上帝掷骰子吗 - 曹天元

个人评价:作者文笔真是优美。。。写出了科学故事的魅力。不过作者也在09 Part 5里强调了,此书以史为本,描述时用的比喻可能不太准确,真正的准确描述要用到复杂的数学

作者在后记中也说了,他是用业余时间完成的,信息来自于各种媒体,个别地方可能查证不够。其实只要读者能体味到一点量子论带来的激动和惊奇,就很好了。

给我印象最深的还算是量子力学的发展史了,确实很波折,很玄妙,但又不得不承认很强大,发展到此地步就靠近了哲学、心理学了,决定论、因果律、意识都需讨论。挺烧脑的,持续关注!


1 黄金时代

开篇讲赫兹,不过他英年早逝37岁,死后有人实现了无线电报

光的研究

光在某个时刻被费尔马总结为:光总是走最短的路线

Part 3 光的微粒说与波动说大战

胡克在光有色实验上批评了牛顿,于是牛顿在文章中反击。两人都格外敏感且心胸狭窄,最终成为死敌,逼迫胡克退出皇家学会

牛顿在1704年发表光学,严重打击了波动说

一个世纪后,托马斯扬 的双缝干涉实验掀起了波动说理论

之后麦克斯韦方程组被评价为科学美的典范;

经典力学、经典电动力学、经典热力学(加上统计力学)形成了物理世界的三大支柱

纳粹之前,德国是世界科技中心,是很多科学家向往的圣地,纳粹之后,中心才转向美国直至今日;

Part 4

普朗克发现了一个普适公式,但不知道背后的物理意义,最后不得不跳出经典物理学,重新审视发现了真理,引入了量子

关于芝诺悖论,量子效应使得空间和时间的连续性消失 了,芝诺所说的连续无限次分割的假设并不能够总是成立,这样悖论不攻自破了。

普朗克之后 为自己提出的量子假设感到担忧,毕竟那意味着要挑战麦克斯韦理论了。有人戏称,普朗克就像是童话里的那个渔夫,他亲手把魔鬼从封印的瓶子里放了出来,自己却反而被这个魔鬼吓个半死

量子的思想太过于惊人,太过于革命,以致地很多巨人都选择了保定态度,不太相信它,所以量子论的成长很曲折

之后爱因斯坦出现,从普朗克的思想出发,支持了量子,提出了光量子

对于光量子的态度,连爱因斯坦本人都是非常谨慎的,它与经典电磁学不相容。

上帝造了光,爱因斯坦指出了什么是光,而康普顿的实验看到了光。

1911年,第一届索尔维会议在布鲁塞尔召开,24位杰出的物理学家参加了会议,不过会议倒没取得突破性进展,但仍是一次重要事件,量子问题被推到了历史的最前沿。

闲话:

卢瑟福本人不仅是位伟大的物理学家,而且是一位伟大的物理导师,他以敏锐的眼光去发现天才,以伟大的人格去关怀他们 。在他的实验室培养了一大批杰出的物理学家,至少有10位获得诺贝尔奖。所以他的实验室被称为“诺贝尔奖得主的幼儿园”,他的头像也出现在新西兰货币最大面值上。

玻尔提出了在原子世界里的量子观点,完美解释了一些现象,但不够完美,没有让量子取得根本性地位。

德布罗意发现电子在运行的时候,居然伴随着一个波,他把这个结论写在了博士论文里,但评委们不是很相信,爱因斯坦很支持。后来被其它实验物理学家所证实

微粒说与波动说仍在不断斗争着,谁也不服谁。直到海森堡出现,它在一次会议上获得了玻尔的赏识

之后薛定谔的波动方程出来,大受欢迎,由此衍生出波动力学,比海森堡的矩阵力学好懂。

两种力学最终被证实是相通的。

闲话:薛定谔的情史较为风流,据传波动力学的创立是在一名不知名的女性陪伴下做出来的。不过最终还是与原配一起终老。

07 决定论与不确定性论

波恩提出了不确定性论,这为很多物理学家所不能接受,在他们看来,物理学不需要上帝的假设,不可能有骰子。

海森堡之后想到测不准原理,电子的动量和位置不能同时获得

最后玻尔觉得电子既是粒子,也是波,取决于观察方式。在经典理论中,测试方式不是一种需要考虑的问题,或者说它的影响可以忽略不计。但是在微观量子世界里,测量的介入都会造成极大的干扰

换言之,不存在一个客观的、绝对的世界。唯一存在的就是我们能够观测到的世界。没有一个脱离于观测而存在的“绝对自然”;

我们虽然对单个电子的行为只能预测其概率,但当样本数量足够大时,概率论就用了,比如当数亿万讲的电子穿过双缝,它们就会形成干涉图案。如果你家电视画面老有雪花,不要怀疑到量子论头上来,先去检查下天线。。

原本形态优美、严格地符合薛定谔方程的波函数在一刹那轰然崩溃,变成了针尖般的小点。从数学上看,这两种状态显然是没法互相推导的。在我们观测电子以前,它实际上处于一种叠加态,但当我们真的去“看”时,电子便无法保持它这样优雅的形为方式了,被迫做出选择,以一个确定的位置出现在我们面前 。

当我们闭上眼睛不去看的时候,它就不是一个实实在在的电子,像一个幽灵一般按照波函数向四周散开;当你睁开眼睛,奇妙的事情发生了,波函数在瞬间collapse坍缩,变成实实在在的粒子。

08 决战

办了科莫会议,爱因斯坦、薛定谔缺席;

然而,爱因斯坦不能容忍一个没有因果律的物理世界,在之后第五届索尔维会议上,爱因斯坦严厉反对玻尔一派提出的量子观点。然而爱因斯坦这次输了;

在第六届索尔维会议上,爱因斯坦继续试图证明量子论错了。玻尔指出了爱因斯坦实验中的缺陷,爱因斯坦再次输了

一直到爱因斯坦去世,玻尔也未能说服他,让他认为量子论的解释是正确而完备的

在反对派中,薛定谔仍在,在1935年发表《量子力学的现状》,提出了薛定谔的猫,这个实验把量子效应放大到了我们的日常生活,牵涉到宠物猫是死是活的问题。之后有论调说:当我们不观察时,月亮是不存在的,即不观察时,组成月亮的粒子按照波函数散开,处于不确定的叠加,当我们观察时,一轮明月又在那里了,就好像什么事也没发生过。

这听起来有强烈的唯心论!半死半活的“薛定谔的猫”是科学史上著名的怪异现象之一

薛定谔的猫:

把一只猫、一个装有氰化氢气体的玻璃烧瓶和放射性物质放进封闭的盒子里。当盒子内的监控器侦测到衰变粒子时,就会打破烧瓶,杀死这只猫。根据量子力学的哥本哈根诠释,在实验进行一段时间后,猫会处于又活又死的叠加态。可是,假若实验者观察盒子内部,他会观察到一只活猫或一只死猫,而不是同时处于活状态与死状态的猫。这事实引起一个谜题:到底量子叠加是在什么时候终止,并且坍缩成两种可能状态中的一种状态?

09 歧途

冯诺依曼,维格纳先后得出一种结论,说塌缩是人类意识造成的。可问题是,究竟什么是意识,这带来的问题比波函数怎么塌缩更加令人困扰

可以肯定的是,意识不是一种具体的物质实在。一种说法是:意识是组成脑的原子群的一种组合模式!只要一堆原子按照特定的方式排列起来,它就可以构成我们的意识,就像一堆文字按照特定方式组合,就可以构成一篇小说一样。

1982年有人提出“不可复制定理”,即传输量子态的同时一定会毁掉原来那个原本。

意识并不一定要依赖于我们这个生物有机体的肉身而存在?假如把我们的大脑信息全部输入到计算机,是不是可以说计算机拥有了意识呢?

强人工智能派认为:计算机复杂到一定程度后便可以实际拥有意识。

作者在书中的描述倾向于把意识建立在完全客观和唯物的基础上,不是一个独立的存在,而是系统复杂到一定程度后表现出来的客观性质。

有人提出了延迟实验,最后推导出宇宙的历史可以在它发生以后才被决定空间是怎样发生的。我们的观测行为本身参与了宇宙的创造过程。换句话说,我们讨论所有问题的前提是:事实上已经存在了一些像我们这样的智能生物来讨论这些问题。(人择原理);更甚,我们的存在创造了宇宙和它的历史本身,各种宇宙常数首先是一个不确定的叠加,只有被观测者观察后才变成确定。

听到以上这些,我们头都大了。主流物理学家持有的观点是:简单地假设波函数一观测就塌缩,至于它如何坍缩、何时坍缩、为什么坍缩不管。只要量子论在现实中管用就行。

之后,埃弗莱特提出多世界理论,不被看好。他心灰意冷退出物理界,之后竟然还成富翁。。

10 回归经典

有人提出“退相干”理论,受到很多支持

MWI(多世界理论)好处是把观测者从物理中踢开了,现在整个宇宙中只是严格地按照波函数演化,不必依赖于“智能生物”的选择了。这样,回归到了经典的决定论,上帝也不掷骰子。只是我们有与生俱来的限制,只能观测到某一个世界的影子。

作者谈到了证伪理论:如果一个理论不能被证伪,它的科学性就值得商榷了。。

闲话:

我们对待科学的态度是,只要一个理论能够被证明是错但还未被证明是错,我们就暂时接受它是可靠正确的,只不过它必须随时面对证伪。这也就是科学为何总是在自我否定中完善。【这段说得很好!】【享普尔 Carl Hempel 提出过“证明所有的乌鸦都是黑的”这个悖论,在《哲学家都干了些什么》书中谈到过】

有人提出了量子自杀,大意就是人自杀无论怎么也死不掉,必然存在于某一个世界中,只不过旁观者它在当前的世界已经死了。我们得到的推论是:一旦一个意识开始存在,从它自身的角度来看,它就必定永生。。这是终极人择原理

Part 3 量子计算机

德义奇证明了通用的量子计算机是可能的,它无法比图灵机做得更多,但可以做得更快;

现代的加密算法都是基于“大数不可分解性”,如果有了量子计算机,量子算法可以轻松破解如今的加密技术。Peter Shor就创造了一种量子算法,有效分解大数;不过量子加密术可以弥补传统算法的失效;

破姆的隐变量理论是德布罗意导波的一个增强版

11 不等式的判决

贝尔不等式

阿斯派克特实验出来后,BBC制作人Julian Brown决定调查一下科学界对这个实验是怎么看的。对8位专家做了访谈,并编成一本书,《原子中的幽灵》(The Ghost in the Atom)

12 新探险

Part 3

关于量子论的解释,作者已经展示了哥本哈根、多宇宙、隐变量、系综、GRW、退相干历史等6条道路,还有非常多的偏僻小道并没有提及

量子力学作为20世纪物理史的最重要的成就之一,到今天将近80年,在许多领域都取得了成功。然而,人们仍在为它而争吵不休,这更加凸显了量子论的神秘气质

霍金有句:

上帝不仅掷骰子,他还把骰子掷到了我们看不见的地方去。这个看不见的地方就是黑洞奇点
作者总结了量子在社会各行各业发挥的作用。

统一广义相对论和量子论,有个叫超弦理论,很火

©著作权归作者所有,转载或内容合作请联系作者
  • 序言:七十年代末,一起剥皮案震惊了整个滨河市,随后出现的几起案子,更是在滨河造成了极大的恐慌,老刑警刘岩,带你破解...
    沈念sama阅读 213,752评论 6 493
  • 序言:滨河连续发生了三起死亡事件,死亡现场离奇诡异,居然都是意外死亡,警方通过查阅死者的电脑和手机,发现死者居然都...
    沈念sama阅读 91,100评论 3 387
  • 文/潘晓璐 我一进店门,熙熙楼的掌柜王于贵愁眉苦脸地迎上来,“玉大人,你说我怎么就摊上这事。” “怎么了?”我有些...
    开封第一讲书人阅读 159,244评论 0 349
  • 文/不坏的土叔 我叫张陵,是天一观的道长。 经常有香客问我,道长,这世上最难降的妖魔是什么? 我笑而不...
    开封第一讲书人阅读 57,099评论 1 286
  • 正文 为了忘掉前任,我火速办了婚礼,结果婚礼上,老公的妹妹穿的比我还像新娘。我一直安慰自己,他们只是感情好,可当我...
    茶点故事阅读 66,210评论 6 385
  • 文/花漫 我一把揭开白布。 她就那样静静地躺着,像睡着了一般。 火红的嫁衣衬着肌肤如雪。 梳的纹丝不乱的头发上,一...
    开封第一讲书人阅读 50,307评论 1 292
  • 那天,我揣着相机与录音,去河边找鬼。 笑死,一个胖子当着我的面吹牛,可吹牛的内容都是我干的。 我是一名探鬼主播,决...
    沈念sama阅读 39,346评论 3 412
  • 文/苍兰香墨 我猛地睁开眼,长吁一口气:“原来是场噩梦啊……” “哼!你这毒妇竟也来了?” 一声冷哼从身侧响起,我...
    开封第一讲书人阅读 38,133评论 0 269
  • 序言:老挝万荣一对情侣失踪,失踪者是张志新(化名)和其女友刘颖,没想到半个月后,有当地人在树林里发现了一具尸体,经...
    沈念sama阅读 44,546评论 1 306
  • 正文 独居荒郊野岭守林人离奇死亡,尸身上长有42处带血的脓包…… 初始之章·张勋 以下内容为张勋视角 年9月15日...
    茶点故事阅读 36,849评论 2 328
  • 正文 我和宋清朗相恋三年,在试婚纱的时候发现自己被绿了。 大学时的朋友给我发了我未婚夫和他白月光在一起吃饭的照片。...
    茶点故事阅读 39,019评论 1 341
  • 序言:一个原本活蹦乱跳的男人离奇死亡,死状恐怖,灵堂内的尸体忽然破棺而出,到底是诈尸还是另有隐情,我是刑警宁泽,带...
    沈念sama阅读 34,702评论 4 337
  • 正文 年R本政府宣布,位于F岛的核电站,受9级特大地震影响,放射性物质发生泄漏。R本人自食恶果不足惜,却给世界环境...
    茶点故事阅读 40,331评论 3 319
  • 文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一处隐蔽的房顶上张望。 院中可真热闹,春花似锦、人声如沸。这庄子的主人今日做“春日...
    开封第一讲书人阅读 31,030评论 0 21
  • 文/苍兰香墨 我抬头看了看天上的太阳。三九已至,却和暖如春,着一层夹袄步出监牢的瞬间,已是汗流浃背。 一阵脚步声响...
    开封第一讲书人阅读 32,260评论 1 267
  • 我被黑心中介骗来泰国打工, 没想到刚下飞机就差点儿被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留,地道东北人。 一个月前我还...
    沈念sama阅读 46,871评论 2 365
  • 正文 我出身青楼,却偏偏与公主长得像,于是被迫代替她去往敌国和亲。 传闻我的和亲对象是个残疾皇子,可洞房花烛夜当晚...
    茶点故事阅读 43,898评论 2 351