#科普书籍推荐#给孩子讲量子力学

推荐星级：4星

推荐人群：大学理工科学生

作者：乔治.伽莫夫（GeorgeGamow）

书籍封面

推荐理由：国内专业课学习比较欠缺的就是发展史，而且由于现代科学体系来自于西方，这些体系的奠基人也多数是西方人，所以在我们看来普朗克、泡利这样一些名字会让我们有一些距离感。和很多学科的科普书一样，这本书是将量子力学发展的事和影响发展的人串在一起来讲的，不乏各种插科打诨的轶事，对于相关专业的学生破除专业迷信，放开自己的直觉有好处。

推荐指数少一颗星的理由：0.5颗星输在了中文译名，我愿意称之为无良的出版商，科普骗子。这个书名像在赤裸裸的向给孩子采购科普书籍的“妈妈”献媚。就我观察，虽然爸爸更有可能是科技迷，但是给孩子准备科普资料的似乎还主要是妈妈群。这本书的英文名是《Thirtyyearsthatshookphysics》,我愿意将其翻译为《物理学激变三十年》，由此可见内容绝对不是给孩子看的。另外0.5颗星在于对乔治.伽莫夫科普风格的些许的不适感。

乔治.伽莫夫于1904年出生于俄罗斯，先后在丹麦哥本哈根大学和英国剑桥大学学习，后加入美国籍，科研之余进行科普，著有《地球简史》、《从一到无穷大》、《物理世界奇遇记》等。如果将他的科普对象分类的话，《地球简史》、《物理世界奇遇记》是针对孩子们的，《从一到无穷大》是给广泛的科学爱好者的。而这本书的定位是则几乎是物理学专业或者计划从事物理学研究的人群。

实事求是的说，我不是很喜欢乔治.伽莫夫写书的感觉，不管是写给孩子还是写给大人的书，他的书总给人一种摆弄知识的疏离感，就好比一个货真价实的商品被包装的有点小家子气。然而，从知识体系的完整、材料理解的透彻和作为物理学从业者而拥有的当事人视角，都表明这部书是质量过硬的，不会给人误导，4颗星货真价实。

按照结构来看这本书：

《第一章：普朗克和光量子》：1900年普朗克首次公开提出的“能量子”的概念，开启了量子时代，后面量子的概念演化为最小的不可分割的物理量，摆脱了“能量”的原始含义。作者介绍了普朗克要解释的物理现象、可以用的理论假设，和推导过程，令人信服的给出了当时称为能量子现在称为光子的能量分布公式。难得可贵的是，作者还给出了一些经典的实验设计装置和实验过程。

马克斯.普朗克德国物理学家（1858-1947）

《第二章：玻尔和量子轨道》：这个部分的故事性更强，从玻尔在汤姆生（原子的蛋糕模型）的实验室中提出的基于直觉但不被认可的猜想开始：“既然原子的光谱是不连续的，发射光谱的原子中电子的机械能也应该是不连续的”。幸运的玻尔转向了理论能力不强但是实验能力很强的卢瑟福实验室，结合自己的出色的数学基础建立自氢原子的电子能量轨道理论，随后载誉回到丹麦，获得嘉士伯啤酒的经费支持，建立玻尔实验室，给一大波对原子物理有兴趣的青年科学家提供了园地，也包括作者自己。量子轨道从圆轨道推演到泛圆轨道，以及到三维的轨道推理，再到后面原子核反应的理论推理，是在嘉士伯啤酒的芬芳中由围绕在玻尔周围的一群卓有才华的年轻人思维碰撞的结果。

尼尔斯·亨利克·戴维·玻尔，NielsHenrikDavidBohr，丹麦物理学家（1885-1962）

《第三章：泡利和不相容原理》：从这里开始微观粒子的旋转不再止步于公转，粒子的自转效应被“猜测”并用来解释当时已观测到一些现象。在地理学中会发现，宏观和微观世界总是有很多的一致性，而在不大不小的中观尺度事情会乱成一锅粥。在核物理世界，事情发现的顺序是基于轨道理论计算的电磁能量散步规律中出现了不能被解释的一小部分，随后有人想到了电子的自转，既然波尔理论下的原子模型像行星系统，那宏观星球的自转就应被引申到微观的电子运动中。随后的理论计算证实了电子自旋，进一步揭示了轨道中总是两个电子，因为他们是反向旋转的一对。不过我最喜欢的部分还是泡利神秘现象：理论物理学家只要出现在实验室，仪器一定会出问题，物理界的魔咒。

沃尔夫冈·恩斯特·泡利，WolfgangErnstPauli，奥地利物理学家（1900-1958）

《第四章：布罗意和导波》：这部分也简短，但富有启发性，是物理学家用直觉来解决问题的典型。布罗意从乐器演奏中领会到，除了被直接击打的对象发出的主音之外，还会有乐器相邻部件共振形成的泛音。他出于直觉认为原子核中也有类似的泛音存在-他命名为导波，并类推的给出导波的经验公式，大家还不能明确理解导波的含义，但的确更好的改进了理论对核物理实验现象的解释准确度。导波的数学推导和含义是由薛定谔后来给出的，布罗意没有意识到的是他在用波动方程来描述原子核微观世界的运动。

路易·维克多·德布罗意LouisVictordeBroglie法国物理学家（1892-1987）

《第五章：海森堡和不确定性原理》：薛定谔能给出数理推导过程，原因是他充分的认识到了微观世界与日常生活中观世界的不同，虽然与宏观世界有一些基本作用力的相似，但也有明确的区别，比如行星体系中电磁力是微不足道的，而原子核内部相反，质量太小导致引力作用微不足道，电磁力反超成为很强的力量。这时光子的能量，也就是为了看到而射出的光的电磁能量对于微观粒子的状态会有足以颠覆其状态的影响，这就是测不准原理。但是薛定谔和海森堡用了不同的数学工具来描述微观世界，前者用了波动函数，后者用了矩阵。但到这里时，牛顿力学不适用于对量子行为的解释基本得到了共识。书中提到爱因斯坦和玻尔就测不准原理进行的公开学术辩论，爱因斯坦虽然不能接受测不准理论，但他在充分的理解、公开的交流，而不是用权威来打压，两人交锋颇有学术风度。

《第六章：狄拉克和反粒子》狄拉克是书中最像“理论物理学家”的理论物理学家，参考爱因斯坦。数理语言已经贯穿了工作和生活，他的生活用语几乎都是数学语言，比如形容太太打毛衣的正反针他会说是拓扑形式相反的两种图案。。。。这种深刻的浸入让他发现薛定谔的波动方程中时间(t)和空间（x^2,y^2,z^2）变量不是一个数量级，一个是二次一个是一次，如果时空是连接变换的那应该是相同数量级的。首先尝试了讲时间量升级为二次方，方程不能解释观测结果。然后进行了反向操作，空间项降为一次获得了成功，更大的含义是连接了爱因斯坦的时空相对论和量子理论。理论的迷人之处在于一旦一个理论建立就有其预见性，进行了修正统一的波动方程带入到E=mc^2中会出现静止的质量能量和运动的正动量不匹配，必须存在一个负质量负方向运动的动量才能平衡。由此，狄拉克的方程预言了一系列反粒子的存在，尽管他本人也不理解，也许都不敢相信，但后续陆续被验证发现。这就是理论的迷人之处。

恩利克·费米EnricoFermi，意大利物理学家（1901-1954）

《第八章：汤川和介子》《第九章：致力于量子力学的人》作者认为虽然有介子的语言和观测检验这样一些可见的果实，但1950年以后的量子科学在理论上没有实质性的进展，进行的只是一些修修补补。但是，也就是从1950年以后，亚洲科学家的面孔才在量子科学领域出现。科学背后实际是稳定的社会经济，有建树的科学家是幸运的可以发挥自己天分的人。科学家和科学进步、科技产品从来不是纯粹的。

《不莱格达姆斯维奇的浮士德》最后一个章节非常有趣，是1932年玻尔实验室的一群年轻人自己创作并表演的舞台剧的剧本，表演者都是后来知名的物理学家，比如奥本海默。大约是追忆青葱岁月吧，核物理的后续发展逃不过核武器的阴云，大概这也是很多核物理学家再不能开怀畅饮嘉士伯的隐痛。

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