量子物理之旅

1.內(nèi)容簡介

《上帝擲骰子嗎？量子物理史話》這本書是關(guān)于量子論的故事。量子論是一個(gè)極為奇妙的理論：從物理角度來說，它在科學(xué)家中間引起了最為激烈的爭議；從現(xiàn)實(shí)角度來說，它給我們的社會帶來了無與倫比的變化和進(jìn)步；從科學(xué)史角度來說，幾乎沒有哪段歷史比量子論的創(chuàng)立得到了更為徹底的研究。然而不可思議的是，它的基本觀點(diǎn)和假說至今沒有滲透到大眾的意識中去，這無疑又給它增添了一道神秘的光環(huán)。

這本書帶讀者進(jìn)行一趟量子之旅，從神話時(shí)代出發(fā)，沿著量子發(fā)展的道路，親身去經(jīng)歷科學(xué)史上的烏云和暴雨，穿越重重迷霧和險(xiǎn)灘，和最偉大的物理學(xué)家們并肩作戰(zhàn)。除了回顧基本的歷史背景，還將向著未來探險(xiǎn)，去逐一摸索量子論面前的不同道路，闖入人跡罕至的未知境地，和先行者們一起開疆?dāng)U土。讓人驚嘆的，不僅僅是沿途那令人眼花繚亂的絢麗風(fēng)景，更是來自人內(nèi)心深處的思索和啟示那是科學(xué)深植在每個(gè)人心中不可抗拒的魅力。

你會知道：

1.用武俠小說般的語言，清晰勾勒量子物理發(fā)展風(fēng)云錄。2.量子究竟是什么？為什么說量子論是上帝在擲骰子？

3.對雙縫干涉實(shí)驗(yàn)、薛定諤的貓、量子糾纏、多重宇宙等硬核知識的生動解讀。

4.量子物理如何影響世界，量子計(jì)算機(jī)、量子通信…量子物理未來將有哪些應(yīng)用？

5.牛頓、普朗克、愛因斯坦、玻爾、海森堡、霍金…科學(xué)版的《人類群星閃耀時(shí)》，兼具科普、哲學(xué)、文學(xué)、傳奇、探險(xiǎn)故事、名人傳記等多項(xiàng)功能。

2.推薦理由

教科書要是能這么有趣就好了！生動的比喻，豐富的八卦，讓艱澀的量子力學(xué)顯得平易近人，堪稱學(xué)生上課時(shí)最想偷看的物理小說！

劉慈欣

量子論的故事本來就跌宕起伏、激動人心，這位身世神秘的中國作家將這段故事演繹得高潮迭起、引人入勝，希望了解量子力學(xué)的普通讀者請讀此書。

吳國盛（清華大學(xué)人文學(xué)院教授、科學(xué)史系主任）

生動有趣的量子物理學(xué)簡史。作者既不是學(xué)物理的，也不是專業(yè)作家，但寫出了國內(nèi)最好的量子物理學(xué)通俗讀物。

徐來（“少年得到\"科學(xué)總編輯、科普作家）

量子世界像骰子一樣難以預(yù)測，迄今還沒有誰敢說真正理解了它，任何科學(xué)探險(xiǎn)都不如量子之旅驚險(xiǎn)和神奇。

董光璧（中國科學(xué)院自然科學(xué)史研究所研究員）

曹天元這部很特別的《量子物理史話》，可謂獻(xiàn)給國際物理年不可多得的禮物。它比起各地許多紀(jì)念性的儀式化（或者叫巫術(shù)式）的表演，要實(shí)在得多。我相信，相當(dāng)多的理工科大學(xué)生讀了此書后，會加深對量子力學(xué)以及整個(gè)自然科學(xué)的理解。從這個(gè)意義上說，此書功德無量。

劉華杰（北京大學(xué)哲學(xué)系教授）

3.經(jīng)典書摘

《量子物理史話》本來是筆者利用業(yè)余時(shí)間發(fā)表在網(wǎng)絡(luò)論壇上的作品，沒想到讀者反應(yīng)熱烈，才得以集結(jié)成書并出版。十多年來，它受到了很多人的歡迎，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)出乎我的預(yù)料，也讓我深深感動。這說明，在這個(gè)浮躁喧囂的網(wǎng)絡(luò)時(shí)代，人們心中對自然的好奇和向往，始終不曾更改。

當(dāng)然，作為面向大眾的通俗讀物，本書仍以故事性和娛樂性為主。只要大家讀完后，覺得這是一個(gè)有趣的故事，就已經(jīng)是它大的成功。我一直強(qiáng)調(diào)：如果科學(xué)是一種產(chǎn)品，那么科普就好比是它的廣告。廣告的作用，并不在于讓人了解這個(gè)產(chǎn)品的技術(shù)細(xì)節(jié)，只是引發(fā)人們對這個(gè)產(chǎn)品的購買興趣。因此，本文盡量以歷史敘述為主，同時(shí)降低理論的知識門檻。事實(shí)上，我僅僅假定讀者具有初中的數(shù)學(xué)水平和一點(diǎn)點(diǎn)高中物理知識，而就算你對數(shù)理完全不通，我也希望你可以從本文中得到一點(diǎn)感染和啟示。然而不可避免地，運(yùn)用日?；恼Z言和比喻有時(shí)會顯得牽強(qiáng)附會，不符合物理上的嚴(yán)格概念。所以，如果各位想要獲得對量子論更好更準(zhǔn)確的認(rèn)識，還是要去參考教科書和專業(yè)書籍。因?yàn)樯系凼菙?shù)學(xué)家，能夠描述宇宙的語言是數(shù)學(xué)！

時(shí)間一晃，離本書第一次出版已經(jīng)過去了十多年，在這十多年里，科學(xué)界又發(fā)生了許多重大突破。人們做出了貝爾不等式的無漏洞檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了希格斯玻色子和引力波的存在，發(fā)明了商用量子計(jì)算機(jī)，等等。此次再版我做了一些修訂，將一些科學(xué)的新進(jìn)展補(bǔ)充進(jìn)了正文，希望它能夠跟上時(shí)代的發(fā)展。

如果要評選物理學(xué)發(fā)展史上最偉大的年代，那么有兩個(gè)時(shí)期是一定會入選的：17世紀(jì)末和20世紀(jì)初。前者以牛頓《自然哲學(xué)之?dāng)?shù)學(xué)原理》的出版為標(biāo)志，宣告了近代經(jīng)典物理學(xué)的正式創(chuàng)立；后者則為我們帶來了相對論和量子論，并徹底推翻和重建了整個(gè)物理學(xué)體系。所不同的是，今天當(dāng)我們再次談?wù)撆ｎD的時(shí)代，心中更多的已經(jīng)只是對那段光輝歲月的懷舊和祭奠。而相對論和量子論卻至今仍然深深地影響和困擾著我們，就像兩顆青澀的橄欖，嚼得越久，反而愈加滋味無窮。

我在這里要給大家講的是量子論的故事。這個(gè)故事更像一個(gè)傳奇，由一個(gè)不起眼的線索開始，曲徑通幽，漸漸地落英繽紛、亂花迷眼。正在沒頭緒處時(shí)，突然間峰回路轉(zhuǎn)、天地開闊，如河出伏流，一瀉汪洋，但還未來得及一覽美景，轉(zhuǎn)眼間卻又大起大落，誤入白云深處不知?dú)w路…量子力學(xué)的發(fā)展史是物理學(xué)上最激動人心的篇章，我們會看到物理大廈在狂風(fēng)暴雨下轟然坍塌，卻又在熊熊烈焰中得到了洗禮和重生。我們會看到最革命的思潮席卷大地，帶來了讓人驚駭?shù)碾婇W雷鳴，同時(shí)卻又展現(xiàn)出震撼人心的美麗。我們會看到科學(xué)如何在荊棘和沼澤中艱難地走來，卻更加堅(jiān)定了對勝利的信念。

量子理論是一個(gè)極為復(fù)雜而又難解的謎題。她像一個(gè)神秘的少女，我們天天與她相見，卻始終無法猜透她的內(nèi)心世界。今天，我們的現(xiàn)代文明，從電腦到激光，從核能到生物技術(shù)，幾乎沒有哪個(gè)領(lǐng)域不依賴量子論。但量子論究竟帶給了我們什么？這個(gè)問題卻至今依然難以回答。在自然哲學(xué)觀上，量子論帶給了我們前所未有的沖擊和震撼，甚至改變了整個(gè)物理世界的基本思想。它的觀念是如此革命，乃至最不保守的科學(xué)家都在潛意識里對它懷有深深的懼意。現(xiàn)代文明的繁盛是理性的勝利，而量子論無疑是理性的最高成就。但是它被賦予的力量太過強(qiáng)大，以致連它的創(chuàng)造者本身都難以駕馭，連量子論的奠基人之一玻爾都要說：“如果誰不為量子論而感到困惑，那他就是沒有理解量子論?！?/p>

掐指算來，量子概念的誕生已經(jīng)有一個(gè)多世紀(jì)，但不可思議的是，它的一些基本思想?yún)s至今不為普通大眾熟知。那么，就讓我們再次回到那個(gè)偉大的年代，回顧那場史詩般壯麗的革命吧。我們將沿著量子論當(dāng)年走過的道路展開這次探險(xiǎn)，我們將和20世紀(jì)最偉大的物理天才們同行，去親身體驗(yàn)一下他們當(dāng)年曾經(jīng)歷過的那些困惑、激動、恐懼、狂喜和震驚。這將注定是一次奇妙的旅程，我們將穿越幽深的森林和廣袤的沙漠，飛越迷霧重重的峽谷和驚濤駭浪的狂潮。你也許會感到眩暈，可是請千萬跟緊我的步伐，不要隨意觀光而掉隊(duì)，否則很有可能陷入沼澤中無法自拔。請記住我的警告。

不過現(xiàn)在已經(jīng)沒時(shí)間考慮那么多了。請大家坐好，系好安全帶，我們的旅程開始了。

（來源：《上帝擲骰子嗎？量子物理史話》，曹天元著，北京聯(lián)合出版有限公司，2024年7月版）

4.精彩書評

那一場刀光劍影引人入勝的史事

迷幻列車

當(dāng)看到海森堡提出了量子的不確定性原理時(shí)，我會心地笑了起來，仿佛整本書我就是為了等待這個(gè)點(diǎn)位的出現(xiàn)。作為一門學(xué)科知識，之前我對量子物理毫無真實(shí)的認(rèn)知，除了最早幾位我感興趣的科學(xué)家，像愛因斯坦、霍金等人是這個(gè)領(lǐng)域的大家，后來發(fā)現(xiàn)，原來在意識與物質(zhì)世界兩者間，量子物理好似能搭起一座橋梁。

不確定性原理的魅力，在于海森堡提出了觀察者對電子的影響，也就是說，不同的觀察者，不同的觀察時(shí)機(jī)，哪怕是在同樣嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)環(huán)境下，電子還是會產(chǎn)生不同的觀測結(jié)果，這一下顛覆了物理世界的鐵定規(guī)則，不確定，意識對物質(zhì)的影響，想象一下，這個(gè)潘多拉盒子一旦打開，會在物理學(xué)界掀起怎樣的風(fēng)浪！

在量子物理史上，風(fēng)浪被掀起是很正常的事，沒有風(fēng)浪中的競逐，也就沒有量子物理學(xué)的成長。正因此，在20世紀(jì)，量子物理可以說是諾貝爾獎的孵化器，一代又一代的物理學(xué)家在上面交鋒交戰(zhàn)，無論勝負(fù)，都能得到諾貝爾獎。

海森堡當(dāng)然也不例外，但重點(diǎn)提到他，有點(diǎn)個(gè)人喜好的意味，我欣賞此君的大膽。事關(guān)大名鼎鼎的愛因斯坦，盡管他說過“沒有科學(xué)的宗教是盲目的，沒有宗教的科學(xué)是跛足的”，但愛老堅(jiān)守在經(jīng)典物理的陣營，不確定之說，如何能在物理學(xué)中出現(xiàn)？

海森堡不但提了出來，還弄了個(gè)公式出來。量子物理學(xué)就打開了另一道的思維大門，于是讀到埃弗萊特的多宇宙論誕生的段落，你就會發(fā)現(xiàn)，科學(xué)開始變得如同宗教一般，所謂的宏大，就是它們真的是關(guān)于宇宙的知識或智慧的探尋。

多宇宙理論假設(shè)了這么一個(gè)狀況，就是物體無時(shí)無刻不在分裂著，物體的各種可能都存在于分裂出來的每一個(gè)物體中，我們得以看到其中對我們有意義的真實(shí)或事實(shí)，其他的只是平行在我們能看到、感覺到的這個(gè)世界之外，與我們發(fā)生不了聯(lián)系。這個(gè)理論繼續(xù)發(fā)展，到了后來，則解釋為在高速分裂的過程，電子之間各自抵消能量，因此總體上能保持一個(gè)我們看得見的不變的事物。

意識的力量、平行宇宙，這些在科幻電影里常用的手段，竟然能成為一項(xiàng)嚴(yán)肅的科學(xué)，百多年來不斷被研討和推進(jìn)，這對大多數(shù)唯物主義的同志來說實(shí)在是匪夷所思。對于我來說，量子物理卻因此而與平常人親近了許多。

經(jīng)常無來由地猜想：如果宇宙中確實(shí)存在一道又一道固定不變的規(guī)律，那宇宙應(yīng)該是一座精細(xì)而完美的機(jī)器，那操控著這臺機(jī)器的那個(gè)最初的意識是從哪里來的呢？如果宇宙是在偶然中形成了這樣的機(jī)器，又偶然地自我啟動，那這個(gè)偶然實(shí)在是偶然界中的國王。意識真的不可以融進(jìn)物質(zhì)界的規(guī)律中嗎？就因?yàn)橐庾R是不確定的？從概率上看，一億億個(gè)意識的不確定里，也許會有一千方億的意識是相近的，所以這樣的力量該能影響物質(zhì)界吧？

宏觀到宇宙，微觀到電子，人類科學(xué)的研究仿佛還在一定范圍里不斷地沖擊新的上下沿，量子物理學(xué)也許就是這個(gè)工程的一個(gè)“意識體\"帶領(lǐng)著人類去探索、發(fā)現(xiàn)。我仍然認(rèn)為，宇宙是一體的，每個(gè)星球、每個(gè)人、每個(gè)電子，宇宙是一個(gè)意識體，就像一個(gè)被放大至無限的人體那般。

宇宙就是你，當(dāng)然也是我。

5.關(guān)于作者

曹天元，20世紀(jì)80年代出生于上海，畢業(yè)于復(fù)旦大學(xué)和香港大學(xué)。以《上帝擲骰子嗎？量子物理史話》開創(chuàng)了科普類寫作新風(fēng)格。本書獲得科學(xué)時(shí)報(bào)讀書杯科普創(chuàng)作獎、第三屆吳大猷科普獎、國家圖書館文津圖書獎，贏得科普學(xué)者的一致贊譽(yù)。