一篇看完之后觉得什么也没看懂的科普文|豆爸读书会
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在分享本书之前，我们先聊一下，在当时科学史上一个最大的谜题。
那就是，在二战中，美国向广岛发射了原子弹后，所有人都奇怪，在当时，纳粹德国为什么没能造出原子弹？这是二战后人人都问的问题。不错，美国造出了原子弹，因为他有奥本海默、费米、劳伦斯、贝特、西伯格、维格纳、查德威克、佩尔斯、弗里西、塞格雷，以及玻尔等物理科学家。但是德国一点也不差。
虽然，希特勒赶走了国内几乎一半的精英，纳粹上台的第一年，就有约2600名学者离开德国，四分之一的物理学家从德国的大学辞职，到战争前已经有40%的大学教授失去职位。整个轴心国流失了多达27名诺贝尔获奖者，其中包括爱因斯坦、薛定谔、费米、波恩、泡利、德拜这样最杰出的人物，还有间接损失的如玻尔等。但是德国凭他惊人的实力，仍保有对抗全世界的能力。
战争一爆发，德国就开始原子弹的研究计划。在1939年，全世界只有德国一家在进行这个原子能的军事应用项目。德国占领着世界上最大的铀矿，有最强大的化学工业，世界上最好的科学家，原子裂变现象就是两个德国人发现的，一个是奥托.哈恩，一个弗里兹.斯特拉斯曼。还有劳厄、沃兹、波特等，当然还有定海神针海森堡，20世纪最伟大的物理学家之一，是这个计划的总负责人。
然而，德国并没能造出原子弹，甚至连门都没有入。1942年起，德国似乎已经放弃原子弹计划，改为研究制造一个能提供能源的原子核反应堆。原因是海森堡向军备部长斯佩尔报告说，铀计划因为技术原因，在短时间内难以产出任何实际的结果，在战争期间造出原子弹不大可能。同时也使斯佩尔相信，德国的研究仍处在领先的地位。
由于整个战场情况的紧迫，德国的研究计划被迫采取急功近利的方略，所有不能短期见效的计划都暂时放在了一边。既然这方面仍然“领先”，不妨继续拨款研究下去。
两年后，计划被希姆莱注意到，下令大力拨款，推动原子弹计划的前进，虽然计划有所进展，但那时全国的工业早已被轰炸破坏得体无完肤，难以支撑下去。而且也为时太晚，不久德国就投降了。
1942年的报告是怎么一回事？海森堡扮演了一个什么样的角色？答案扑朔迷离，这就是科学史上有名的“海森堡之谜。”
好了介绍完这个故事，我们回到本书，今天跟你分享的是《上帝掷骰子吗？量子物理史话》。
这是一本人人都能读懂的量子论发展的科普史话。曾获得《科学时报读书杯最佳科普创作奖》、《国家图书馆文津图书奖》、《第三届吴大猷科普奖》。豆瓣评分高达9.2，超过14000人参与评价。
本书的作者曹天元，毕业于复旦大学和香港大学。由于本行通信工程前沿涉及量子物理，遂对该领域稍有钻研。作者兴趣广博，尤好历史和自然科学，除科普之外，也长期从事金融投资做媒体工作。
接下来，我就从量子论的诞生开始，聊聊量子发展史中，出现的令人匪夷所思的现象，以及光怪陆离的解释。
第一部分：量子论的诞生
量子论的诞生，最初来源于著名的“黑体辐射”问题。科学家们在研究这个问题时，发现采用经典物理方法根本解释不通。他们按照辐射出粒子还是波子，两种不同形式推导出了两个对应的黑体辐射公式，但都无法完全适用，一个适用于短波，在长波范围失效，另一个则适用于长波，在短波范围失效。
就像你有两套衣服，其中一套上装十分得体，但裤腿太长；另一套的裤子倒是合适了，但上装却小的无法穿上身。最要命的是，这两套衣服根本没办法合在一起穿，因为两个公式，推导的出发点是截然不同的。这个难题就这样困扰着物理学家们。
正当人们为这个难题头痛不已的时候，马克斯.普朗克登上了历史舞台。利用数学上的内插法，普朗克开始玩弄起他手上的两个公式来。要做的事，是让维恩公式的影响，在长波的范围里尽量消失，而在短波里“独家”发挥出来。普朗克尝试了几天，终于灵机一动，无意中凑出了一个公式，看上去正符合要求。在长波的时候，它表现得就像正关系一样，而短波的时候，则经为维恩公式的原始形式。这就是著名的普朗克黑体公式。
当普朗克注视他的公式，它究竟代表了什么样的物理意义呢？这真是一个令人很尴尬的地位，知其然，但不知其所以然。
为了打开面前这个潘多拉盒子，普朗克做好了抛弃一切的准备，当然除了热力学的两个定律不可动摇外。
最终发现，在处理熵和概率的关系时，必须做一个假定：假设能量在发射和吸收的时候，不是连续不断，而是分成一份一份的。在了解它的具体意义之前，不妨先了解一个事实：正是这个假定，推翻了自牛顿以来200多年、曾经被认为坚不可摧的经典世界。
那么能量不是连续不断的，有什么了不起呢？很了不起。因为它和有史以来一切物理学家的观念截然相反。自从伽利略和牛顿用数学规则驯服了大自然之后，一切自然的过程，就都被当成是连续不间断的。比如说：一辆小车沿直线，从A点行驶到B点，却不经过两点中间的C点，你一定会觉得不可思议。
普朗克的方程倔强地要求，能量必须只有有限个可能态，它不能是无限连续的。在发射的时候，必须分成有限的一份份，必须有个最小的基本单位。这个基本单位，普朗克把它称为“能量子”后来改称“量子”。量子就是能量的最小单位，它可以传输一个量子，两个量子，任意整数个量子，但不能传输一又二分之一个量子，那个状态是不允许的。
也许你应该记住1900年12月14日这个日子，这一天是量子的诞辰。几年以后它将爆发出令人惊奇的力量，把一切旧的体系彻底打破。
好了，了解了量子的诞生，我们再看看量子成长过程中，科学家们所看到的诡异现象以及光怪陆离的解释。
第二部分：量子态叠加与塌缩
正如作者在史话前面提醒的那样，量子论革命的破坏力是相当惊人的。在概率解释、不确定性原理和互补原理这三大核心原理中，前两者摧毁了经典世界的因果性。互补原理和不确定性原理，又合力捣毁了世界的绝对客观性。新的量子图景展现的世界，是如此奇特和难以想象，和生活格格不入，甚至违背我们理性的本身。但是它却能够解释量子世界一切不可思议的现象，这种主流解释被称为量子论的“哥本哈根”解释。
根据我们的日常经验，客观物体一定要有一个确定的空间位置，这种存在，不是以人的意志为转移的。假如有人说你现在在房间里，又或者说你现在不在房间里，两者必定是其中一种，但是在量子世界里科学家不这么说，他会说你既在房间里，又不在房间里。
为什么?什么是既在又不在？这就是量子学里的一种分裂解释。量子学告诉我们，在观察之前，粒子的位置是不确定的，它的位置分布遵循着一个波函数，在所有可能的位置都会出现。当你不去看它的时候，它同时出现在所有可能出现的位置，处于一种叠加状态，而当我们去看它时，它瞬间会选择一个位置出现。波函数这种奇迹般的变化，在哥本哈根那里称为“塌缩”。
听起来，似乎很烧脑，我们换个容易理解情境，金庸在《笑傲江湖》里，描述了令狐冲在武当脚下，与冲虚一战，冲虚一柄长剑幻为一个个光圈，让令狐冲眼花缭乱，看不出剑尖所在。用量子语言说，这时候冲虚的剑，已经不是一个实体，它变成了许多的虚剑，在光圈里分布开来，每一个虚剑尖都代表一种可能性，它有可能就是实剑尖所在。
冲虚的剑可以为一个波函数所描述，很有可能在光圈的中心，这个波函数的强度最大。现在令狐冲挥剑直入，在那瞬间，冲虚剑的波函数坍缩了，又变成了一柄实剑。令狐冲运气好，它真的出现在光圈中间，破了此招，如果猜错了，就丢失了一条手臂。冲虚剑的波函数坍缩了，无论如何，它都要实实在在地出现在某处，才能伤敌。
总得来说，量子波塌不塌取决于，你没有去观察它。严格来说，电子在没有观测的时候什么也不是，只有数学可以描述，即波函数。按照哥本哈根的解释，不观测的时候，根本没有实在，自然也就没有实在的电子。事实上，不存在电子这个东西，只存在：我们与电子之间的观测关系。
第三部分：关于黑洞
以上我们了解了量子态叠加与坍缩的问题。可以说，量子论在物理界的几乎每一个脚落都激起激动人心的浪花，并引发一连串的涟漪。
在浩瀚的星空中，同样，我们必须借助量子论才能把握恒星的命运会何去何从。当它们燃料耗尽之后，它们会不可避免地向内坍缩，这时支撑起它们最后骨架的，就是源自泡利不相容原理的一种简并压力。当电子简并压力足够抵挡坍缩时，恒星就演化为白矮星。
要是电子被征服，而要靠中子出来抵抗时，恒星就变为中子星。最后，如果一切防线都被突破，那么它就不可避免地坍缩成一个黑洞。但即使黑洞也不是完全“黑”的，如果充分考虑量子不确定因素的影响，黑洞其实也会产生辐射而逐渐消失，这就是以其鼎鼎大名的发现者史蒂芬.霍金而命名的“霍金蒸发”过程。
当物质落入黑洞的时候，它所包含的信息被完全吞噬了。因为按照定义，没什么能再从黑洞中逃出来，所以这些信息其实是永久的丧失了。霍金对此说了一句有名的话：“上帝不但掷骰子，他还把骰子掷到我们看不见的地方去！”这个看不见的地方就是黑洞奇点。
但由于蒸发过程的发现，黑洞是不是在蒸发后又把这些信息重新给吐出来呢？为此，人们长期争论不休，甚至引发了学界著名的“黑洞战争”。
不过，近年来，多半科学家都开始认为，信息确实会在黑洞蒸发后被重新释放，连霍金自已也改变观点，公开认输。
最后，很有可能，我们对宇宙终极命运的理解，也离不开量子论。大爆炸的最初发生了什么？是否存在奇点？在奇点处物理定律是否失效？因为在宇宙极早期，引力场是如此的强，以至量子效用不能忽略，必须采取有效的量子引力方法来处理。
在采用了费曼的路径积分手段后，哈特尔和霍金提出了著名的“无边界假设”，宇宙的起点并没有一个明确的边界，时间并不是一条，从一点开始的射线，相反，它是复数的，时间就像我们地球表面，并没有一个地方可以称为“起点”。为了更好地理解这些问题，我们迫切地需要全新的量子宇宙学，需要量子论和相对论进一步强强联手。
这一切，都来自我们对成功的信念，对于科学的依赖，以及对于神奇的自然，那永无休止的好奇。