“量子狂潮”的背后，藏着每个人对真理的渴望

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“量子狂潮”的背后，藏着每个人对真理的渴望

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第五届索尔维物理学会议合照

1927年10月，比利时布鲁塞尔，整个世界最伟大的物理学者们集结一堂，一场人类科学史上前所未有的思想风暴，在第五届索尔维物理学会议的上空凝聚。

与会的29位学者中，有17人已经或者将在未来获得诺贝尔奖，爱因斯坦、普朗克、洛伦兹、玻尔、海森堡、泡利、薛定谔、德布罗意、居里夫人……

这是一场注定空前绝后的学术会议，自16世纪“第一次科学革命”使得“物理学”成为一门独立学科以来，直至今日，再也没有哪一次会议能够聚集这么多伟大的科学家。

而他们在这一场会议上所激烈论辩的，正是一种颠覆了经典物理学的高新理论——量子力学——一种几乎颠覆了经典物理学用几百年间确认的一切真理，反常识、反认知、反确定性却又极其严密自洽的理论。

但这群人类历史上最聪明的头脑绝对想象不到，这个既玄妙虚无又卓有成效，始终都在理论研究最先端，足以解释整个宇宙本质的理论，如今几乎和每一个普通人的生活息息相关。

俗话说得好：“遇事不决，量子力学。”

被“玩坏”的量子力学

假如道格拉斯·亚当斯在今天重写他那部科幻名著《银河系漫游指南》，那么书中那台叫“深思”（Deep Thought）的超级计算机，花了700万年才计算出来的宇宙终极答案，恐怕不会是“42”，而是“quantum”（量子）。



且不说在科技新闻中时常能看到的有关“量子计算机”、“量子通信”之类新技术的报道，单说量子力学的概念本身，在各行各业被使用的频率也已经高到了一个匪夷所思的程度。

科幻电影总喜欢拿它做解释剧情的最关键理论，比如《复仇者联盟4》里通过“量子通道”的时间旅行，《星际穿越》主角父女里依靠“量子纠缠”实现的超时空对话；哲学、宗教学……各种人文学科也喜欢借助量子力学的理论概念，尝试去解释那些颠扑不破的概念。

“薛定谔的猫”、“海森堡测不准原理”等好多量子力学里的基础原理和实验，催生出了一个又一个流行文化中的“梗”，甚至是那些智商税从业者们，都往往都喜欢给自己的“产品”上挂一个“量子”。


“量子波动速读”已成培训乱象的代名词

但看着生活里成天量子来量子去的各种信息，你是否也想过这样一个问题？

“量子”到底是什么？

中国互联网上的“量子狂潮”

所有试图用时下流行的“快速科普”了解清楚量子力学基本概念的人，都将陷入对于自己智商的深深自责之中。



在知乎上搜索量子物理，你能看见19756个问题，几乎涉及到普通人对“量子力学”好奇的方方面面，有183711人关注了这些问题，但其中最热门的一个问题是这样的：

“为什么我怎么也理解不了波粒二象性，是因为智商不够吗？”



这个问题底下有638个回答，每一个回答读起来都像是在说完全不同的事情。

假如你过去也曾读过某种有关量子力学的科普或者关于某个实验的解释，除非你真的有对于现代物理学极其系统的学习基础，不然你大几率也会发出和这位题主一样的疑问。

量子力学的理论里，有太多太多反常识的内容，就拿最基础最基础的“薛定谔的猫”来举例吧。



如果将一只猫关在装有少量镭和氰化物的密闭容器里，如果镭发生衰变，会触发机关打碎装有氰化物的瓶子，猫就会死；如果镭不发生衰变，猫就存活。

根据量子力学理论，由于放射性的镭处于衰变和没有衰变两种状态的叠加，猫就理应处于死猫和活猫的叠加状态。这只既死又活的猫就是所谓的“薛定谔猫”。

或者我们再稍微提高一点儿难度，再举一个同样经典又基础的“测不准原理”好了。

如果按照经典物理学的理论，对于一个正在运动的物体，比如一辆正在公路上驰骋的汽车，我们当然可以准确地测量它在任一时刻的位置和速度，绝对不可能测到了车速，却不知道汽车在哪里。



但在微观世界也是如此吗？测不准原理清晰地指明了这个奇妙的关系，微观粒子的动量和位置对应着一系列的可能值，每一个可能值又有一定的出现几率，动量和位置不再同时具有确定的值。

要么是确定微观粒子的位置，而微观粒子的动量无法准确测得；要么是确定动量，而位置不能准确测得，其中一个量确定的越准确，另一个量就越不准确。

但上面这两个例子，已经是量子力学的理论里最容易理解的两个基础概念了，而它们几乎都没有触及到量子力学真正神奇和深奥的边界。

严谨与科学是量子力学的真面目

虽然量子力学几乎每一种概念几乎都是对于常识的颠覆，但普通人要整体理解它到底是什么的难度，其实远比想象中要简单得多。

从某种意义来说，那些几乎没有什么物理学知识的人，可能更容易接受量子力学的理念。



因为如果你脑海里已经有很多关于经典物理学的知识，当你阅读量子力学的解释时，你的脑袋会不由自主地排斥他们。

即便是你能用一种开放的心态去理解，那些在你脑海里根深蒂固的“常识”又会不由自主地进来捣乱，指导你“想当然”，除非你真的能够彻底打开你的脑袋，当做你什么都不知道。

当然这个前提是，你能找到一本足够让你看懂的量子力学读物，这种科普读物倒也不少，但或是更接近于对科学史的演义讲述，或者为了通俗易懂，完全跳过了一切理论的推演。

从结论到结论，读完给人留下的只有一种感觉——“听君一席话，如听一席话”，再有甚者，可能只是借着“量子”的名头，转而去谈一些跟科学毫无关联的哲学思考。

虽然说量子力学对于微观世界的思考的的确确为哲学带来了许多全新的变革，它也确实能够让人拥有一种更高维的认识观，但如果你阅读的是一本没有足够严谨科学推演的量子力学读物，你大几率会在一开始就走火入魔。

宇宙是量子的

在迄今为止所有面向普通读者的中文量子力学科普著作中，英国曼彻斯特大学理论物理学教授，皇家学会研究员，英国最高荣誉“不列颠帝国勋章”获得者布莱恩·考克斯和同为曼彻斯特大学理论物理学教授、“麦克斯韦物理学奖章”得主杰夫·福修合著的这本《量子宇宙》或许是最佳的选择。



我指的不仅仅只是他们的履历，而是这本书真的做到了用小白能懂的话把量子力学讲的清清楚楚，就像著名的《新科学家》（New scientist）所评价的：“无论是语言还是内容都是经过精心雕琢的，全文简明扼要，阅读它是一种享受。”

这一点从书的第一页开始就已经显现得足够令人惊艳。两位作者的确用非常简明的语言就概括出了量子力学的特点。

比如，量子力学在物理学体系里的意义到底是什么？

“量子力学是支持我们理解自然世界的三根砥柱之一，另外两根是爱因斯坦的狭义和广义相对论，爱因斯坦的理论处理分别处理了时间和空间的性质，以及引力问题，而量子力学处理剩下的一切问题。”

“量子理论能精确地描述世界，这些以数学语言写成的定律，跟牛顿或伽利略提出的理论一样真实可靠…量子理论对大自然的描述有巨大的预测力和解释力，涵盖的现象范围之广，小到硅片、大至星辰。”



理解量子力学为什么足够让我们“狂妄地”宣称我们理解了整个宇宙？“因为所有现象确实都由描述微小粒子的量子物理学所决定”、“万物都由一些微小粒子构成，它们的运动遵循量子理论的法则”，世界上的一切都由微观世界所决定，而“量子理论支撑着这一切。”

当然，既然作者是两位堪称“明星级”的科学家，这本书在讲解量子力学理论时自然也是基于对于理论的严谨推演，不过显然他们也知道“科普书里出现公式，销量就要下降40%”，所以在公式推演的同时，他们还配上了大量的类比说明与示意图，这样即便读者看不懂公式中的计算，通过图解的引导，也能在概念上理解各种理论的推演过程。

不过，如果仅凭借上面所说的，就宣称它是迄今为止最好的一本中文量子力学科普著作，对广告再不敏感的读者恐怕都会觉得这或许只是一套夸张的话术，但在这本书身上，这句话确实毫不夸张。

因为这本书在8年前就发行过一个译本，极其畅销，几乎是这个品类里最畅销的图书。


实际销量已经远超20万册

但这个版本有一个其实很致命的问题，由于翻译者并没有相关学科的经验，所以导致翻译错漏百出，有些章节几乎已经错到了没法阅读的程度。但这本书还是依靠自己简洁、精致又精准有趣的内容，连年热卖。

出色的广告带来的畅销，可能只是营销的力量。但糟糕的翻译都挡不住的畅销，绝对能证明一本书的阅读价值。



当然，今天想要推荐给你们的最新版《量子宇宙》在译文上彻底解决了老版本译文上的的错漏，译者王一帆是专业物理学译者，毕业于北京大学与德国波恩大学的他，目前正在德国科隆大学从事量子宇宙学研究，无论从接受过的学术训练还是语言能力，都能确保还原这本书精准、清晰、易懂又深刻的文字。

最后，让我们回到最初的问题？“量子”是什么？它对我们又有什么意义？

宇宙，是量子的！这不是另一种观点，而是宇宙大爆炸后运行130亿年的真相，当你真正理解了量子理论时，你毫无疑问地能够理解宇宙的本质，看到科技的未来，就算你对科学毫无兴趣，你也会发现，自己在不知不觉中，思维和认知都升维了不止一个层次。

就像当一个人见过大海后，绝无可能再会因为湖泊的水波激荡而感慨万分，当你看清了那些组成宇宙、组成生活、组成你和你所爱的人，组成所有你以为不可知与偶然事件的本质，都是量子的时候。

你对于生活中一切发生或者将要发生之事的理解，会更加超然、更加理性、甚至可能会多出许多你此前从未思考过的判断维度。

看见过真理的人不可能再忘记真理，因为，他见过真理了。


《量子宇宙》
作者：[英]布莱恩·考克斯、[英]杰夫·福修
出品：果麦文化
出版：上海科学技术文献出版社
时间：2021年08月