有一个狂想可以解除这个可憎的诅咒,虽然它听上去真的很疯狂,但慌不择路,我们已经是nothing to lose。失去的只是桎梏,但说不定贏得的是整个世界呢?
要是电子即使在观测后仍然处在左/右的叠加中,只不过,我们的世界本身也是这叠加的一部分!当电子穿过双缝后,处于叠加态的不仅仅是电子,还包括我们整个世界!也就是说,当电子经过双缝后,出现了两个叠加在一起的世界,在其中的个世界里电子穿过了左边的狭缝,而在另一个世界里,电子则通过了右边的狭缝!
波函数无须“坍缩”,去随机选择左还是右,事实上两种可能都发生了!只不过它表现为整个世界的叠加:生活在一个世界中的人们发现在他们那里电子通过了左边的狭缝,而在另一个世界中,人们观察到的电子则在右边!量子过程造成了“两个世界”!这就是量子论的“多世界解释”。
量子物理史话
p和q就像一对前世冤家,它们人生不相见,动如参与商,处在一种有你无我的状态。不管我们亲近哪个,都会同时急剧地疏远另一个。这种奇特的量被称为“共轭量”。
序
量子力学的发展史是物理学上最激动人心的篇章,我们会看到物理大厦在狂风暴雨下轰然坍塌,却又在熊熊烈焰中得到了洗礼和重生。我们会看到最革命的思潮席卷大地,带来了让人惊骇的电闪雷鸣,同时却又展现出震撼人心的美丽。我们会看到科学如何在荆棘和沼泽中艰难地走来,却更加坚定了对胜利的信念。
今天我们的现代文明,从电脑到激光,从核能到生物技术,几乎没有哪个领域不依赖于量子论。现代文明的繁盛是理性的胜利,而量子论无疑是理性的最高成就之一,但是它被赋予的力量太过强大,以致连它的创造者本身都难以驾驭,以致量子论的奠基人之一玻尔都要说:“如果谁不为量子论而感到困惑,那他就是没有理解量子论。”
黄金时代 001
更令人惊奇的是,这一切都彼此相符而互相包容,形成了一个经曲物理的大同盟。经典力学、经典电动力学和经典热力学形成了物理世界的三大支柱。它们紧紧地结合在一块儿,构筑起了座华丽而雄伟的殿堂。
乌云 027
量子就在同它自身创建者的斗争中成长起来,每一步都迈得艰难而痛苦不堪。不过,正是这样的磨砺,才使得一部量子史话显得如此波澜壮阔,激动入心,也使得量子论本身更加显出它的不朽光辉来。量子论不像牛顿力学或者爱因斯坦相对论,它的身上没有天才的个人标签,相反,整整一代精英共同促成了它的光荣。
火流星 051
白云深处 077
曙光 101
但是人们还没有来得及歇一歇脚,欣赏一下周围的风景,为目前的成就自豪一下,我们的快艇便又要前进了。物理学正处在激流之中,它飞流直下,一泻千里,带给人晕眩的速度和刺激。自牛顿起250年来,科学从没有在哪个时期可以像如今这般翻天覆地,健步如飞。量子的力量现在已经完全苏醒了,在接下来的3年间,它将改变物理学的一切,在人类的智慧中刻下最深的烙印并影响整个20世纪的面貌。
殊途同归 127
不确定性 151
波函数这种奇迹般的变化,在哥本哈根派的口中被称之为“坍缩”,每当我们试图测量电子的位置,它那原本按照薛定谔方程演变的波函数ψ便立刻按照那个时候的概率分布坍缩,所有的可能全都在瞬间集中到某一点上。而个实实在在的电子便大摇大摆地出现在那里,供我们观赏。
在电子通过双缝前,假如我们不去测量它的位置,那么它的波函数就按照方程发散开去,同时通过两个缝而自我互相干涉。但要是我们试图在两条缝上装个仪器以探测它究竟通过了哪条缝,在那一刹那,电子的波函数便坍缩了,电子随机地选择了一个缝通过。而坍缩过的波函数自然就无法再进行干涉,于是乎,干涉条纹一去不复返。
决战 177
不仅仅是猫,一切的一切,当我们不去观察的时候,都是处在不确定的叠加状态的,因为世间万物也都是由服从不确定性原理的原子组成,所以一切都不能免俗。量子派后来有一个被哄传得很广的论调说:“当我们不观察时,月亮是不存在的”。这稍稍偏离了本意,准确来说,因为月亮也是由不确定的粒子组成的,所以如果我们转过头不去看月亮,那一大堆粒子就开始按照波函数弥散开去。于是乎,月亮的边缘开始显得模糊而不确定,它逐渐“融化”,变成概率波扩散到周围的空间里去。当然这么大一个月亮完全融化成空间中的概率是需要很长时间的,不过问题的实质是:要是不观察月亮,它就从确定的状态变成无数不确定的叠加。不观察它时,一个确定的,客观的月亮是不存在的。但只要一回头,一轮明月便又高悬空中,似乎什么事也没发生过一样。
歧途 263
要是电子即使在观测后仍然处在左/右的叠加中,只不过,我们的世界本身也是这叠加的一部分!当电子穿过双缝后,处于叠加态的不仅仅是电子,还包括我们整个世界!也就是说,当电子经过双缝后,出现了两个叠加在一起的世界,在其中的个世界里电子穿过了左边的狭缝,而在另一个世界里,电子则通过了右边的狭缝!
波函数无须“坍缩”,去随机选择左还是右,事实上两种可能都发生了!只不过它表现为整个世界的叠加:生活在一个世界中的人们发现在他们那里电子通过了左边的狭缝,而在另一个世界中,人们观察到的电子则在右边!量子过程造成了“两个世界”!这就是量子论的“多世界解释”。
回归经典 233
不等式的判决 261
也就是说,在任何时候,“你”都填满了整个宇宙,只不过“大部分”的你聚集在某个地方而已。作为一个宏观物体的好处是,明显的量子叠加可以在很短的时间内完成自发定域,但这只是意味着大多数粒子聚集到了某个地方,总有小部分的粒子仍然留在无穷的空间中。单纯地从逻辑上讲,这也没什么不妥,谁知道你是不是真有小到无可觉察的部分弥漫在空间中呢?
新探险 285
世界的面貌,它比史上任何种理论都引发了更多的技术革命。核能、计算机技术、新材料、能源技术、信息技术……这些都在根本上和量子论密切相关。牵强一点说,如果没有足够的关于弱相互作用力和晶体衍射的知识,DNA的双螺旋结构也就不会被发现,分子生物学也就无法建立,也就没有如今这般火热的生物技术革命。再牵强一点说,没有量子力学,也就没有欧洲粒子物理中心，没有互联网，更没有划时代的网络革命。
尾声 317
外一篇
海森堡和德国
原子弹计划 319
后记 332
主要参考资料 334
人名索引 342