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量子力學,這個誕生於二十世紀初的偉大物理成就,是現今奈米科技、半導體、超導體的基礎理論。在費曼對加州理工學院大一、大二學生所做的物理課演講裡,本卷擷取了其中的量子力學課程,成為一套完整的教材,一方面介紹觀念,同時也仔細討論一些具體的例子,使得這些物理概念不再抽象難解。 如果你想知道量子力學最基本、最一般性的特質: ■ 像電子這種微觀粒子,行為既有些像波,也有些像粒子,這就是奇異的量子行為。 ■ 量子力學中用機率幅來描述自然,機率幅與機率有什麼關係?狄拉克用什麼記號來表示機率幅? ■ 費米子是什麼?玻色子又是什麼?液態氦在低溫時,可以不受任何阻力而流動,原因正在於氦原子是玻色子。 ■ 著名的測不準原理,其真正的意義究竟是什麼? 看費曼如何用清楚生動的語言,解說奧妙的觀念!
理查‧費曼 著 1918年,費曼誕生於紐約市布魯克林區,1942年,從普林斯頓大學取得博士學位。第二次世界大戰期間,他曾在美國設於新墨西哥州的羅沙拉摩斯(Los Alamos)實驗室服務,參與研發原子彈的曼哈坦計畫(Manhattan Project),當時雖然年紀很輕,卻已經是計畫中的重要角色。隨後,他任教於康乃爾大學以及加州理工學院。1965年,由於費曼在量子電動力學的成就,與朝永振一郎(Sin-Itiro Tomonaga)、許溫格(Julian Schwinger)兩人,共同獲得該年度的諾貝爾物理獎。 費曼博士為量子電動力學理論解決了不少問題,同時他首創了一個解釋液態氦超流體現象的數學理論。之後,他跟葛爾曼(Murray Gell-Mann)合作,研究弱交互作用(例如貝他衰變),做了許多奠基工作。後來數年,費曼成為發展夸克(quark)理論的關鍵人物,提出了在高能量質子對撞過程中的成子(parton)模型。 在這些重大成就之外,費曼博士把一些基本的新計算技術跟記法,介紹給了物理學。其中包括幾乎無所不在的費曼圖,因而改變了基礎物理觀念化與計算的過程,成為可能是近代科學史上,最膾炙人口的一種表述方式。 費曼是一位非常能幹有為的教育家,在他一生所獲多得數不清的各式各樣獎賞中,他特別珍惜1972年獲得的厄司特杏壇獎章(Oersted Medal for Teaching)。《費曼物理學講義》一書最初發行於1963年,當時有位《科學美國人》雜誌的書評稱該書為「……真是難啃,但是非常營養,尤其是風味絕佳,為二十五年來僅見!是教師及最優秀入門學生的指南。」為了增長一般民眾的物理知識,費曼博士寫了一本《物理之美》(The Character of Physical Law)以及《量子電動力學》(Q.E.D.: The Strange Theory of Light and Matter)。他還寫下一些專精的論著,成為後來物理學研究者與學生的標準參考資料跟教科書。 費曼是一位建設性的公眾人物。幾乎家喻戶曉他參與「挑戰者號」太空梭失事調查工作的事跡,尤其是他當眾證明橡皮墊圈不耐低溫的那一幕,是一場非常優雅的即席實驗示範,而他所使用的道具不過冰水一杯!比較鮮為人知的事例,是費曼博士於1960年代中,在加州大學課程委員會任上所做的努力,他非常不滿當時教科書之庸俗平凡。 僅僅重複敘說費曼一生中,於科學上與教育上的無數成就,並不足以說明他這個人的特色。正如任何讀過他即使最技術性著作的人都知道,他的作品裡外都散發著他鮮活跟多采多姿的個性。在物理學家正務之餘,費曼也曾把時間花在修理收音機、開保險櫃、畫畫、跳舞、表演森巴小鼓、甚至試圖翻譯馬雅古文明的象形文字上。他永遠對周圍的世界感到好奇,是位一切都要積極嘗試的模範人物。 費曼於1988年2月15日在洛杉磯與世長辭。 羅伯‧雷頓 著 1919年生。加州理工學院學士、碩士,1947年從該校取得物理博士學位。然後留在加州理工學院研究、任教,直到1990年退休,整個學術生涯都在這所學校度過。他參與了許多領域的研究,除了粒子物理的基礎研究,也曾帶建造計火星探測器,還為幾個天文台設計強大的望遠鏡。1997年因神經疾病去世。 馬修‧山德士 著 1919年生。克拉克大學學士,萊斯大學碩士,1948年從麻省理工學院獲得物理博士學位。隨後於麻省理工學院任教,1950年到加州理工學院,1969年再到加州大學聖克魯兹分校教學與研究,直到1985年退休。這期間曾帶領史丹福直線加速器中心的建造工作。退休之後,仍積極投入中小學的教育事務。 高涌泉 譯 加州大學柏克萊分校物理博士。現任臺灣大學物理學系教授,專長為場論與粒子物理,認為量子力學是最奇妙的學問。喜歡柏拉圖、達爾文、愛因斯坦、費曼、魯迅的作品,也喜歡看各式各樣的電影與棒球比賽。除了學術論文以外,著有《另一種鼓聲:科學筆記》、《武士與旅人:續科學筆記》。 翻譯本書第6堂課。
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關於理查‧費曼 修訂版序 費曼最寶貴的遺產 - 索恩 紀念版專序 最偉大的教師 - 古德斯坦、紐格包爾 費曼序 費曼前言 - 山德士 中文版前言 -高涌泉 第1章 量子行為 1-1 原子力學 1-2 子彈實驗 1-3 波的實驗 1-4 電子實驗 1-5 電子波的干涉 1-6 觀看電子 1-7 量子力學第一原理 1-8 測不準原理 第2章 波動觀與粒子觀的關係 2-1 機率幅 2-2 位置與動量的測量 2-3 晶體繞射 2-4 原子的大小 2-5 能階 2-6 哲學上的意涵 第3章 機率幅 3-1 機率幅的結合定律 3-2 雙狹縫干涉圖樣 3-3 從晶體散射出來 3-4 全同粒子 第4章 全同粒子 4-1 玻色子與費米子 4-2 兩個玻色子的狀態 4-3 n 個玻色子的狀態 4-4 光子的發射與吸收 4-5 黑體光譜 4-6 液態氦 4-7 不相容原理 第5章 自旋1 5-1 以斯特恩—革拉赫實驗來過濾原子 5-2 以過濾原子進行實驗 5-3 串聯的斯特恩—革拉赫濾器 5-4 基底狀態 5-5 干涉機率幅 5-6 量子力學架構 5-7 變換到另一組基底 5-8 其他的狀況 第6章 自旋1/2 6-1 變換機率幅 6-2 變換到旋轉後的座標系 6-3 繞 z 軸的旋轉 6-4 繞 y 軸旋轉180° 與90° 6-5 繞 x 軸的旋轉 6-6 任意旋轉 第7章 機率幅如何隨時間變化 7-1 靜止的原子;定態 7-2 等速運動 7-3 位能;能量守恆 7-4 力;古典極限 7-5 自旋1/2粒子的「進動」