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不可捉摸的现实——《量子理论》序

2015-03-07
《量子理论》序
不可捉摸的现实——《量子理论》序
2015年3月5日 李淼在微博
偶尔谈物理,总是谈诗歌和音乐,还是一个环保控

对于我们的世界科学家有两套体系来解释。

第一套体系已经存在了三百多年,这就是牛顿的力学体系,机械论。事实上,这套体系的核心概念至少存在了两千多年,从亚里斯多德开始,认为世界像一个大钟一样一旦上紧了发条,就有条不紊地运行下去,直到永远。这套体系与我们的日常经验吻合,里面的概念都可以用我们眼睛看到的具体事物来实现。

第二套体系存在了不到一百年,严格说来是九十年,这就是几位最幸运的天才在1925年前后发现的量子力学体系。根据这套体系,我们人眼看到的并不是世界背后最基本的元素,例如一个物体的状态不可以用它的位置和速度来描述。根据海森堡,我们可以谈一个粒子的具体位置,也可以谈它的具体速度,但不能同时谈它的位置和速度。这样,我们熟悉的简单决定论就失效了:当我们知道粒子的位置时,为了预言它下一刻的位置,就必须知道它的速度。不确定性原理告诉我们,这不可能。

不确定性原理完全违背了我们的直觉。但事情不会到此为止,量子论总是给我们带来无穷无尽的麻烦。比如纠缠,这个现象说,相隔遥远的测量结果会互相影响,并且这种影响看起来是瞬时的,这就是量子物体之间神秘的纠缠。但是,你却不能通过这种纠缠实现瞬时通信,更不能实现心灵感应。

还有很多我们无法理解的事情,例如,你无法区别两个电子,它们不同于两个人,可以叫做张三和李四。两个电子确实有两个,但不能被我们标记为甲电子和乙电子。在某个时刻你看到的两个电子,在下一个时刻你已经无法区分谁是谁了。

我们可以将量子世界的特点一直罗列下去,但这不是这篇序言该做的事情,其实,这也不是英国著名物理学家约翰·鲍金霍恩(John Polkinghorne)在这本书小书中想做的事情。量子世界虽然不可思议,就像该书首页引用的费曼名言“我认为我可以肯定地说,现在没有人理解量子力学”所说的,但如果没有量子论,太阳不会燃烧,原子会四分五裂,我们熟悉的整个世界会四分五裂。

这本书不能看做普及量子论的科普书,但它还是某种形式的科普。它不为完全不懂量子论的人解释量子论,但它梳理了量子的基本概念和性质。与普通量子科普书不同的是,作者想告诉我们量子世界是如何令人惊讶,物理学家如何试图把握这个理论,如何提出不同的解释,比如根本哈根解释,新哥本哈根解释,隐变量,贝尔关于量子的非实在论的工作,甚至还有多世界解释——我们的世界通过事物之间的互相作用不断地分裂成更多的世界,等等。因此,这本书不仅应该推荐给普通人,更应该推荐给物理系的学生和物理系的教授阅读。

确实,阅读了这本小册子之后,我又重新理解了过去以为已经理解的各种理论,多世界也好,测量问题也好,意识在量子世界扮演的角色也好。反正,这是一本值得任何对自然抱有好奇心的人静下心来认真看一遍的书。我个人觉得这本书不那么容易懂,却还是要推荐给大家,书中的每句话都是作者认真思考过的。

最后,想谈一谈作者本人,约翰·鲍金霍恩。我们读研究生的时候,一些对量子场论和粒子物理学感兴趣的同学就已经熟悉他的名字了。他研究过夸克,以及粒子作用的一些性质。当我陷入超弦理论时,我还阅读了他和别人合著的一本关于粒子散射的名著。尽管他的物理学成就足以引起任何一位同行的敬意,让我觉得不可思议的是,他在中年时放弃了专业物理学家身份,成为一名专业牧师。当然,在成为专业牧师后他并没有放弃物理学,例如你手中的这本书就是他在2002年出版的。

当他退出物理学界时,他47岁,这是1977年,那时我快高中毕业了。他说:他在25年的物理学职业生涯中已经做了能够对物理学做的事,他的最重要的研究也许已经做了,因此,神职工作应该是最好的第二个职业生涯。确实,他在第二职业生涯中做得十分出色,56岁时担任了剑桥三一教堂的院长,同时担任皇后学院院长,直到66岁退休。

鲍金霍恩除了专著外还写了几本科普著作,写得最多的还是科学与宗教的关系,一共26本,还获得了邓普顿奖金。他认为存在自由意志,这一点我很喜欢,因为我也相信人有自由意志。但他不认为自由意志与量子世界的随机性有关,我却坚定地认为人的自由意志与量子有关,不一定是简单的随机性,也许与霍金的“无界理论”有些关系,我不确定。不管怎样,他是我的一个榜样,成功地实现了第二个职业生涯,当然,我不是有神论者,我的第二个职业生涯将是什么我还很模糊。作为序言,我扯得有点远了,但我觉得了解作者本人对阅读他的著作有帮助。
http://weibo.com/p/1001603817007597384591


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