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量子力學超圖解:從原子探索到多世界詮釋,輕鬆搞懂電子、波粒二象性與測不準原理

量子力學超圖解:從原子探索到多世界詮釋,輕鬆搞懂電子、波粒二象性與測不準原理

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9786267774700
石川憲二
謝仲其
世茂
2026年10月02日
127.00  元
HK$ 107.95  






ISBN:9786267774700
  • 叢書系列:科學視界
  • 規格:平裝 / 256頁 / 25k正 / 14.8 x 21 x 1.63 cm / 普通級 / 單色印刷 / 初版
  • 出版地:台灣
    科學視界


  • 自然科普 > 物理/化學 > 物理/化學理論











    看不懂算式沒關係,用故事與圖解就能看明白量子力學!
    複習高中基礎就能懂,直擊薛丁格方程式的物理核心!

    從智慧型手機、穿隧效應到量子電腦,一本看懂未來的科學趨勢!


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    本書分段描述建構量子力學相關的歷史背景與小故事,並透過漫畫圖解來說明,讓人輕鬆克服心理障礙,更簡單、有效地達至學習效果

    一本就算完全沒接觸過物理的人,都能愉快閱讀的量子力學入門書!

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    「量子力學」是為了記述在以分子、原子、基本粒子、光子這些研究對象所隸屬的微觀世界中所觀察到的各種物理現象,而創設發展出來的學問。它的地位足以與愛因斯坦的相對論並稱為現代物理學的二大支柱,對於物理、化學、生物學、甚至工程學等領域的學生來說,既是無可避免的基礎知識,也是必備的工具。但是由於量子力學所涉及的概念與思考大大地遠離我們熟悉的日常經驗,同時這門學問也需要運用以複數為基礎的數學運算等種種原因,所以它會造成初學者在學習上的心理障礙導致十分難以掌握這門學科。即使除去數學面的原因不談,在嘗試理解微觀世界中所展現的粒子性與波動性的「雙重性格」時,每個人都會面臨到極大的困惑。

      要克服心理障礙的有效手段之一,就是去了解它的歷史背景。正如成語「千里之堤,潰於蟻穴」所言,任何障礙只要開了一個孔,即使這個孔再怎麼小,也可能出現更大的突破。當然,本書並非正式的課本,但它作為量子力學的入門或輔助讀本,必定可以充分達到穿出蟻穴的效果。
    本書特色

      量子力學以複雜的數學運算為基礎,所以初學者在學習時常因此有心理障礙。本書分段描述建構量子力學相關的歷史背景與小故事,並透過漫畫的強力圖解來進行說明,讓人輕鬆克服心理障礙,更簡單、有效地達至學習成果。

      物質的真面目究竟是什麼?

      物質可以不斷地被對半分下去嗎?

      量子力學與我們的生活到底有什麼關係?

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      「量子力學」是為了記述在以分子、原子、基本粒子、光子這些研究對象所隸屬的微觀世界中所觀察到的各種物理現象,而創設發展出來的學問。它的地位足以與愛因斯坦的相對論並稱為現代物理學的二大支柱,對於物理、化學、生物學、甚至工程學等領域的學生來說,既是無可避免的基礎知識,也是必備的工具。

      本書主要是以漫畫的方式來呈現較為枯燥難懂的量子力學。書中是以高中的戲劇社要公演為背景來展開故事。本書是從一開始的基礎知識開始談起,不只是量子力學發展歷程、代表人物也複習到了在高中時所我們所學過的部分理化、數學課程。在劇情式的漫畫告一段落之後會穿插進更為詳細的說明。先以漫畫的方式讓讀者能輕鬆進入這門看似生硬的學問,接著才用補充說明的方式補足漫畫中未能清楚交代的部分。比起一般一開頭就長篇大論的同類書籍來,本書可說是非常簡單易懂的入門書籍。
    拋開可怕的公式,直擊量子力學本質!
    • 古代與現代的對話: 物質一直切分下去會變成什麼?阿基里斯真的追不上烏龜嗎?

    • 揭開原子的真面目: 從湯木生、拉塞福到波耳,科學家是如何撞擊出原子的內部構造?

    • 幽靈般的機率世界: 電子到底在哪裡?為什麼我們無法同時知道它的位置與運動狀態?

    • 生活中的量子現象: 沒想到少了「穿隧效應」,家裡的家電產品根本做不出來?!


    本書站在文科生與一般讀者的角度,拋開繁複計算,用最生動的圖解與精彩的故事,帶你一步一步深入微觀世界。

    從一寸法師到宇宙創生、從家電用品裡的穿隧效應到量子電腦,徹底解開這個世界最迷人、最劃時代的終極謎題!


    ※本書原名為《世界第一簡單量子力學》,現更名為此。


     





    序章??????? 一寸法師與拇指姑娘

    一寸法師的故事

    拇指姑娘的故事

    量子力學究竟是什麼?

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    第1 章?? 「一半的一半的一半……」是什麼?

    1-1 永無止境的悖論

    Column 阿基里斯與龜

    1-2 分子與原子真的存在嗎?

    1-3 來探索眼睛看不見的原子吧!

    Column 挑戰「看見微小世界的技術」之1 顯微鏡的發展史

    如果「元素」與「原子」都不存在的話? 5

    Column 古希臘以外的元素論、原子論

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    第2 章?? 當原子不再是「atom」的時候

    2-1 物體是由原子組合而成

    元素週期表

    2-2 天才化學家拉瓦節的功績

    元素週期表應用篇

    回歸原點的原子之旅

    Column 挑戰「看見微小世界的技術」之2能夠看到原子的顯微鏡!

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    第3章要怎樣探索原子內部?

    3-1 電的孩子「電子」的發現過程

    3-2 湯木生與長岡半太郎的原子模型

    Column 日本物理學之祖長岡半太郎的偉大成就

    3-3 拉塞福撞出的原子核

    從電子到質子、中子與夸克的世界

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    第4章??? 如果沒有量子力學,原子就會崩壞

    4-1 原子的構造與天體不同

    4-2 電子不會像球一般落下

    4-3 波耳的原子模型

    為什麼波耳會成為「量子力學之父」呢?

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    第5章??? 物質的真面目竟然是幽靈?

    5-1 德•布羅意的奇妙想法

    5-2 薛丁格大戰海森堡

    複習入門薛丁格方程式所需要的高中數學

    複習入門薛丁格方程式所需要的高中物理

    特別講座任何人看了都(或許)會有點了解的薛丁格方程式

    5-3 「電子究竟在哪裡?」就是波的真相

    5-4 我們無法同時得知「位在哪裡?」「怎樣運動?」

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    尾聲??????? 量子力學還觸及到了「其他的世界」

    Column 超弦理論的超簡單說明

    從哥本哈根詮釋到多世界詮釋

    Column 量子力學與我們的生活有什麼關係?之1

    沒有穿隧效應就做不出家電用品

    Column 量子力學與我們的生活有什麼關係?之2

    量子通訊、量子電腦、量子密碼……到處都是量子!

    Column 量子力學的幕後英雄提倡電子自旋的包立

    書末附錄一起來解薛丁格方程式!

    量子論•量子力學的系譜

    參考文獻

    索引





    坦白說,我從唸國小一直到剛進高中時,都很想當個物理學家,而且我想鑽研、了解分子與原子的構造、探究物質與能量是怎麼形成的量子力學領域。

    但是在高中時期,我毅然地放棄了這個夢想,並朝著如今的職業一路邁進。其理由有二:

    積極面的理由是,我對寫文章出書的工作具有更強烈的興趣;而消極面的理由則是,我覺得在唸物理時要使用方程式來作數學運算這件事非常的麻煩。

    說來,人生本來就常會碰到「想做」與「不想做」這兩個念頭的相互拉扯,因此我並不後悔做出這樣的抉擇。而且現在的這個工作很適合我,我也從未想過要轉行當科學家。但在我心中,仍有這樣的憧憬:「如果能再認真點唸量子力學就好了……」

    因為這樣,這次在討論書系的新企劃時,我想也沒想的就決定「來做量子力學」。當幸運地獲得了週遭人的贊同並順利底定出版計畫時,我真有一種解決了長年煩惱的暢快感。

    但是……

    開始寫作之後,我馬上就後悔了。

    「好、好、好難呀……」

    「久違」的量子力學對我而言可說是一大難關。每想要更深入地多唸一些時,就會看到鋪天蓋地的數學式子擋在前方。看來,我的腦袋比起高中的時候並沒有進步多少呀。這下子我才發現這份工作非同小可,霎時綠了臉。

    雖然如此,既然我都大聲宣告過:「我要編出連從未鑽研過物理的人也能愉快閱讀的內容!」了,所以我也就沒有退路了。我時而翻著資料呻吟(不是在朗誦喔),時而對監修的川端教授哭訴,好不容易才能一步步編寫下去。同時,有了繪圖的柊老師及負責製作、編輯的Verte 的新井先生與川崎先生等人協助,才終於完成了這部作品,真是非常感謝大家的幫忙。

    當然,想只靠著本書就能理解量子力學的一切是不可能的。但是只要你繼續看下去,就可以了解到「量子力學所指涉的含義是什麼」。因此,如果讀了這些而產生興趣的人,請務必要挑戰更專門的書籍,其中所開展的知性世界必定能帶給你超乎想像的樂趣。

    而且,在1910到1940年中為量子力學帶來重大進步的人物,每位的個性都非常的鮮明、強烈,其中被稱為「量子力學之父」的波耳教授更是獨樹一幟。他就是長期與頂頂大名的愛因斯坦不斷進行科學論戰,最後漂亮獲勝的強者。

    波耳與寫出量子力學最重要方程式的薛丁格之間也有過激烈的論戰。起初薛丁格對於大他2歲的波耳前輩很有耐心地謹慎應對,但持續徹夜討論的結果終於使他疲勞不支而被送進了醫院。當他才想著:「總算解脫了」時,前來探望的波耳卻沒有想回家的意思,於是又開始在病床旁重啟討論會,一直辯到薛丁格昏倒沒法開口為止。

    還有,以測不準原理總結量子力學最大發現:「世界不是由必然、而是由偶然所構成,因此只能用機率來表示」的海森堡,也是天天都要花上好幾個小時來討論量子力學。而且他很喜歡走路,一天可以走上30公里、完全不看四周景色的一直說話,看在旁人眼中,他這個樣子真的是非常怪異。

    在那個時代,許多科學家之所以可以日夜不休地進行討論,是因為他們的居住地都集中在狹小的歐洲。為什麼會發生如此偶然的歷史現象呢?

    我想,這些科學家們絕不是生來就是天才。因為在這樣特定的時期、特地的地區中,要同時誕生出這麼多優秀的人才,在機率上應該是不可能的。

    在我的想像中,當時的歐洲應該是充滿著一種要探究出物質、能量源頭所在的氛圍。說白一點,就是把探究科學真理當作是樂趣的氣氛。愛因斯坦、波耳、薛丁格與海森堡,都只是「乘著時代的波浪」並樂在其中的科學家罷了。

    這道波浪,至今仍一直持續著。而且如今量子力學所要解答的不只是物質與能量的問題,甚至還廣及到整個宇宙創生的原理。它不但成為一門愈來愈壯大的學問體系,同時也變得愈來愈有趣了。

    我不是說要每個人都成為物理學家,我只是希望能讓更多人知道量子力學這門學科,知道在這門學科中,仍有許多科學家在不斷地進行著劃時代的研究以解開我們所生活的這個「世界」上所蘊含的謎題。

    不知道這本書能不能為這個目標提供幫助,但只要能增加更多愛好與支技量子力學的人,就是我無上的榮幸了。

    石川憲二




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