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带部《量子物理史话》,行走科学江湖

Cain 发表于 2016-1-8 19:21:27 [ 上一主题] [下一主题]

“悟空”的火眼金睛是如何工作的?想了解这个,你需要一本《量子物理史话》。第一级火箭回收具有什么意义?你需要一本《量子物理史话》。量子通信是什么?你还是需要一本《量子物理史话》……
  临近年关,各行各业都在总结、盘点,人们见面,也从“吃了吗”变成了“去哪吃”。只有一个行业例外,那就是科研。因为科研工作者,总是锐意求新的。
  稍微浏览一下科技界的报道,你就会发现,这群高智商、穿着白大褂、在实验室里摇晃试管的人,好像完全不懂得营造年底那种念旧的气氛,反而争分夺秒,恨不得在2016年之前,揭开世界上所有的奥秘。
  2015年12月17日,中国首个暗物质探测器,“悟空”,成功升空;2015年12月22日,SpaceX成功实现了第一级火箭回收;2015年12月25日,潘建伟院士等的“多自由度量子隐形传态 ”,入选国际物理学十大突破……
SpaceX成功回收火箭
  “悟空”的火眼金睛,是如何工作的?想了解这个,你需要一本《量子物理史话》。
  第一级火箭回收具有什么样的意义?你需要一本《量子物理史话》。
  量子通信是什么?你还是需要一本《量子物理史话》。
《量子物理史话》,是一本神秘客的大话科学史,用“80后语言”叙述的科学江湖
  写科普并不容易,量子论这样艰深晦涩的题目,更是难上加难。
  《量子物理史话》的杰出,首先体现在结构上。这两年极客(Geek)一词深入人心,常有“天才在车库里改变世界”的报道。若是写量子论,最聪明的做法是先写“薛定谔的猫”,知名度高,人民群众喜闻乐见,还可以穿插些薛定谔老兄的风流韵事,何乐而不为呢?或者以弦论开题,讲世界的维度,进而介绍平行宇宙,加一些人生感悟什么的,也是不错的选择。
既死又活的薛定谔的猫
  但是作者没有这么做,恰恰相反,他选了海因里希-赫兹的实验。因为赫兹的实验证明了电磁波的存在,电磁波的存在填补了麦克斯韦的理论,麦克斯韦的理论是光的波动学说的主要武器,而光的粒子学说,虽然输了一阵,却并不服气,它只相信逻辑和事实,它等待着新证据,等待着那些波动学说解决不了的现象。
  全书就像金庸笔下的大侠一样,并不以奇招抓人眼球,而是一环扣着一环,一掌快过一掌,渐而积累起胜利之势,用“内力”引燃读者的热情,不得不跟着它走进那微观的世界中去。
  至于内力,自然就是全书的内容。
  《量子物理史话》是一本关于量子物理的历史传记,大约属于纪事本末体。以量子物理创立和发展过程中的大事件为中心,辅以科学家小传。比科学家传记那样的纪传体,更能反映量子物理的全貌,又比物理课本那种干巴巴的发展导论,更有趣。缺点么,如何选取事件,非常考验作者的功力,一旦选错或者漏选,很容易误导读者。
  那么,作者是如何做的呢?
  伽利略说:“科学的真理不应该在古代圣人的蒙着灰尘的书上去找,而应该在实验中和以实验为基础的理论中去找。”物理学也好,量子物理也罢,都是被一系列的实验(或者思想实验)推动的,所以,作者选择了以重要的实验为刻度,对每一个实验,介绍科学家们的理论推导,对于知名科学家,于文后点评一番。如此一来,洋洋洒洒数万言,不仅没有让人觉得沉闷,反而有了小时候第一次进入学校实验室的兴奋。
  以上文提到的量子通信为例,量子通信建立在量子纠缠上。什么叫量子纠缠呢?假设有一对双胞胎,他们什么事都反着来。一个穿黑色衣服,另一个就穿白色衣服,一个抽烟,另一个必然在喝酒,一个在吃肉,另一个肯定马上跑去啃西瓜……
量子纠缠
  以此为基础,爱因斯坦等人提出了著名的思维实验,即EPR详谬。爱因斯坦说:“他俩不是什么都反着来嘛?那好吧,现在让他俩有多远走多远,最好一个在地球,一个在宇宙的另一头。这时候,让其中一个人头朝上,那么另一个就必须马上头朝下,但是,它该怎么告诉对方呢?即使他们用宇宙中速度最快的光进行通讯,信号也要走上几亿光年!”
  作者将EPR详谬当作标志性事件之一,安排爱因斯坦、贝尔、海森堡等人上场过招,最后用另一场实验,1982年奥赛光学研究所的进行的实际测量实验,进行收尾,不仅使读者了解了测不准原理,而且能够感受到各位学界大神严谨求实的精神,真是令人叹服。
  再次,是书里传达的思想。
  居里夫人说:“我认定科学本身就具有伟大的美。”问题是,这种美似乎隐藏的太深了。爱因斯坦、普朗克这些站在山顶的人,固然将景色尽收眼底,但大部分人,不过是在山脚下的树林中徘徊罢了。所以市场有一些看似解气、实则反智的言论。
居里夫妇在做实验
  “学微积分有什么用?买菜又用不到!”
  “学能量守恒有什么用?买菜又用不到!“
  “学离子反应有什么用?买菜又用不到!”
  而作者,在字里行间,洋溢着对科学的信心。一来,每个人都有好奇心,我们小时候胡思乱想过的那些问题,只有科学才能解答;二来,科学发展所带来的便利,是每个人都无法拒绝的诱惑。
  所以,即使你一百零八次拒绝科学,科学也会第一百零九次使你相信。微积分对买菜确实没有什么用,可电脑是每个人都要用的吧?电脑建立在半导体上,半导体是如何工作的呢?
  想了解这个啊,你需要一本《上帝掷骰子吗:量子物理史话》。


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