内容推荐 自诞生以来,量子物理一直让大众甚至物理学家都困惑不已,“薛定谔的猫”这一思想实验曾被用来检验量子理论隐含的不确定性。可正是薛定谔的这只猫,如梦魇一般让物理学家不得安宁。于是,爱因斯坦、玻尔、薛定谔、海森堡、贝尔、玻姆、费曼、埃弗里特等闻名遐迩的物理学家一次又一次论证、实验和碰撞,拼攒出不断完善的量子物理学。 《谁找到了薛定谔的猫?》是关于这些物理学家思想论战的扣人心弦的故事,更是他们敢于探索未知、追寻真理的故事。贝克尔用生动的语言,讲述了这些物理学家的思想和人生如何像量子般“纠缠”在一起,勾勒出量子物理学波澜壮阔的百年探索史。 不断发展的量子物理学,给人类社会带来巨大改变。第一次量子革命为人类带来了晶体管和激光,塑造了今日的信息社会;如今,量子计算机、量子卫星逐渐成为现实,量子信息技术引爆第二次量子革命,新的量子信息时代正在到来…… 作者简介 亚当·贝克尔(Adam Becker),美国科学公共图书馆的开源科学内容出版人,美国劳伦斯伯克利国家实验室科学传播专员,《科学美国人》撰稿人,密歇根大学天体物理学博士。 亚当·贝克尔先后获得康奈尔大学的哲学和物理学学士学位,以及密歇根大学的天体物理学博士学位。毕业后,贝克尔投身于物理学科普事业,他与英国广播公司、美国国家公共电台、《纽约时报》《科学美国人》和《新科学家》等电视台、媒体和学术期刊合作,撰写大量科普文章。其中,为英国广播公司撰写的诸多文章被制作成一系列的视频,在互联网上传播。 此外贝克尔被聘任为美国科学公共图书馆的开源科学内容出版人。贝克尔还是加州量子诠释网络的成员,该网络由加州地区高校联合组成,致力于推动量子物理学的发展。2021年,贝克尔成为美国劳伦斯伯克利国家实验室的科学传播和媒体关系专员,该实验室隶属于美国能源部,是美国最杰出的国家实验室之一。 目录 引言 同一把钥匙为什么不能同时出现在两个地方? 第一部分 哥本哈根诠释引发的思想“纠缠’ 第1章 “什么才是真实的?” 爱因斯坦为什么极力反对哥本哈根诠释 量子物理与牛顿的经典力学有哪些不同 为什么薛定谔方程只在没有测量行为时成立? 没有量子物理,就不懂如何制造芯片 第2章 量子世界的本质是什么 海森堡的矩阵力学给量子物理界带来希望 相对论:爱因斯坦发起的物理学革命 爱因斯坦的追问,吓到了海森堡 玻尔:“再权威的物理学家都觉得他很厉害” 与海森堡的理论争辩让薛定谔病倒 既相斥又互补的波动性与粒子J生 第3章 索尔维会议上的理论论战 法国公爵的理论在索尔维会议上引发轩然大波 无法观测的现象就“不科学”? 简单的局域性思想实验震惊索尔维会议全场 EPR论文挑战哥本哈根诠释 第4章 物理学研究中心转移至美国 制造原子弹:“把整个美国变成一个大工厂” 曼哈顿计划:抢先纳粹德国一步造出核弹 美国物理学研究因核弹项目改变 新一代物理学家摒弃了量子物理的诠释问题 第二部分 寻求“真实’’的量子异见者 第5章 玻姆:反对哥本哈根诠释的斗士 从移民之家走上科研之路 爱因斯坦启发玻姆产生新理论 导波理论:玻姆破解双缝实验之谜 该不该寻找哥本哈根诠释之外的另一种诠释? 爱因斯坦认为导波理论很“廉价” 阿哈罗诺夫-玻姆效应 第6章 埃弗里特:离经叛道的“平行宇宙”之父 着迷于博弈论的埃弗里特 人人都有分身:荒唐的多世界诠释 埃弗里特对学术界毫无兴趣 被物理学界遗忘的宇宙波函数 第7章 贝尔:反传统理论学者的启发者 “冯·诺依曼的证明不仅不成立,还很愚蠢!” 量子物理具有互文性 贝尔定理:科学中最深刻的发现 贝尔是如何得出这个违背常识的定理的? 物理学家为什么不肯承认非局域性? 贝尔的论文引发针对哥本哈根诠释的革命 第8章 天地之间的许多事情 维也纳学派宣扬逻辑实证主义的雄心 被选择性接受的“改良”版实证主义 实在主义:真实世界都是存在的 与哲学分隔使物理学发展举步维艰 第三部分 量子物理学的兴盛时代 第9章 地下的物理学研究 克劳泽执意证明量子物理有误 消相干:量子物理中暗藏的惊人秘密 用偏振纠缠的光子验证贝尔不等式 持续几十年的“消相干的黑世纪” 地下“学术”刊物——《知识论快报》 阿斯佩的实验:压垮哥本哈根诠释的最后一根稻草 第10章 量子物理的春天 伯特曼的短袜与物理实在 量子信息技术突飞猛进 “不够优美”的导波理论翻盘重生 消相干登上了物理界更大的舞台 信息理论诠释:万物源自比特 无视观测,完全随机的自发坍缩理论 第11章 哥本哈根诠释对战整个宇宙 宇宙学的崛起凸显出哥本哈根诠释的不足 多世界诠释重回大众视野 “消相干-历史”:多世界诠释的延伸 “弦图景”和宇宙暴胀论 如何计算多重宇宙中的概率? 不可证伪就不是科学? 第12章 该怎样阐述我们的世界? 哲学“会搞坏你的脑子”? 哥本哈根诠释就是“闭上嘴,埋头算” 科学中也存在偏见 敢于突破认知限制的想象才能解开谜题 前沿科学重塑人类自我认知 到底量子物理的哪一个诠释是正确的? 附录 世上最奇诡的实验之四种解读 参考文献 序言 量子物理 自爱因斯坦相对论以来 最伟大的科学发现 第一次见到量子物理中 的数学公式时,约翰·贝尔 (John Bell)还是贝尔法斯 特女王大学(Queen’s university of Belfast)的一 个本科生。他不喜欢这些 公式。贝尔觉得量子物理 的理论模糊又混乱,“谈不 上错,但肯定有问题”。 在量子物理之父尼尔斯· 玻尔(Niels Bohr)的论述 中,世界可以被一分为二 。其中,宏观物体遵循牛 顿经典力学的定律,微观 物体则遵循量子物理的原 理。至于这两者的边界到 底在哪里,玻尔始终含糊 其词。 同样,第一个建立量子 物理的完整数学方案的物 理学家沃纳。海森堡 (Werner Heisenberg)也 无法给出具体的回答。玻 尔和海森堡对量子物理的 解读正是所谓的“哥本哈根 诠释”(Copenhagen Interpretation),名字源于 玻尔当时工作的机构。贝 尔当年在量子物理课上体 会到的那种模糊感,一直 笼罩着这一学说。 1949年,贝尔即将大学 毕业,他读到了另一位量 子物理先驱马克斯·玻恩( Max Born)的著作《关于 因果和机遇的自然哲学》 (Naturuf Philosophy of Cause and Chance)。书 中提到了著名数学家兼物 理学家约翰·冯·诺依曼 (John von Neumann)的 一个证明,并围绕这个证 明做出论证,这给贝尔留 下了很深的印象。 玻恩称,冯·诺依曼证明 了哥本哈根诠释是量子物 理的唯一诠释。如果哥本 哈根诠释不对,量子物理 本身就错了。而既然量子 物理理论明显成立,模糊 的哥本哈根诠释也一定没 问题。 贝尔没能亲自阅读冯·诺 依曼的证明,因为他不懂 德语。读完玻恩的讨论后 ,贝尔便将自己对哥本哈 根诠释的困扰搁置一边, 转向更实际的问题——加入 英国政府的核能项目。可 是,到了1952年,贝尔发 现一件不可能的事发生了 。一篇新的论文打破了他 对哥本哈根诠释勉强而短 暂的信任。 尽管有冯·诺依曼的证明 在前,一位叫戴维·玻姆( David Bohm)的物理学家 还是发现了另一种诠释量 子物理的方法。这是怎么 回事呢?伟大的冯·诺依曼 是哪里算错了吗?为什么 在玻姆之前没有人发现这 个漏洞?要弄明白这些, 贝尔必须仔细阅读冯·诺依 曼证明的原文。 冯·诺依曼证明的英文版 在3年后问世时,生活早已 推着贝尔走得很远了——此 时的他已经结了婚,正在 伯明翰大学(University of Birmingham)攻读量子物 理博士学位。不过,他说 自己这么多年一直“没有彻 底忘记玻姆的文章”。 10多年后,贝尔总算重 新开始探讨这个问题,并 依此取得了自阿尔伯特·爱 因斯坦(Albert Einstein) 以来影响最为深远的科学 发现。 |