啤酒与肥皂

在日常生活中，我们的直觉通常都是对的。我们看到棒球飞到空中，划出一道弧线、然后下落，最后在地面静止。根据我们利用感官收集到的数据以及基本的经典力学定律，球的运动完全合情合理。 然而，一旦涉及电子运动、分子形状等关于世界上最小粒子的问题，我们自诩已经知晓的事物就彻底发生了改变。真正理解周遭的事情，读懂关于绝对小事物背后神秘、反直觉的科学，我们需要以量子力学理论的视角看待世界和自然。 《啤酒与肥皂》首开先河，不涉及复杂的数学，以科学小白就能够读懂的方式讲述了十分具有挑战性的量子力学理论。全书阐述清晰，以实例和图表取代密集的公式帮助读者理解： 为什么草莓是红的，蓝莓是蓝的 为什么粒子仅仅会因为被观察而从“混合”状态变成“纯态” 为什么一个光子能同时位于两个地方 为什么量子物质有时像粒子，有时又具有波的性质 为什么一块金属加热后会发红，温度升得更高后反而会变蓝 为什么盐能溶于水而油却不能 《啤酒与肥皂》遵循了史蒂芬•霍金（Stephen Hawking）和刘易斯•托马斯（Lewis Thomas）的传统，带你探讨光子、原子、分子等跟人类量级的世界截然不同的最小粒子的反直觉世界，揭开量子力学的神秘面纱，并生动介绍了一些为当代量子物质学说作出贡献的科学家以及相应的实验。

前言/ i 第一章薛定谔的猫 001 薛定谔的猫 004 不等同于抛硬币 006 真实现象有可能像薛定谔的猫 007 第二章大小是绝对的 009 日常生活中的大小是相对的 011 观察方法很重要 013 大还是小——那是扰动的大小 014 大对象的因果关系 015 不可忽略的扰动很重要 017 扰动无处不在 018 大小是绝对的 018 未来无法计算——只有可能性 020 第三章各种波 021 什么是波？ 023 波都有速度和频率 024 海洋波 025 声波 025 经典光波 026 可见光 027 波的叠加——干扰 028 干涉模式和光干涉仪 029 第四章光电效应和爱因斯坦的解释 035 光电效应 037 波图解释不了了 038 爱因斯坦的解释 039 红光逸出电子的速度比蓝光慢 041 非常红的光并不能使电子逸出 042 逸出的电子有多快 043 第五章光：是波还是粒子？ 045 对干扰的经典描述并不适用于光子 047 重新描述干涉仪里的光子 050 光子与自己相干扰 051 光子可以同时存在两个地方 052 观察会带来不可忽略的扰动或改变状态 052 回看薛定谔的猫 053 回看光电效应 054 第六章光子的大小和海森堡不确定性原则 057 粒子有波长 059 自由粒子的波函数长什么样 060 空间中布满有既定动量的粒子 061 不同波长的波之间的干扰 062 叠加原理 065 本征态 065 叠加动量本征态可能性振幅波 066 叠加状态下一颗自由粒子的动量 067 在状态叠加中粒子没有既定动量 068 处于动量叠加状态的粒子到底在哪 069 波包（wave packets） 070 动量和位置的散布范围 070 海森堡不确定性原则 072 第七章光子、电子和棒球 075 粒子的波 077 光的衍射 078 光的衍射反映了光子的波特征 079 阴极 射线管（Cathode ray tube)中的电子就像子弹 一样 080 电子衍射中看起来像波的电子 084 电子和光子既是粒子也是波，但棒球只是粒子 086 第八章量子短柄墙球和水果的颜色 089 盒子中的粒子——经典力学 092 盒子里的粒子——量子力学 095 盒子里的量子粒子的能量 096 波函数在壁的位置应该为零 097 波节是波函数穿过零值的点 099 所有的能源都是量子化的 100 不连续的一组能级 101 盒子里的粒子结果与现实的关联 102 分子吸收特定颜色的光 103 水果的颜色 104 第九章氢原子的历史 107 太阳黑体辐射光谱 110 太阳光谱里的暗线 112 氢的线光谱 113 玻尔（Bohr）的氢原子理论——还差那么点 115 第十章氢原子：量子理论 119 薛定谔方程 121 薛定谔方程对氢原子的描述 122 四个量子数 123 氢原子的能级 125 氢原子的轨域 126 s轨域的空间分布 127 径向分布函数 129 p轨域的形状 132 d轨域的形状 132 第十一章多电子原子和元素周期表 135 与众不同的氢原子 137 轨域形状对比氢原子大的物质来说很重要 138 多电子的原子的能量级 139 把电子放进能级的三个法则 140 元素周期表 143 周期表的布局 144 闭壳层组态 147 原子都想形成闭壳层组态 147 原子的属性 148 顺着列往下原子越来越大 151 从一行的左边到右边 原子越来越小 152 第一过渡系 152 更大的原子、镧系和锕系 154 大部分元素都是金属 154 第十二章氢分子和共价键 157 离得很远的两个氢原子 159 两个被聚拢的氢原子 160 玻恩-奥本海默近似 160 键长为能量最低时的距离 161 形成成键分子轨域 163 成键和反成键分子轨域 165 把电子放进分子轨域 166 氢分子存在但氦分子不存在 167 第十三章什么把原子聚在一起：双原子分子 171 西格玛（σ）和派（π） 173 西格玛分子轨域 175 派分子轨域 176 双原子分子中的成键：氟分子 177 并不存在氖分子 181 氧分子：洪德法则很重要 182 氮分子 184 单键、双键和三键 184 异核双原子 186 分子的视觉模型 189 第十四章更大的分子：多原子分子的形状 / 191 分子形状——四面体的甲烷 / 193 键之间的排斥力最小化决定了形状 / 194 孤电子对也很重要 / 196 三角形分子 / 197 推进电子 / 198 混合原子轨域——线性分子 / 199 混合原子轨域——平面三角形分子 / 201 混成原子轨域——四面体分子 / 202 含单键的碳氢化合物 / 204 大个碳氢化合物分子有多种结构 / 206 双、三碳—碳键 / 209 碳—碳双键——乙烯 / 210 碳—碳三键——乙炔 / 212 第十五章啤酒和肥皂 / 213 醇类 / 215 室温下的乙醇是液体而非气体 / 216 水形成氢键 / 218 水是一种很好的溶剂 / 220 乙醇会与氧产生化学反应 / 220 甲醇具有强毒性 / 223 肥皂 / 224 大碳氢化合物包括油和油脂 / 224 大碳氢化合物分子可以有很多种结构 / 225 油和水不相混 / 225 肥皂分子的结构 / 226 肥皂入水形成胶束 / 227 肥皂溶解油脂 / 228 第十六章脂肪，主要看双键 / 231 什么是脂肪分子 / 233 饱和脂肪和不饱和脂肪 / 234 脂肪分子的形状 / 235 饱和、单元不饱和以及多元不饱和脂肪 / 235 脂肪里的双键很关键 / 236 部分氢化和氢化脂肪 / 237 脂肪的氢化 / 237 看标签 / 238 反式脂肪 / 238 顺式脂肪是天然的，反式脂肪是化学加工的 / 240 反式脂肪有害 / 241 零等于没说 / 242 ω-3脂肪酸 / 242 三酰甘油 / 243 胆固醇 / 243 跟大众看法相反，胆固醇其实是有益的 / 245 胆固醇造成的问题 / 246 第十七章温室气体 / 249 燃烧化石燃料产生的二氧化碳 / 251 燃烧甲烷：天然气 / 251 什么是温室气体 / 252 燃烧化石燃料会产生二氧化碳 / 254 能量的产生和形成的二氧化碳的量 / 255 燃烧真正的化石燃料 / 256 发电时实际产生的二氧化碳量 / 256 二氧化碳是温室气体是因为量子力学 / 257 地球的黑体光谱 / 258 吸收地球的黑体辐射 / 258 为什么二氧化碳在现在的区域有强吸收力 / 260 二氧化碳的振动模式 / 261 量子振动的能级不连续 / 262 量子化振动的能量 / 263 CO2弯曲模式吸收地球核体光谱的峰值 / 263 第十八章芳香族分子 / 265 苯：芳香族分子的原型 / 267 双键去哪儿了 / 268 派（π）键离域 / 269 成键、反成键分子轨域 / 270 碳—碳键级是1.5 / 271

迈克尔 D. 菲尔（Michael D Fayer），博士，斯坦福大学讲席化学教授，美国国家科学院成员，在物理、化学和分子光谱学等领域获得众多重要奖项和荣誉，著有《量子力学的元素》（Elements of Quantum Mechanics）等。

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• 量子力学启蒙

  来源：豆瓣 发布时间：2025-05-01 07:07:23