版时间：2020年2月

出版社：中信出版集团

1.现代人都要懂的量子物理通识课，21世纪每个人都应有的知识标配。量子理论是21世纪最受关注的科学话题，它不仅颠覆和重建了人的世界观，也主宰了新的前沿科技动向，量子隧道、量子计算机、5G、量子通信……已然要将我们包围其中！了解量子物理，不仅让你轻松看懂科幻电影，还能解锁黑科技、新技能，拥有领先于人的快乐感。

2.全面梳理波澜壮阔的量子物理百年史，生动讲述伟大物理学家的传奇轶事。在这里，你会看到爱因斯坦E=MC²、波粒二象性、薛定谔的猫、黑洞辐射等理论的诞生过程，也会看到普朗克、爱因斯坦、玻尔、海森伯、薛定谔、杨振宁、霍金等物理学家之间如何争奇斗艳，探索复杂理论背后的思维故事，见证开尔文勋爵所说的“乌云”绽放成礼炮的绚烂时刻。不同于时下流行的框架式极简科普书，这本书在科学性和故事性之间达成了罕见的平衡，既有足够的理论深度，又妙趣无穷。

3.硬核定制量子年表，一分钟理清量子理论发展大事记。浓缩量子理论一百年发展的里程碑式事件，正面记录1900年到2010年来的40个重大事件，反面是标志性的第五届索尔维会议合照，展开就是一张大海报，有知识、有内涵、可观瞻。

4.《华尔街日报》《今日物理》《新科学家》《科克斯书评》《经济学人》《出版人周报》等权威期刊媒体盛赞，goodreads读者高分推荐，适合每个人阅读的量子物理读本。

5.“牛津科学里程碑”经典书系之一。了解前沿物理学动向，助益每个读者的知识拓展、思维跃升。

19、20世纪之交，经典物理学大厦看起来依旧坚不可摧。20世纪伊始，量子理论的种子悄然萌发，以破竹之势迅猛发展，在接下来的几十年里倾覆了几个世纪以来构建的经典世界图景，重塑了我们的科学观和世界观。我们今天对世界本质的认知，几乎都源自这一理论；我们今天应用的很多高新科技，也都以这一理论为基石。量子理论与我们每个现代人都息息相关。

从1900年的黑体辐射实验，到21世纪初CERN大型强子对撞机发现新的量子现象，量子理论经历了波澜壮阔、异彩纷呈的一百年，逐渐演变成现代物理学最重要、也最成功的理论之一，其诡谲令人发狂，其完美又令人神往。本书就带我们开启这段跨越百年的非凡旅程，以时间和地点为锚定，划分7大主题40个关键节点，追溯量子假说、哥本哈根诠释、玻尔爱因斯坦论战、量子场论、标准模型、阿斯派克特实验、超弦革命等震古烁今的大事件，遍览普朗克、爱因斯坦、玻尔、海森伯、薛定谔、费曼、杨振宁、霍金等闻名遐迩的物理学家如何在困惑与危机中重构新理论，一步一步攀上物理学之巅。

吉姆·巴戈特拥有20多年的科学研究和写作经验，他以严谨的数理思维、精湛的写作手法，全面呈现量子理论从无到有的整个历史，生动讲述坎坷与荣光交织的传奇轶事。他带我们亲临第一现场，与顶尖物理学家并肩而行，与“上帝”般的理论深度碰撞，用一次次的论证、实验和交战，定义量子物理学的黄金时代。

作为牛津科学里程碑书系之一，《量子通史》是我们了解21世纪前沿物理学动向的奠基之作。它凝聚了物理学史上的伟大思想，塑造并改变着我们理解世界的方式。

前言
序言  乌云蔽空
第一章  作用量量子
1 平生最难事
2 奇迹之年
3 一点客观实在
4 法兰西喜剧
5 瑰丽的内部
6 自旋的电子
7 迟来的“艳福”
第二章  量子诠释
8 幽灵场
9 该死的量子跃迁
10 不确定性原理
11 哥本哈根精神
12 不存在量子世界
第三章  量子论战
13 论战拉开帷幕
14 绝对奇迹
15 光子箱实验
16 晴天霹雳
17 薛定谔的猫
间奏曲：物理学第一次大战
第四章  量子场
18 谢尔特岛
19 似真似幻
20 漂亮的想法
21 比例中的奇异性
22 夸克出场！
23 上帝粒子
第五章  量子粒子
24 深度非弹性散射
25 粲和弱中性流
26 颜色的魔力
27 十一月革命
28 中间矢量玻色子
29 标准模型
第六章  量子实在
30 隐变量
31 波特尔曼的袜子
32 阿斯派克特实验
33 量子擦除
34 实验室的猫
35 挥之不去的幻象
第七章  量子宇宙学
36 宇宙波函数
37 霍金辐射
38 第一次超弦革命
39 时空量子
40 危机？什么危机？
结语  慰藉人心的量子？
参考文献

[英] 吉姆·巴戈特（Jim Baggott）

生于1957年，英国科学史作家。牛津大学化学物理学博士，牛津大学和斯坦福大学博士后，英国雷丁大学化学讲师。葛兰素史克科学作家奖和英国皇家化学学会授予的马洛奖章得主。

巴戈特从事过多年的学术研究工作，二十多年来一直专注于科学、哲学和历史类主题写作。著有《量子空间：通往万物理论的新途径》《希格斯：上帝粒子的提出与发现》《完美的对称：富勒烯的意外发现》《原子：物理学界的第一次大战和原子弹秘史，1939―1949》等书籍，并在《新科学人》《自然》等顶尖科学刊物上发表文章。

 2013年，巴戈特在摩根·弗里曼主持的“穿越虫洞”科学系列节目中首次亮相，之后多次参与英国和美国科学广播节目的录制，致力于科学普及。

2 奇迹之年

伯尔尼

1905年3月

普朗克通过运用自己的辐射定律，取得了举世瞩目的成就。1901年，他利用当时的实验数据，对普朗克常数和玻尔兹曼常数都做了估算。接着，他运用玻尔兹曼常数的估值计算了阿伏伽德罗常数（1摩尔的纯物质中所含的原子或分子的数量）。1之后他又运用阿伏伽德罗常数的估值确定了电子的电荷数。他对这些基本常数的估值相当精确，与目前的公认值只相差1%~3%。这一转变让他成了一个十足的原子论者：普朗克开始把原子和分子当成真实的存在了。

然而，虽然普朗克的结果看似天衣无缝，但人们对其推导过程仍然心存疑虑，因为他的结论是采取迂回的方式反推出来的。很多人都迷惑不解。事后看来，其实他的做法本也不足为奇。普朗克从一种某方面来看完全是经典的框架里，提炼出了一种意义深远的非经典概念。不得不说，这必然会对经典物理学造成冲击。一个年轻的物理学家对普朗克的推导仍持怀疑态度。1905年，这个年轻人还在伯尔尼（Bern）的瑞士专利局工作，头衔是“三级技术专家”。他，就是阿尔伯特· 爱因斯坦。

1902年6月16日，爱因斯坦进入瑞士专利局工作。对他来说，这个工作让他如释重负。1900年8月，在苏黎世联邦理工学院完成研究生学业后，他试图在大学里谋个学术职位，德国、荷兰、瑞士的大学都走了一遍，但都没有成功。一段时间里，他一直没有工作，后来谋了一份高中老师的临时工作。

渐渐地，爱因斯坦对自己的教书前景越来越绝望，于是他向大学同学兼好友马塞尔· 格罗斯曼（Marcel Grossmann）求助。格罗斯曼知道专利局迫切需要人手，而他父亲刚好与专利局主任有私交，非常愿意介绍爱因斯坦过去。爱因斯坦搬到伯尔尼，一边盼着去专利局上班，一边通过担任私人数学和物理教师糊口，等待瑞士联邦委员会的决定。

同年，他的父亲赫尔曼（Hermann）去世。临终之际，赫尔曼终于答应了儿子的请求，同意他与同窗米列娃· 玛利奇（MilevaMari）结婚。1896年的时候，爱因斯坦与米列娃一同被联邦理工学院录取，二人在学校初识。米列娃成了爱因斯坦的缪斯，两个人互传情书，他爱称她为“多丽”（Dollie），而她称他“约翰尼”（Johnnie）。然而，爱因斯坦的父母起初并不同意他俩在一起。1 9 0 3年1月6日， 在爱因斯坦的朋友莫里斯· 索洛文（Maurice Solovine）和康拉德· 哈比希特（Conrad Habicht）的见证下，两人举行了婚礼。爱因斯坦刚到伯尔尼的时候，在报纸上登过辅导课（带免费试听课）的招生广告，索洛文和哈比希特当时都联系了爱因斯坦，三个人后来成了密友。他们经常坐在一起讨论，话题无所不包，还自称“奥林匹亚学院”三人组。他们三个人的友谊经得起时间和风雨的考验。但有个秘密，爱因斯坦连最亲密的挚友都没有透露过。他曾经和米列娃育有一女，名叫丽瑟尔（Lieserl）。孩子在爱因斯坦刚到伯尔尼几天后就出生了。米列娃怀孕后回到娘家待产，娘家在塞尔维亚的诺维萨德（Novi Sad）。爱因斯坦本来打算等自己在伯尔尼安顿好后，就把米列娃和孩子接过来同住，但计划赶不上变化。

虽然在专利局的薪水能够负担得起米列娃和孩子的生活，但毕竟身在瑞士传统的官僚体系中，未婚生子这样的事儿与当时的风俗格格不入，会让人瞧不起。因此米列娃独自返回了苏黎世，

把丽瑟尔留给了亲戚，后来又交给朋友照看，这样做似乎是决定要放弃女儿，让别人领养了。爱因斯坦从未见过自己的长女，或者说从没有抱过她。之后，再没有关于丽瑟尔的记录了，她的存在成了严格保守的家族秘密。2她最终的归宿也是个谜。3

1904年5月14日，米列娃和爱因斯坦的第二个孩子出生，取名为汉斯· 阿尔伯特（Hans Albert），算是填补了第一个孩子的位置。这时，爱因斯坦在专利局的工作已经稳定下来了。他发现工作很有趣，可以借此让自己的批判性思考更为锐利，并且可以通过直接的实践结果，夯实自己对物理学理论的见解。与“奥林匹亚学院”的朋友的交流，给他提供了丰富的哲学大餐，包括经验主义以及荷兰哲学家巴鲁赫· 斯宾诺莎（Baruch Spinoza）所持的“神即自然”的决定论哲学观。这些早期获得的知识，对爱因斯坦接下来的人生都有着极为深远的影响。

假如爱因斯坦当时成功申请了学术职位，那他未来应对学术生涯的挑战时很有可能就会持一种求稳的态度，选择相对“安全的”研究课题，发表令人钦佩但又缺少强烈革命色彩的研究论文。然而现实中，远离学术体系的制约、有一个安静的研究环境，这些都让爱因斯坦可以不受羁绊地思考，甚至建议他人也思考那些超乎想象的问题。

1905年春，哈比希特离开了伯尔尼。5月底，爱因斯坦写信给他，告诉他自己最近的研究：

我承诺给你寄四篇论文。第一篇是关于辐射和光的能量性质的，很

有突破性……第二篇是有关测定原子大小的……第三篇是关于悬浮在液体

中尺度约为1/1000mm的微小颗粒的，这篇论文证明这些悬浮在液体中的

颗粒将在热运动的作用下发生可观测的随机运动。实际上，已有生理学家

发现了悬浮颗粒的这类运动，他们称之为布朗运动。第四篇论文现在还只是

个草稿，关于运动物体的电动力学，主要是对时间和空间理论做了修改。

这四篇论文，无论是哪一篇，都可以给爱因斯坦带来永久的学术认可，甚至是名望。第一篇论文写于1905年3月，文中做了大胆的断言。爱因斯坦认为，只有把辐射本身看作是由不连续的能量包组成的，普朗克辐射定律才有意义，他把这些不连续的能量包称为光量子。第二篇和第三篇分别写于4月和5月，探讨了分子的物理实在和一些可观测的分子运动的结果。 第四篇完成于6月，爱因斯坦在这篇论文中提出了狭义相对论。后来的第五篇论文，是对6月狭义相对论论的补充，于1905年9月发表，在那篇论文中，他提出了名震世界的方程E =mc2。

这一年，是爱因斯坦的奇迹之年（annus mirabilis）。当时他才26岁。

普朗克对辐射定律的推导存在前后不一致的问题。普朗克最初遵循经典物理学的原则，认为能量是连续性的变量，后来他的观点又与之前完全相反，认为给定能量分布在空腔构成材料的振子上。1900年6月，英国物理学家瑞利勋爵（Lord Rayleigh），即威廉· 斯特拉特（William Strutt），发表了另一个空腔辐射的理论模型，对其进行了详细描述，推导出与维恩和普朗克的定律均有区别的辐射定律。6在论文中，瑞利对经典物理学原理的应用方式，是普朗克没有应用过的。但瑞利的计算中出现了一个错误，英国人詹姆斯· 金斯（James Jeans）于1905年6月纠正了这一错误，结果就是我们现在熟知的瑞利 ― 金斯定律。尽管瑞利的推导和热力学原理的应用均符合逻辑，很有说服力，但结果简直就是个灾难。瑞利 ― 金斯定律指出，空腔辐射的强度与辐射频率的平方成正比，可以无限增大。该定律预言，在辐射频率较高，或者说波长较短时，辐射出的总能量会迅速增长至极高的水平。7相对来说，在低频率时，瑞利 ― 金斯定律给出的结果与实验数据非常一致，维恩定律却不吻合；而在高频率时，维恩定律给出的结果则与实验数据比较一致，瑞利 ― 金斯定律却不吻合。但普朗克定律给出的结果与所有频率的数据都一致，可见，两个定律都是普朗克定律的极端表现。

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