說到量子物理,你能想到什麼?
粒子?波?各種難懂的定律?還有什麼?
很多人認爲量子物理學離我們很遠。不能帶來經濟收入,也沒法用在聚會上作爲談資,更不能用來找對象,升職加薪。
但它構成了我們的世界,組成了我們的生活,甚至於我們自己。如果想要了解我們生活的世界,理解我們的世界正在發生的事情,我們自身的發生的事情。那麼量子物理就是一切的基礎,它比化學更小,更加微觀,可以說是一切的基礎。
但量子物理真的很難學,也很枯燥。我曾經買過幾本有關量子物理的書,看到困得掉眼淚都沒看完。除了記得粒子和波的關係和特點外,什麼都沒記住。
但是這本書卻讓我真正的開始對量子物理有些瞭解,那就是《如何跟你的狗聊量子物理》。
是不是覺得這個名字頗具挑釁感,要是狗都能學的會,我怎麼就學不會呢?
不過打開書後,卻發現真的可能有點人不如狗了,尤其是這裏的狗說,即使是笨狗都知道相對論的時候,我開始對自己產生了懷疑。
爲了贏過狗,我硬着頭皮開始看這本書。看着看着,就被裏面有趣的舉例和論證吸引住,開始第一次理解量子物理。
這本書是用狗的日常來揭示量子的世界,將那些複雜難懂的概念用兔子、松鼠、狗狗來進行替代。雖然不能說完全看懂,但是也讓我這個物理考過37分(120滿分)的好奇寶寶稍微理解了些裏面的概念。
比如量子隧穿。
這個概念通常的解釋是像電子等微觀粒子能夠穿入或穿越勢壘的量子行爲,儘管位勢壘的高度大於粒子的總能量。
這個概念反正我是真看不懂。
在這本書中是這麼解釋的,對於一個非常窄的屏障,存在一定的概率在電子進入禁區的另一側找到它們。穿過這個屏障之後,電子就不再被阻止了,它們帶着和開始時相等的能量離開屏障,回到空曠的空間。
觀察實驗的人將看到很小一部分,比方說百萬分之一的入射粒子只是簡單地穿過屏障,好像屏障根本不存在一樣。
因爲電子穿過了甚至連進入都不允許的進去,從某種意義上說,它們從屏障下面潛了進去。
好吧,這裏我還是有點似懂非懂,加上示意圖,稍微感覺有點理解了。
作者又補充了一句,就像壞狗在柵欄下面挖洞一樣。
哎,一下子似乎就明白是怎麼回事了!
又比如量子的糾纏態。通常的解釋是複合系統中不能被寫作它的分系統狀態的張量積的狀態稱爲糾纏態。
這到底......是什麼玩意。每個字我都認識,連在一起完全不知道是什麼!
量子糾纏的解釋可能要稍微好一點,通常的解釋爲不論兩個粒子間距離多遠,一個粒子的變化都會影響另一個粒子的現象,即兩個粒子之間不論相距多遠,從根本上它們還是互相聯繫的。
這解釋聽起來還有些浪漫。
再進一步舉例的話,就有點看不懂了。
一個無自旋的粒子分裂成兩個粒子,它們的自旋一定相反,但在觀測到它們的自旋前,它們是隨機的,對一個粒子的觀測會瞬間影響到另一個粒子。
感覺這個舉例反而讓概念變得更模糊了,光看概念還能理解下。
比起來,這本書裏的例子就好理解多了。作者舉的例子是兩隻狗,它們都可以處於兩種狀態之一,醒着或睡着了。如果兩隻狗是彼此完全分開的,那麼在這個有兩隻狗的系統中可以有四種狀態:兩隻狗都睡着、兩隻狗都醒着,杜魯門醒着或者阿弟睡着了以及杜魯門睡着了而阿弟醒着。
但是要把兩隻狗放在一起,讓它們互動,這兩隻狗就會建立一種關聯。如果杜魯門睡着了,阿弟醒着。那麼阿弟會叫醒杜魯門。反之亦然。這樣就會發現,要麼兩隻狗都醒着,要麼兩隻狗都睡着了,不會有一隻醒着而另一隻睡着的情況。四種狀態變成了兩種狀態。
這樣的關聯就能讓我們知道一隻狗的狀態而不用去測量另一隻狗的狀態了。如果知道阿弟醒着,那麼杜魯門也一定醒着。
書中這樣的例子有很多,將晦澀的量子物理學概念轉化爲生活中容易被理解的例子幫助讀者理解。用非常輕鬆有趣的語言,輕鬆活潑的展現着量子物理的世界。
如果你對自然科學感興趣,如果你想從微觀上更加了解這個世界,如果你是個科幻迷的話,那麼從這本書中你能學到從粒子上看太陽鏡是如何工作的,多重宇宙是如何存在,測不準原理又是什麼,空間傳送是否可能實現等等有趣的知識。
當然,對於普通人的我們而言,可能屬於有趣而無用的知識吧。不過這也讓我們更加了解我們所生活的世界,想一想其實也是件很有趣的事情。