1927年,第五届索尔维会议群星璀璨,为了回应以丹麦物理学家玻尔为首的哥本哈根学派理论,爱因斯坦说出了“上帝从不掷骰子”这句话,他拒绝承认自然法则中存在着随机性。
在宏观世界里,爱因斯坦或许是对的,然而在量子世界里,这句话被打上了问号,这也是《上帝掷骰子吗?量子物理史话》书名的来源。本书作者曹天元,网名capo,除此之外我们对他一无所知,就像是至今没有向我们揭晓真相的量子一样。
量子力学作为当前物理学最前沿的研究领域,常人理解起来的确有门槛,很容易会被贴上“高深莫测”“神乎其神”的标签。
到底什么是量子力学?如果我们看不懂那些深奥的公式和模型,有没有可能对量子力学形成基本的认识?
答案是肯定的,《上帝掷骰子吗?量子物理史话》就带领我们进行了一次量子之旅。当我们顺着科学史的路径层层解开量子力学的面纱,会发现,量子力学无非是人类在探索终极真相上的一次跳跃,类似的跳跃还有哥白尼发表日心说、牛顿提出万有引力定律,人类文明进程中面临的所有新的认知,都经历了从玄秘未知到理论猜想,再到科学验证,最后成为常识的过程。
这本书的开篇就把量子力学诞生过程中的核心问题摆出来了:光的本质到底是粒子还是波?
这个问题从17世纪开始便引发科学家的争论,牛顿支持的微粒说最终占据了主流。但是之后的100多年里,波动论一举翻盘,几乎就要成为公认的常识。
但是波动论也没有得到完美的验证。1900年,英国物理学家、发明家开尔文在一次演讲中说,现代物理学头上依然有两朵小乌云,分别是迈克尔逊·莫雷实验和黑体辐射实验。人们以为清除掉这两朵乌云,天空将变得明晰,却没有想到,乌云背后藏着两股颠覆性的力量,人类不得不再次重新认识我们的世界。
第一股力量带来了相对论,第二股力量带来了量子理论,经典力学的时代一去不返。
在量子力学走到十字路口之时,《上帝掷骰子吗?量子物理史话》作者笔锋一转,德国著名物理学家海森堡登场了。
海森堡天才般地创立了矩阵力学,进一步推导出不确定原理,提出我们不可能同时准确测量电子的动量和位置,他的老师玻尔以此基础提出“互补原理”,连同波恩的“概率解释”,构成了“哥本哈根解释”。
哥本哈根学派的理论石破天惊,颠覆了整个物理学的大厦基础,引来以爱因斯坦为首的物理学家们的反对,双方持续挑战和辩论多年,不断提出新的实验和假设,顶尖大师交锋,最终谁获胜了呢?
没有人获胜。
表面上看,哥本哈根学派成为量子理论的主流,虽然在实践中得到了应用,但它的完备性和明晰性依然没有得到验证。1927年之后的近百年,量子力学在理论层面进展无比缓慢,多重宇宙、弦理论、退相干历史理论等都是新的探索,却始终没有答案,我们依然需要等待一丝曙光。
《上帝掷骰子吗?量子物理史话》是一本好读的科普书,作者讲故事的能力极强,他不仅用生动诙谐的笔法重现科学史,而且能够调动读者的情绪,营造出武侠小说般的热血感,让我们丝毫不觉枯燥地进入量子力学的世界。
通过本书,我们更能感受到科学精神的可贵。这种可贵在于——质疑、挑战、合作、永不止步,拨开一层层乌云,带领人类走向终极的真相。