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小普陀| 读《上帝掷骰子吗?量子物理史话》

小普陀| 读《上帝掷骰子吗?量子物理史话》

作者: 小普陀 | 来源:发表于2020-11-16 12:10 被阅读0次

书名:《上帝掷骰子吗?量子物理史话》

作者:曹天云 生物化学和电子工程专业

内容:科普类读物 之 量子物理发展史

发表时间:2005年

媒体:网络,多年后整理出书

据说,这本轰动一时,并影响一代青年人的《上帝掷骰子吗?》,是曹天云上学期间业余写成,发表在网络上的。文体类小说,又不是,兼有科学性与文学性,读起来轻松快乐,有一读到底的冲动,其中烧脑成分,又使你不得不抬头愿望,问自己:你真的能明白吗?

我最初读此书时,并未来得及注意作者就一头扎进去出不来了,之后回头看看,是哪位大侠写得如此生动有趣,知识结构如此繁杂勾连,触类旁通。曹天云,这名字像不像一个围棋高手?是的,太像了,文章的全局把握以及各种理论的阐述,由繁入简的解说,只能由胸有成竹的高手造就。

我之所以介绍这本书,不只因为它文笔生动、可读性强,更因为多年前读它时,感觉到了巨大的震颤,大地与天空的震颤,庞大的未知的微观世界不亚于宏观世界神秘莫测,它打开了我这个外行对量子理论(或者量子力学、量子物理等等叫法)的兴趣的阀门,一路追踪它的发展,跟踪它的每一条新闻,寻找每一本新书,加深了我对一切不确定性的迷恋,对神秘事物的热恋。

当读得似懂非懂、抓耳挠腮时,科学家们说那确实也在猜想的云里雾里呢,我便欣然接受这种晕头转向的魔力,驱使我义无反顾地跟随,相信这条路上将有层出不穷的奇迹。

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《上帝掷骰子吗?》源于爱因斯坦与玻尔对光的属性的长期争论中说的一句名言:“上帝不会掷骰子。”光是粒子,这在早早以前就被牛顿板上钉钉了,然而,有人挑战这一说法,猜想光是波的属性。这便引出了跨越世纪的波粒二象性之争,如一场比武,强手如林,有的打倒了又站起来,有的从此埋没于时间的海洋。

此书,叙述的欧美科学界的发展史,让我领教了那个思维活跃、开阔的两百年,那个年轻时代正是我们最闭关锁国、垂垂老矣的两百年。

这部书比较浅显地、通俗地、故事性极强地介绍了量子物理的开端、发展与困惑。2005年离现在已经过去15年,15年里量子理论又有了很多新发现,从历史的角度讲,并没有走太远,并没有划时代的进展,全世界的物理、数学、化学、生物等等门类已不能埋头单一领域的研究,而是互相合作、知识渗透、更加开阔的研究,科学界,并无国界。

曹天云的这本书是一个开端,之后,书的海洋里填满了关于量子力学的各种书籍,世界各地的科学家都在科普这门有趣的学科,有比曹天云写得早得多的,也有当年最新的。

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书中讲了很多大科学家的故事,以人物和故事的形式将物理史串讲一遍,并引出了哲学高度的思考,这是作者的深刻之处。科学首先是一个发现的过程,在这个发现的过程里顺便发明了许多东西。而这个宇宙的起点与终点的不确定,这个发现的过程就无止境,世界上不可解的问题将永远困扰着你我,而科学家们也不得不向神去寻求安慰,你那庞大的力量来自何方?

量子理论并不像以往的科学家那样,一个人提出问题或者猜想,一个人默默解题得出理论,如天才牛顿的万有引力,如爱因斯坦那样神奇的大脑给出的相对论,量子不是,是众多科学家多年共同集思的产物:

普朗克的能量量子假设;

爱因斯坦与玻尔的光的波粒二象性;

玻尔的原子结构说;

海森堡和薛定谔的矩阵力学与波动力学;

狄拉克的狭义相对论与量子力学相结合;

还有玻恩、波利等等。

作者用人性的一面将诸位大神级科学家装点得更加立体好看,性格各异、对科学与生活充满热情,爱因斯坦在与玻尔争论多年之后,将玻尔的名字放在自己前面;薛定谔科学与爱情两不误,尝遍诸多爱情之后的结果竟然是回归家庭。他们大多为人师表、互相尊重,使得科学家思想活跃、新人辈出。

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接受这么多,只想说,把科普读物写成这样易懂,作者对量子物理的喜爱可见一斑,理解透了,才能写得简单明了。当然至今,量子理论界的好态度好风气就是:不懂的敢于说不懂,这是新科学的特点。

来说两个我读此书印象深刻的实验吧。一个是探究波粒二象性的双缝实验,一个是薛定谔的不确定的猫。至少薛定谔的猫大家都是知道的吧。

第一个,双缝实验,探究光的本质。

你说光是粒子,那它有波的干涉,你说光是波,它又有粒子的特征,光子是在论的,于是有了双缝实验。

最早1806年,托马斯-杨为了证明光有波的特征,将一束阳光折射到纸上,纸上有一条缝,通过缝,又射在有平行两条缝的纸上,通过两条缝的不是两条光带,而是具有波的特性的,波的叠加产生了干涉效果,有明暗的波。

之后,不断有人在做这个实验,只是光源不同而已,泰勒的单光子双缝实验,费曼的双电子双缝实验,后来的激光实验,有人说,理解了波粒二象性,会觉得恐怖,那个干涉是自我干涉的波,暗处是叠加消失的部分。

后来我看,还有人做实验,在两个缝的位置装上探测器,探测光子的通过数量,你猜怎么样,测量发生了叠加坍缩,干涉消失了,剩下两条光带。

这就与薛定谔的猫一样神奇了。

第二个,薛定谔的猫。

这是一个思想实验,假定,将一只猫关在盒子里,里面有镭和氰化物。

镭有衰变的可能,如果镭产生衰变,就会触发机关打碎氰化物的瓶子,猫死了。如果镭始终不衰变,猫就活着。于是镭就出于衰变与不衰变的叠加态,猫就处于死于活的叠加态。

这只又死又活的猫就叫薛定谔的猫。

只有打开盒子看,才能知道猫的死活,观测,使实物处于定态,不观测,它就处于未知态,这是微观物理学的奇幻之一。那么是上帝在掷骰子吗?我觉得不是,是我们太慢,总在事件发生后才能感知,慢得无法明白。

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也不知再聊些什么,也不知是不是太枯燥,不过,量子世界理论里的平行宇宙观,大概能让你兴奋一下吧?平行宇宙生出了多少科幻电影、小说啊!那都是有根据的哟,不是胡说。

还有,多维度的猜想与探索,量子纠缠的意识论,更难懂的玄理论,M理论,普朗克常量、希格斯玻色子等等,你感兴趣,就去翻一翻这些书吧,基本上每一本,都是从量子物理的历史讲开的,作者都是大科学家,我觉得那是他们在向前辈致敬,在向未知的真相致敬。

体会一下坚持四十年的理论被推翻的心情,体会一下人已沉睡多年,他的学术却被挖掘出来成为新说,科学的魅力是不是就在它神奇的不确定性,如我们感知的这三维空间的无限不确定性,神秘有趣。

上帝的骰子还在翻滚不停,它不停息,发现不止。

从牛顿的微粒,到惠更斯的广论;

从托马斯-杨的双缝实验,到普朗克的量子假定;

从爱因斯坦的光电效应,到海森堡的不确定说........

是粒是波

是死是活

确定与不确定

是有是无

是夜是昼

存在与不存在

是共生吗?

是骰子的随机性?

是宇宙的规律性?

纠缠纠缠

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