　　如果有一種理論可能會顛覆你的世界觀，且不是憑空的想象，而是有多位世界科學傢前僕後繼的研究為基礎，這樣的理論絕對值得你靜下心來瞭解一番。《量子理論》作者曾是一名傑齣的物理學傢，後開啓第二職業生涯，成為一名牧師。在《量子理論》中，他以深厚功力，在一百頁左右的篇幅中，帶領我們去領略量子世界的不可思議。這裏有薛定諤的貓、不確定性原理、波粒二象性，有科學研究中如熱帶日齣般突然顯現的曙光、1927年星光燦爛的索爾維會議、讓奧卡姆的威廉死不瞑目的多世界設想……

內容簡介

　　在物理學領域，量子理論是自牛頓以來具革命性的發現。《量子理論》以簡明的、非數學式的語言，剖析瞭一些奇異古怪又激動人心的觀念，正是這些觀念，使亞原子世界與我們的日常世界如此迥異。約翰·波爾金霍恩清晰而透徹地探討瞭不確定性、不可預見性、波粒二象性以及懸而未決的測量問題等，為量子理論這一物理學史上偉大的發現、20世紀傑齣的智力成就之一揭開麵紗。

作者簡介

　　約翰·波爾金霍恩，英國聖公會牧師，英國皇傢學會會員。1968至1979年任劍橋大學數學物理學教授，後任皇後學院院長。因在科學、宗教、醫學倫理等方麵的傑齣貢獻，1997年被女王伊麗莎白二世封為爵士。著有《量子世界》（1986）、《一位物理學傢的信仰》（1994）、《科學與神學》（1998）等。

精彩書評

　　★約翰·波爾金霍恩將人類認識領域一次極為神秘、令人睏惑的革新描繪得栩栩如生，使它不再難以理解。
　　——牛津大學彼得·阿特金斯
　　
　　★確實，閱讀瞭這本小冊子之後，我又重新理解瞭過去以為已經理解的各種理論，多世界也好，測量問題也好，意識在量子世界扮演的角色也好。反正，這是一本值得任何對自然抱有好奇心的人靜下心來認真看一遍的書。
　　——物理學教授、中山大學天文與空間科學研究院院長李淼

精彩書摘

　　《量子理論》：
　　第二章曙光顯現
　　量子理論的第二種錶述被稱為波動力學是非常恰當的。它的成熟版本是奧地利物理學傢埃爾溫?薛定諤發現的。但是，在稍早一點的時間，波動力學已經在正確的方嚮上邁齣瞭一步，由年輕的法國貴族路易斯?德布羅意王子完成（數學附錄5）。德布羅意提齣一個大膽的建議：如果波動的光也可以錶現齣粒子的性質，人們也許可以相應地預期粒子—比如電子—同樣能錶現齣波動性。通過擴大普朗剋公式的應用，德布羅意能夠用定量的形式描述這個想法。普朗剋已經使能量的粒子性質與頻率的波動性質成比例。德布羅意建議，另一個粒子性質—動量（一個重要的物理量，定義明確且大體上對應於粒子持續運動的能力），應該類似地與另一個波動性質—波長相關，相關比例係數還是普朗剋的普適常數。這種等價性提供瞭一種微型詞典，可以把粒子翻譯成波，或者將波翻譯成粒子。1924年，德布羅意在他的博士論文中展示瞭這些想法。巴黎大學當局非常懷疑這類異端觀念，但是幸運的是，他們暗地裏谘詢瞭愛因斯坦。愛因斯坦認可瞭這位年輕人的纔華，德布羅意也被授予博士學位。在短短幾年之內，美國戴維遜和傑默以及英國喬治?湯姆森的實驗都能夠證明，一束電子與晶體晶格相互作用時存在電子乾涉圖樣，從而證實瞭電子確實能夠錶現齣波動行為。路易斯?德布羅意在1929年被授予諾貝爾物理學奬。（喬治?湯姆森是約瑟夫?湯姆森的兒子。人們經常說，父親贏得諾貝爾奬是因為證實電子是一個粒子，而兒子贏得諾貝爾奬是因為證實電子是一種波。）
　　德布羅意提齣的想法建立在對自由運動粒子性質的討論之上。為瞭實現一個完整的動力學理論，需要做更深入的推廣，以便允許在理論中加入相互作用。這是薛定諤成功解決的問題。早在1926年，他就發錶瞭現在以他名字命名的著名方程（數學附錄6）。引導他發現方程的方法是通過與光學進行類比。
　　雖然19世紀的物理學傢認為光是由波組成的，但是他們並沒有總是用成熟的波動計算技術去獲知發生的情況。如果與定義問題的尺寸相比，光的波長較小，就有可能引入一個極其簡單的方法。這個方法就是幾何光學。幾何光學把光視為按直綫傳播，並按照簡單的規則進行反射和摺射的射綫。今天中學物理中基本的棱鏡和平麵鏡係統的計算就是按照相同的方式在進行，計算者根本不需要擔心復雜的波動方程。應用在光上的射綫光學是比較簡單的，類似於在質點力學中畫軌跡。如果質點力學僅僅是更基礎的波動力學的一個近似，薛定諤認為波動力學可以通過逆嚮思考來發現，類似於從波動光學導齣幾何光學。按照這個方法，他發現瞭薛定諤方程。
　　在海森堡嚮物理學界介紹他的矩陣力學理論後僅幾個月，薛定諤就發錶瞭他的想法。那時，薛定諤38歲。這提供瞭一個傑齣的反例，否定瞭理論物理學傢做齣真正的原創工作是在25歲之前的斷言—這個斷言有時是科學傢以外的人做齣的。薛定諤方程是量子理論的基本動力學方程。它是偏微分方程中相當簡單的一類，也是那時物理學傢非常熟悉的一種，對這種方程物理學傢已經擁有數學求解技術的強大積纍。薛定諤方程用起來要比海森堡新奇的矩陣方法容易得多。人們立刻就可以開始工作，將這些想法應用到多種多樣的具體物理問題上。對於氫原子光譜，薛定諤自己能夠從他的方程推導齣巴耳末公式。這個計算顯示瞭玻爾在他對舊量子理論極富創造力的修補當中，距離真相究竟有多近，又有多遠。（角動量是重要的，但其重要性並不體現在玻爾提齣的方式中。）
　　很明顯，海森堡和薛定諤已經取得瞭不俗的進展。然而乍一看，他們提齣新思路的方式是如此不同，以至於看不清楚是他們做齣瞭同樣的發現、僅是錶述不同，還是他們提齣的原本就是兩個競爭性的提議（見數學附錄10的討論）。重要的澄清工作隨後很快齣現，其中哥廷根大學的馬剋斯?玻恩和劍橋大學的保羅?狄拉剋做齣瞭非常重大的貢獻。很快就確定有一個基於一般原理之上的理論，其數學描述可以錶現為許多等價的形式。這些一般原理最終在狄拉剋的《量子力學原理》一書中得到明確闡述。該書首次齣版於1930年，是20世紀的一個智慧經典。其第一版的序言以看似簡單的陳述開始：“在本世紀，理論物理學方法的發展經曆瞭一次巨變。”我們現在必須考慮這次巨變帶來的物理世界本質的變革。
　　可以這麼說，我學習的量子力學是絕對可靠的。也就是說，我聆聽瞭狄拉剋在劍橋講授的著名的量子理論課程，該課程持續瞭30年。聽眾不僅包括像我這樣的大四本科生，還經常有資深的拜訪者。這些拜訪者理所當然地認為，從一個量子理論的傑齣人物口中再聽一遍他的課程是種特彆的榮幸，雖然他們可能已經非常熟悉課程的大緻內容。講座幾乎完全是按照狄拉剋那本書的結構進行的。令人印象深刻的是，狄拉剋完全沒有強調他本人對這些偉大發現所做齣的貢獻。我已說過，狄拉剋屬於一類科學聖人，其內心純淨，目標明確。講座令人如癡如醉，其清晰度和論點的磅礴展開，就如同巴赫賦格麯的發展一樣令人舒心且看似必然。講座沒有使用任何形式的修辭手法，但是在講座開始時，狄拉剋允許自己做一些適當的舞颱動作。
　　他拿起一支粉筆，摺成兩半，一段放在講颱的這一邊，一段放在講颱的那一邊。然後狄拉剋說，從經典的角度看，一個狀態是這支粉筆在“這兒”，一個狀態是這支粉筆在“那兒”，而且這是僅有的兩種可能性。然而，將粉筆換成電子，在量子世界中電子不僅有“這兒”和“那兒”的態，還有一大堆其他的態。這些態是兩種可能性的混閤體—一點“這兒”態和一點“那兒”態的疊加。量子理論允許態的混閤疊加，但是在經典物理中態是彼此排斥的。正是這種有悖常理的幾率疊加區分瞭量子世界和日常經典物理世界（數學附錄7）。用專業術語來說，這個新的可能性被稱為疊加原理。
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