1小時科普：量子力學

不管目前國際政治大形勢是如何發展或者動盪，人類對於科學技術發展與進步，一定還是會聚集在大數據，人工智能，量子物理，大腦神經科學，甚至複雜性科學之後的新量子生物學等方面帶來嶄新革命之上。 本書作者犧牲自己科研時間，來撰寫像量子力學這樣科普讀物，其犧牲精神，令人敬佩。另外，一看其書標題、也不能不讀。簡言之，讀一個小時的書，如果還沒讀懂，沒有關係，簡單棄之。到此一遊，損失不大。如果不讀，以後發現其開竅價值，可能大後悔，及心情博弈，幾天不止，相恨見晚。 話又說回來、朱教授“沒有金剛鑽，不擼瓷器活”。能夠將量子力學這樣令普通人，看一眼就可能倒退三步之書名。並且稱只用一個小時，就不能不服，不能不去關注。特別是，在金錢至上，小鮮肉明星粉絲八卦，滿天飛之環境下，爲什麼還要讀如此與謀生方式不同，甚至似乎像完全不接地氣、與周圍人格格不入之嚴肅話題書？ 長話短說，“不關全局，不足以爲謀”。已經證明，讀一些看來，似乎不相關的書，有助培養讀者之看事物本質大屏幕。特別是它能夠培養創新及抽象思維能力。自然其益處不僅無窮，也是彌補傳統教育之讀死書缺陷之有效偏方。 言歸正傳，本書本書介紹“量子力學的研究對象涉及原子、分子和凝聚態物質，而且包括原子核和基本粒子等。量子力學在化學、材料學和生物學等學科以及許多近代技術中均得到了廣泛的應用。它與相對論一起被認爲是現代物理學的兩大基本支柱。“ ……“量子力學的巨大影響遠遠超出了人類科學史上的任何一種理論，值得一個有科學素養的人去認真地瞭解它“，贊！ 簡言之，本書最大的特點就是：作者努力避免用數學方程式語言描寫了量子力學之數學的本質。其可信量子人物特性八卦及用通俗易懂文學的語言，生動流暢刻畫微觀世界經典物理學所遇到的困難，其前因後果及量子力學之最終解決方式。作者主要還用其獨特精煉思維方式，高度總結量子力學新發現及其哲學思考。 書中還有對於像對於世界第一個“墨子量子衛星”中量子通訊之量子密碼，量子計算之原理，宇宙大爆發理論，楊振寧在物理學上十三個大貢獻等有關介紹。 更重要的是，作者以簡潔明瞭，由淺入深，旁徵博引，新舊量子對比及光電世界之歷史性大手筆，一氣呵成。當然，如果作者除了能精簡重複性內容，還能與時俱進，再添點現代網絡語言，勾畫介紹有關量子力學相關內容，或許那一定算齊活。因爲其必定充滿現代量子物理學之幽默。毫無疑問，不管是否有它，本書都值得推薦五星。 當然，如果要記住本書每一個量子力學理論概念及相互聯繫，並且能夠融會貫通，一般人可能一小時難搞定。但是，如果讀它知道該快馬加鞭，一鼓作氣拿下，效果也一定不凡。 量子力學之“光的測不準原理“，及量子理論與相對論之間博弈或者不相容似乎暗示，讀量子力學科普之類別書必須敢爲人先，絕不糾其理論概念之技術細節，而是能快馬加鞭，一氣呵成，還要像在飛機上，欣賞珠穆朗瑪峯山脈那樣，只識大體，觀大局。因爲偉大量子物理學家費曼教授早有警世名言：“世界上沒有人能夠真正懂量子物理學“。讀本書，敢練三級跳，敢只讀書中，所穿插大標題，小方框或者甚至黑體字內容，就能得一種享受。呵呵，因此，一般喫瓜老百姓讀者，此處何必交學費去喫力不討好，白費功夫？其實，讀理論物理學科普書，敢接受事實或者其陳述，爲第一重要，歪理乎？還是非專業人士，讀量子物理學之祕訣？智者見智。 另外，合上書就想爲什麼作者的書名是量子力學，而不是量子物理？猜想作者心中可能還在準備其三部曲之另外二部新書？再專門介紹量子物理在宇宙世界及現代科技世界中詮釋與運用？ 對於宇宙世界，古代詩人曾經想到是：“明月幾時有，把酒問青天。不知天上宮闕，今夕是何年？我欲乘風歸去，又恐瓊樓玉宇，高處不勝寒。起舞弄清影，何似在人間？“ ……長話短說，如今，領先世界新潮流，必需有新“三結合”之觀：宏觀上有“現實、浪漫，理性”；微觀上有“情感，理性，抽象”；細觀：“量子，數學，信仰”。…… 正所謂： 憶往事，崢嶸歲月愁。 看今朝，五G爭霸逗。 盼未來，得勝有餘夠。 讀量子，敢爲人先候。 量糾纏，重建世界奏。 笑經典，總被高人破。 書泡泡摘要： “當今物理學的研究範疇非常廣，研究內容多到無法沒有遺漏地列出。研究內容從尺度上看，包括了從尺度極小的基本粒子領域一直到宇宙尺度的宇宙學領域；從時間上看，包括了從時間極小的非常早期的宇宙到宇宙現在和將來的演化；從能量上看，從能量很小的宇宙背景輻射到黑洞等。我們知道，目前看來量子力學在除了引力之外的所有領域都是適用的，而引力則是廣義相對論適用的領域。” “暗物質存在於人類已知的物質之外，人們知道它的存在，但不知道它是什麼，它的構成也和人類已知的物質不同。重要的是，暗物質主導了宇宙結構的形成，但暗物質的本質對我們來說還是個謎。暗能量也是一種不可見的、能推動宇宙運動的能量。宇宙中所有的恆星和行星的運動皆是由暗能量與萬有引力來推動的。暗能量是宇宙學研究中一個里程碑式的重大成果，由宇宙的加速膨脹就可以通過愛因斯坦的理論推論出壓強爲負的暗能量”………。

很有趣的一本量子力學科普書，量子力學理論無疑是非常艱深的，不僅體現在數學上，更難的是很多概念的理解。諾貝爾獎得主，被公認是近代最偉大的理論物理學家之一的費恩曼說：“我相信世界上沒有一個人真正懂得量子力學……”。 例如，量子力學關於波粒二象性，完全隨機性等物理描述難於想象，關於量子力學的非定域性（量子糾纏）問題，雖然已經實驗證實並實際應用，但其深刻的物理內容至今也沒有完全搞明白。關於著名的薛定諤的貓（量子疊加態）問題，馮·諾依曼、維格納據此認爲人的意識可以作用於外部世界，意識可以使體系的波函數坍縮。解釋波函數坍縮的多世界理論充滿神祕。 儘管如此，從量子力學的基本原理出發經過數學演繹，所得結果可以和實驗結果、人類實踐符合得非常好。量子力學的巨大影響遠遠超出了人類科學史上的任何一種理論，而量子力學的很多觀念也引起了新的哲學問題，這也許是很多人最感興趣的地方。

被這個潦草的書名騙了，首先不太可能在一小時內看完，其次比較硬核，很多數學，作者顯然無懼“每一個數學公式使讀者減半”定理，但確實也藉此講了很多一般量子力學科普里沒有的東西。所以比較通俗而精彩的量子力學發展史，只在第2, 3章和講一些大佬生平時寫了一些。各路量子力學詮釋也是簡單帶過，因爲作者是哥本哈根詮釋的忠實信徒，而且也比較注重更實際的數學框架，所以只是提了一下彭羅斯的引力說、GRW理論、馮諾依曼/維格納等人的意識說、多世界詮釋等。 對我來說比較重要的幾個點 牛頓力學的問題 牛一：自由粒子的自由在牛頓體系裏的含義（沒有外力時該粒子保持靜止或勻速直線運動）和量子力學的含義（在空間中任意一點找到該粒子的幾率是一樣的）不同 牛二：運動軌跡這個概念被量子力學拋棄了，瞬時速度和瞬時加速度的概念自然也不適用了 牛三：暗含了相互作用的瞬時性，而現代物理認爲力是通過場以不大於光速的速度傳遞的。 量子力學的幾個公設和若干原理 1. 描寫物理系統的每一個力學量都對應於一個線性算符。 2. 每次測量一個力學量所得的結果，只可能是這個力學量所對應的算符的所有本徵值中的一個。 3. 系統處在態$\psi$時，對與算符$\hat{F}$對應的力學量進行多次的測量，所得到的平均值是 $$ \bar{F} = \frac{\int \psi^* \hat{F} \psi d\tau}{\int \psi^* \psi d\tau} $$ 4. 波函數隨時間的演化符合薛定諤方程 $$ i\hbar \frac{\partial \psi}{\partial t} = \hat{H}\psi $$ 5. 系統內任意兩個全同粒子互相交換，都不改變系統的狀態。 不確定關係還是不確定原理 有爭議，但歷史上有人從量子力學原理推導出不確定關係。 愛因斯坦和玻爾的哲學觀之爭 老生常談了，但看作者的講述感覺玻爾的量子實在觀就是把客體和觀測完全綁定在一起了，所以從絕大部分人包括愛因斯坦、薛定諤的經典實在觀來看不完備的東西，在這種量子實在觀看來是很完備的。

科普的難度在於： 1、如何彌合內容專業性與讀者的非專業性； 3、如何劃定探討邊界，無論是深度還是廣度； 2、如何做到既準確又有趣，既嚴謹又保持開放性，既把握規律性又具備前瞻性。 正如作者在結尾處提到的，本書在繁重科研工作之餘，匆匆完成，難免有所欠缺。然而從讀者角度而言，作爲一本拋磚引玉的硬核科研課題的入門級讀物，本書已經是一本良心之作。 相較於某位“科學家”着眼利益蹭熱度做科普，本書則是儘量嚴謹而簡潔地將量子力學的重要思想、人物和發展以及基本運算規則展現給讀者。全書邏輯清晰，調理清楚，語言精煉，描述準確，證據詳實。 然而，由於書中涉及衆多物理概念和一些不得不提的數學公式，想要在1小時讀完是不可能的，當然對於想要迅速瞭解本書內容，獲取量子力學重要發展脈絡，可以直接閱讀本書第八章及附錄。 作者通過在文中對關鍵信息的重複、標框突出，以及總結性陳述來幫助讀者更快掌握重點，因爲隨後的閱讀是基於前面重點信息的理解的，在本人看來，這並非贅述，而是有助於沒有接觸過相關領域的讀者迅速跟上作者的寫作思路，而無需反覆回到前文以自我喚醒。 本人已經近二十年沒有接觸物理學了，閱讀本書調動了中學物理競賽時期的塵封已久的荷爾蒙以及極其模糊的微積分僅僅停留於概念層面的能量，那麼應該算外行，讀這本書用了約6個小時，包括思考與筆記，感覺如沐春風。 The most impressive part is the debate between Albert Einstein and Niels Henrik David Bohr. 當然，結尾部分對於楊振寧的相關介紹也令人印象深刻。 比較可惜的是，受到寫作時間的限制，本書完成於@2022 年諾貝爾物理學獎公佈，授予法國學者阿蘭·阿斯佩（Alain Aspect） ，美國學者約翰·克勞澤（John Clauser）和奧地利學者安東·蔡林格（Anton Zeilinger），以表彰他們“用糾纏光子進行實驗，證僞貝爾不等式，開創量子信息科學”@之前，但作爲本人閱讀的第一本量子力學著作，看到這樣一本導讀已經很幸運，之少它再次點燃了我對物理之美的熱情。 此刻，農曆大年初二，央視8套首播劉慈欣的《三體》，我也剛好構思一個數字世界時間相對概念相關的經濟學問題。讀到本書，好的開端。

因爲人本身就承載原子的，因緣際會，人與人的緣分或許也是量子糾纏的結果。 但是，人總是喜歡把事情往美好的地方幻想，量子糾纏總被提起，可能是有太多的人想用這個理論證明同頻共振的兩個人一定會走到一起，這種浪漫真的很吸引人… 我差點就相信了，但是從時間維度上來看，就算真的有糾纏，糾纏多久纔會再次相遇？一輩子？等不起。下輩子？也除卻巫山不是雲，隔世再無記憶。 錯過就是錯過了，遺憾是一定的，量子糾纏或許只是大多數人嚮往的浪漫泡沫和少數人的不甘心。 珍惜這輩子！

量子力學是新時代的物理學和未來的物理學研究最重要的方向之一，今年最新的諾貝爾物理學獎得主的研究就與其相關，但是量子力學在很多方面依然是一個未知的領域，雖然這個領域近幾年一直都是非常熱門的公衆科學話題，但是大多數人對量子力學仍然知之甚少，所以這是一個非常需要進行大衆科學普及的領域，這本書主要介紹了量子力學創立的過程和創立過程中的重要人物，也介紹了這個領域最重要的一些概念，但是並沒有展望量子力學的未來和發展趨勢，專業性程度比較高，對於這個領域非常感興趣的人可以一讀。

這是一本很有趣的書，是一本瞭解量子物理的“教科書”。借用彼得沃森的話——“人類最令人驚歎的特點：對知識的好奇。”正是對於宇稱不守恆定律的好奇，讓我找到這本書，作爲普通讀者，用了約13小時讀完，朱梓忠老師與其團隊寫作言簡意賅，刪繁就簡讓“量子物理的非定域性”在這本中以“經典的定域性”講述給普通讀者，讓普通讀者從微觀的角度去了解宏觀的世界，從宏觀的世界來探索奇妙的量子世界。 這奇妙的世界誕生之時，時空就存在了，時間線也由此是衍生出來，明天是不確定的，這物質世界貌似漂浮在暗能量與暗物質的海洋裏，各種粒子以量子態相互影響，地球世界自然也是如此。未來是可以測算的，那歷史是否可能也能更改呢？ 《超體》與《超感獵殺》的“神奇故事”與本書一起“看”，似乎也能體驗量子世界的“弦”秒。

很正統的一本科普書，雖然科學家這科普書都會差一點，但作者已經很努力的讓它“平易近人了”。 看完這本書，可能會讓你覺得量子力學神祕的地方少多了，替代的是因爲數學差的無力感������

通過書名和前言，我理解這本書應該是給普通人看的，我應該也算普通人，作者前言也說了儘量不寫公式，不過公式還是不少，實在理解不了。另外書中有些歷史性的或者介紹性的東西，會重複寫好幾遍，看了一遍又一遍，想跳過又不知道跳到哪裏。看前幾章以爲方框裏的內容是總結，其他內容是鋪墊，就只看方框裏了，結果到了四五章發現並不是，方框裏的內容越來越不重要甚至可有可無。第五章結尾的時候又開始討論一個小時到底能不能看完，這不應該在前言裏就寫過了嗎？本來就不懂，量子力學就難懂，再加上重複和混亂，更加看不懂了，堅持讀到第六章，讀不下去了。可能是我個人理解力有限。

在連續閱讀了數本與量子力學和相對論有關的科普讀物之後，這本帶有極強“欺騙性”標題的科普書籍，給了我全然不同的閱讀體驗。 首先，這絕不是一本可以在一小時內“讀完”的作品。恐怕作者自己也並不認真覺得“一小時”是一個靠譜的限定。或許，從量子力學的不確定性裏，可以“算出”真的在一小時內讀完的概率，究竟有多大（並不是）。 其次，這是一部具有相當教科書風格的科普讀物。其中的結論性“乾貨”極多，導致閱讀時可以看到大量的劃線，但評論反而相對較少。畢竟，真的能讀懂的恐怕真的不多。 第三，也是相當少見的，就是作者直接了當地明示，不必追求“理解”！因爲有太多前沿問題，不僅可能有多種理解，甚至根本就是無解。而作者的建議就是，先不要試圖理解，接受就好！這種“不求甚解”的建議，不僅幽默，而且相當有道理。 還有，本書中有專門的章節，是作者反覆強調應該認真細讀，而另外一些章節，則提前說明“公式看不懂忽略就好”——學渣讀到此處真的狂喜，哈哈哈！ 最後，書中有專門一節，講述了楊振寧的學術貢獻，真的建議所有人都仔細讀一下。 雖然作者對於評價楊振寧先生在理論物理發展歷史上的“排名”很不以爲然，但對比我已經讀過的國外類似科普作品，在被普遍認爲是20世紀後半葉基礎物理“總成就”的“標準模型”的形成和發展歷史中，楊-米爾斯理論所起到的“指路明燈”作用，幾乎無一例外地都被“忽略”。甚至絕大多數此類書籍中，壓根兒都沒有提及“非阿貝爾規範場論”這個名詞和楊振寧的名字。在此可以借用一位書友的評論——2017年以前，他的排名會被低估，因爲他是華人。2017年以後，他的排名會更被低估，因爲他是中國人。 科學與政治無關，但政治與科學家、與每一個人，都密切相關。