曹天元《上帝掷骰子吗?》 书中所得1 2022-03-28

曹天元《上帝掷骰子吗?量子物理史话》    书中所得1

      大约在2012年,因为上一门选修课,需要涉及海森堡(Heisenberg, 1901-1976)测不准原理,所以找到了这本书看。记得先是看电子书,后来又去图书馆借了一本看。面对物理,基本上是门外汉,看不懂太专业的书,又想了解量子力学的基本内容。这时候看这本书最合适不过了。

      作者曹天元,1981年生于上海,中学毕业后赴美国和中国香港读书,主攻专业为生物化学和电子工程。代表作《上帝掷骰子吗?量子物理史话》被称为中国的《时间简史》。

      简单说,该书是一本量子物理的科普作品,作者用生动的语言讲述了量子物理的发展过程与基本理论,将物理学家的思想碰撞比喻成量子物理的三大战争,读来颇吸引人。

图1

下面是对此书的几点印象。

(一)“上帝掷骰子吗?”

      书名来自1927年第五届索尔维会议期间的一段对话,

      爱因斯坦(Einstein,1879-1955):“玻尔先生,亲爱的上帝不掷骰子!”(爱因斯坦对微粒子世界的概率设定不以为然)

      玻尔(Bohr,1885-1962):“爱因斯坦先生,别去指挥上帝该怎么做!”

      在这届会议上,爱因斯坦、玻尔、普朗克(Planck,1858-1947)、海森堡和居里夫人(Curie 1867-1934)等物理学界的天才大师们聚首一堂,对量子理论的未来展开了一场激烈的辩论。

图2(1927年索尔维会议)

        索尔维会议是20世纪初一位比利时的实业家、化学家欧内斯特·索尔维(Ernest Solvay,1838-1922)创立的物理、化学领域讨论的会议。

        1911年,第一届索尔维会议在布鲁塞尔召开,以后每3—5年举行一届,但在一战中停止了几年。1927年,第五届索尔维会议在比利时布鲁塞尔召开,因为发轫于这次会议的爱因斯坦与玻尔两人的大辩论,所以这次索尔维峰会被冠之以“最著名”的称号。当然还有一个原因,就是参会的29人中,有17位诺贝尔奖获得者。

(二)“天空的两朵乌云”

        这两朵乌云指的是,18世纪末19世纪初,物理学界在迈克尔逊-莫雷实验(Michelson–Morley experiment,1881)和黑体辐射研究中的困境。1900年普朗克发现,要解决这个问题,必须做一个假定,假设能量在发射和吸收的时候,不是连续不断的,而是分成一份一份的。他把这种现象叫做“量子(quantum)”,也就是量子力学的来由。

(三)“波粒战争”

        牛顿认为光是粒子,而爱因斯坦和普朗克认为光是波,这个问题争论了许多年。1923年,德布罗意(·Duc de Broglie,1892-1987)发现光量子具有波粒二重性,结果取决于不同的观测方法。

(四)“多世界(MW 也称为‘平行宇宙’)”猜想。

      1955年,埃弗雷特(Everett,1930-1982)提出,存在多个平行的世界。对测量装置的观察,会使得测量装置被分解为两个。并且在这个测量链上,这种分解会不断地进行下去。伴随着这种分解,一定有一个完全的宇宙的复制。也就是说,只要有一个量子测量发生,那么,每个宇宙分支,以及这个分支中的分量就会导致一个可能的测量结果。

(五)意识与存在

        如果量子波塌与否取决于你有没有去观察它,这就意味着经典理论中说的,我们脱离一个绝对客观的外部世界而存在的说法不成立了。没有所谓的客观世界,因为我们自己也已经融入到这个世界中,我们的观测行为会对这个客观世界产生影响。如果意识也是一种观测形式,那么岂不是意识决定存在?成了主观唯心论?

      绕来绕去回到哲学,像极了笛卡尔(Descartes,1596-1650)的“我思故我在”。为此还去找王阳明的心学查看一番,其“汝未来看此花时,汝花于汝心同归于寂,汝来看此花,此花颜色一时明白起来”,与上面说法异曲同工。

        我在课堂上对学生说,了解一点唯心主义理论,有助于更好地坚持唯物主义。

(六)艰难的探索过程

        量子概念的诞生已经100多年,但它的一些基本思想至今不为大众认知和理解。究其原因,一方面是它所包含的猜想和假设太多,另一方面,大概是它太过诡异,难以理解。以致玻尔说:“如果谁不为量子论而感到困惑,那他就是没有理解量子论。”还有人调侃,悬而未决,量子力学。

        书的最后有一段话是:“或许,是因为我们血液中的热情还没有冷却,或许,是因为我们仍然年少轻狂,对于这个宇宙还怀有深深的激动和无尽的好奇。我们并不畏惧进入更为幽深和神秘的峡谷和森林,去探究那事实的真相。哪怕注定要被一些更加恼人和挥之不去的古怪精灵所缠绕,我们还是不可以放弃了前进的希望和动力,因为那是我们最宝贵的财富。”    

        最后说几句,有人评论这本书不专业,只适合在地铁上看。我认为①坐地铁看此书容易坐过站;②别以为坐地铁看的书都没有技术含量,看看图3、图4。感谢拍摄者我的好友同事FFY老师!

图3
图4
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