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讲书堂 | 《薛定谔的小猫》:奇思妙想的量子物理世界

2019年03月28日   作者:李继勇

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【百道学习·讲书堂】今天要与你分享的书是海南出版社出版的《薛定谔的小猫》。这是一本科普类的书,作者是英国著名的科学家,也是世界著名的科普作家约翰格里宾。在此之前,他就量子理论发展史写了一本畅销书《寻找薛定谔的猫》,这本《薛定谔的小猫》紧接其后,对量子物理学的亚原子世界那些奇怪和神秘的现象进行了说明,对量子物理的一些奇妙的新思想进行了介绍。

《寻找薛定谔的小猫(2018修订版)》
点击图书封面可在三大网店购买
出版社:海南出版社
作者:[英]约翰·格里宾 著
出版时间:2018年10月

你好,欢迎来到“百道学习·讲书堂”,我是海南出版社的李继勇。

在开始读这本书之前,我们需要大概了解一下量子理论。说到量子理论,就不能不提薛定谔的猫。薛定谔是奥地利著名的物理学家,也是量子力学的创始人之一,曾在1933年获诺贝尔物理学奖。就是他做了一个关于猫的思想实验:一只猫被封在一个有毒药的箱子里,毒药瓶上有一个锤子,开关由放射性铀原子控制。如果铀原子衰变就会触动开关,锤子落下砸碎毒药瓶,释放出里面的氰化物气体,将猫毒死。最关键的是铀原子在何时衰变不确定,所以只要你不把箱子打开,你就不会知道猫到底有没有死。这个时候,在理论上薛定谔的猫既不是活的也不是死的,更不是50%概率活50%概率死,而是处在生和死的叠加态,这个叠加态在数学上的表达叫波函数,它无法用经典直观的语言描述!这个实验最关键的就是原子的衰变与否是不确定的,我们只能说有多大概率衰变,多大概率不衰变。按照一般思路,我们在打开盒子前,猫是死的还是活的就已经是确定了的。好比我们知道了一个运动物体的初始状态,它接下来的运动轨迹就是确定的,它什么时候出现在哪儿,不出现在哪儿,是确定的。但是量子物理只关心概率,而概率只和最终的观察有关,你不观察,就永远没有结果。没观察之前,各种可能都有,这些可能叠加在一起成为叠加态,观察了,结果出现了,“哦,猫死了”或者“哦,猫活着”。换句话说,你观察的一瞬间,决定了猫的生死,注意,是你的观察,导致了猫的死活。这就是薛定谔的猫。这个思想实验的本意,就在于质疑量子力学用概率描述一切的这种研究方法。因为概率和结果只和观察有关,所以观察者就极其重要了。那么该怎么来定义观察这个概念呢?我的观察和你的观察有区别吗?用仪器测量观察和用眼睛去观察有区别吗?其他有意识的动物能不能观察?什么是意识?

(薛定谔和他的“猫”)

尽管这个思想实验出来之后,很多物理学家都纠结得不行,就连爱因斯坦之后的物理学界盟主斯蒂芬·霍金都说:“谁敢跟我提起薛定谔那只该死的猫,我就去拿枪!”但还是有很多人乐此不疲地探讨这个思想实验的各种可能性。作者也说,量子世界的所有奇异性都可以通过考察那只原始猫以及由它衍生出来的两只孪生后代的历险过程来获得最清楚的理解。比如,在你观察的瞬间,世界分裂了,这个世界的你看到猫死了,另一个世界的你看到猫活着,并且不管在哪个世界,你都认为自己所在的世界及所观察到的结果是唯一的。稀奇古怪的实验结果导致了一些与常识不符的理论,这些理论又被进一步的实验所证实。无懈可击的逻辑迫使物理学家们严肃认真地对待这些稀奇古怪的思想。在重新考虑光的本质问题之后,关于时间、空间的一些新思想出现了,量子理论中的平行世界、多重宇宙的思想大大地拓展了人类的视野。而且这些物理学视角的转变,意义非常重大,有人评价说不亚于颠覆地球中心说的观点。这些新思想既能够解释量子物理关于真实性的本质,也有助于解决众说纷纭的量子之谜。

好了,说了薛定谔的小猫,也说了量子理论的新思想,让我们来点实际的吧,比如将科学用于恋爱,这会不会让理科宅男感到兴奋呢?想象我们用“薛定谔的猫”来追女生,看看威力如何。

一大早,男孩抛掷一个硬币,让伟大的随机性来决定今天是否给心仪的女孩送早餐。在女生打开抽屉之前,不知道是否有早餐,而早餐的有无是一个独立的随机事件,完全无法推测。于是,每天的早餐对于这个女孩来说都是一个未知的神秘现象,毫无规律可言,她将逐渐为这一神秘现象所吸引,最终将不可避免地对送餐人产生极大的兴趣。于是,这个谜一样的男孩,这一刻薛定谔的猫附体了,他带着量子般深沉的爱与哀愁,让她从此不能自拔。最后,两人过上了幸福的生活。

当然,事情也可能并不是我们想象的那样,因为这个招数看似天衣无缝充满智慧,但是女孩们却未必会买账。工科女孩就会撇嘴:“这种招数对付文艺女青年也许有用,要对付我们工科女孩就算了吧……”还有人不屑一顾:“早上都要犹豫今天要不要买早饭,这真让人纠结……干脆点还是每天自己买早饭算了,那个神经兮兮毫无规律的抽屉早饭早点扔掉早点省心!”

科学的核心具有内在的改正错误的机制,我们的“薛定谔的猫”恋爱法想要成功,还必须谨记:

1.要养成买早餐的好习惯。

2.要充分理解科学定律和爱情的关系。

3.要认识到请MM吃早饭是产生爱情的好办法。

最后,我们还是回到这只猫身上,当然,更重要的是回到这本书身上。作者格里宾认为,自20世纪20年代中期量子论诞生以来,一直发展到现在,可能稍微有点信心能说明量子论到底意味着什么了。如果你真的对量子物理感兴趣的话,这本《薛定谔的小猫》,就是个非常不错的选择,如果搭上格里宾上一本《寻找薛定谔的猫》一起阅读,效果就更好了。当然,就像“薛定谔的猫”恋爱法一样,想象往往和事实不一样。事实上,很多人读了这本书之后,还是会弄不清这只猫和量子理论到底是怎么回事,或者说原本还能懂点,读了之后却又产生了更多的疑问与困惑。著名物理学家玻尔说:“谁要是第一次听到量子理论时没有发火,那他一定没听懂。如果谁不为量子论而困惑,那他一定没有理解量子论。”后来费曼又说:“我想我可以有把握地讲,没有人懂量子力学!”看看,大科学家们都这样,亲爱的听众朋友,对于量子物理,读了这本书您能感受到它的魅力就好了,在这过程中,就当做了一场瑰丽的梦吧,里面有各种光怪陆离的情节,比如平行世界的您是个超级大富翁,比如穿越了过去的您当上了大皇帝……事实的真相是什么不重要,重要的是,阅读了这本书后您高兴了就好。

那么,今天就给您推荐到这里,欢迎继续收听百道学习更多精彩内容。愿好书与世界同在,成就你我精彩人生。

(本文编辑:绘里)

来源:百道学习

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