书名:寻找薛定谔的猫(量子物理的奇异世界)
作者:[英国]约翰·格里宾
书号:978-7-5443-5994-8
定价:32.00元
主编推荐:
这只不死不活的猫总是像噩梦一样让物理学家们不得安宁……
全面论述了量子理论的基本概念,并赋予那些无限复杂又伤脑筋的实验以生机,使我们可以毫不费力地把握现代量子力学之谜。
名家推荐:
既有思想深度,路数又非常清晰。是非常难得的高级科普读物。完全读懂这两本书是不容易的,但却非常值得一读。
——中国科学院自然科学史研究所 方在庆
只要你有一点点耐心,你一定可以看懂。这两本书写得的确很好,是目前有关这一内容写得最好的书。我可以保证这一点。
——华中科大物理系教授 杨建邺
薛定谔的猫问题,其实是在寻找宇宙物质的存在源头、存在状态,与宇宙有没有起源,物质是否无限可分是一样的,最根本问题。这类问题唯一明确的就是,“事实已在”,宇宙就是明摆在哪存在着,不合人类逻辑地的存在;只有人类的逻辑有了自洽性,人类的逻辑才能“合到”宇宙自然存在逻辑,否则人类永远都想不明白“宇宙的存在合理性”。
薛定谔的猫问题,是指的微观世界,对于我们宏观世界的观测者来看,处于不能预言的、明确状态,即不能利用牛顿力学体系,在边界条件,或体系约束条件给定情况下,明确体系的一切信息,一切存在状态。用专业述语说,微观世界根本就不是线性空间,或者说,可线性表达的世界;微观世界,在我们看来,它就是本质非线性的、无法用一组基底表示的,或者说,连用傅立叶展开表达都不行,所以说,微观世界是量子纠缠的、没法用基底直积表达。我们现在利用量子力学解决实际问题,都是在“近似条件”、“好条件”下处理微观力学体系。薛定谔方程仍然是利用牛顿的、线性力学方程,处理微观世界的理论,只是将个别力学量“量子化”了而已。
由薛定谔猫现象让我们更进一步知道,我们的世界是整体联系的、运动的、可知的;越是深入到微观世界,体系的整体性,不可线性表达性越明确。微观系统首先没法给出精确的边界条件;其次即使给出精确的边界条件,它仍然没法像宏观体系一样精确求解;说白了,它就是“铁板一块”,没法展开在现性空间,没法“分解、分离”性的分析、看问题,只要你试图像宏观体一样的分解、分析看问题,你就陷入悖论中。
薛定谔的猫问题让们最终走向整体性处理问题,体系的描述将建立在抽象的代数拓扑之上,并且在其上引入自洽性,即代数拓扑之上的规则由代数拓扑本身的子集定义和构造。未来是人类如何整体性的描述、分析,获得体系的整体拓扑属性而加以应用。
只是读过薛定谔的小传,对其的印象也只能是根据一些我所了解到的零星的事实加以揣测。薛定谔是一位聪明的严谨的非常有个性的杰出科学家,他的薛定谔方程在近代物理学中的地位足以和牛顿的动力学方程在经典物理学中的地位相媲美。薛定谔还将他睿智的目光投向生命科学,将物理学的思想方法在生命科学中发扬光大。他的《生命是什么》奠定了分子生物学的基础,并影响了几个时代的物理学家和生物学家,使得一部分物理学家也转向生命科学的研究。
薛定谔方程是根据一些零星的事实和猜想建立起来的,用它可以非常好地描述微观世界物质的运动。可这个方程的根本物理意义是什么,薛定谔没有给出来。后来,另一位杰出的物理学家波恩对波函数给出了统计解释,认为波函数本身没有什么意义,只有波函数的模的平方才有意义,也就是波函数在空间某一点的强度与在该点找到粒子的几率成正比。按照波恩的解释,描述粒子的波就是几率波,也就是说空间这个位置什么时候出现一个粒子完全是不确定的,只能说某一时刻会有多大的可能性出现一个粒子。波恩的统计解释与实际相符,并逐渐被大多数物理学家所接受,他也因此获得了诺贝尔奖。但这种解释很多人不敢苟同,爱因斯坦诙谐地说:上帝在掷色子;薛定谔更是对波恩大喊:波恩,你胡扯!我的方程根本不是这么一回事!要想驳倒别人的观点是不能靠嘴皮功夫的,薛定谔便设计出了一个至今仍困扰物理学界的被后人称为薛定谔的猫的理想试验。
试验是这样的:一个密闭的箱子里有一只猫、一瓶剧毒物质、一台粒子探测器、一点放射性物质、一只榔头。放射性物质衰变时放出的粒子被探测器接收到,探测器便发出指令,于是榔头打碎装有剧毒物质的瓶子,这样猫就必死无疑;倘若放射性物质没有衰变,瓶子就不会坏,猫便安然无恙。在这个试验中,猫只有两个状态:死态和活态。问题来了,放射性物质什么时候衰变完全是不确定的,那么箱子外面的物理学家用波函数来描述猫的状态时就不好办了,根据态叠加原理,这时只能说猫有多大的可能性是处在活态多大的可能性处在死态,也就是说猫是处在死态与活态的叠加态上。或者说这只猫百分之多少是活的,剩下的百分之多少是死的。猫的这种状态和现实生活的实际是格格不入的!这就是让物理学家坐立不安的薛定谔的猫,虽然它在公众心中的名气比不过加菲猫或汤姆猫,但这只猫所产生的影响绝对是能够跨越世纪的!有人说它的影响就像日心说或进化论当年在欧洲所产生的那样,能够触动科学大厦的根基;就连瘫在轮椅上的霍金听到它时也要拿起一竿枪对准它让这只猫不再搅得他睡不着觉。
薛定谔实际上是用一个巧妙的实验将微观世界与宏观现象联系了起来,量子世界中的很多现象在我们习惯了看宏观世界的眼睛里是不可思议的,所以当我们得知薛定谔的猫又死又活时会感到困惑,感到不可理解。不要以为物理学是一门严谨的科学便是是非明确了,恰好相反,物理学是一门是非非常模糊的学问,而这种模棱两可又恰好是严谨的体现。其实现实生活中的我们又何尝不是处在既是这样又是那样的状态?你对现实生活中的所有问题真的能给出一个明确的回答吗?
当物理学家在箱子外为这只猫死到多少程度吵的不可开交时,这只猫会在干什么?如果它有思想,它一定会想:谁说我死了,我这不是活的好好的?在这里猫就只看到了自己的生,看不到自己的死。这就好比你有一位手握实权的爸爸,这时周围的亲朋好友都会夸你如何如何地出色,即使你爸爸是一名平头百姓,在当今复杂的人际关系中,有几个人有多少机会能当面讲出他对你的真实评价?他的评价又是否全面?是否能和张三李四的评价一致?如果这样,久而久之你就看不到自己的另一面。所以,如果你和这只猫一样,那么你就是处在危险中,随时会有让你伤心落泪的事情发生。
很多年轻人都是那样的雄心壮志,自以为自己无所不能,是那块最耀眼的金子,认为自己就应该呆在大城市的写字楼里,坐在主管经理的位置上,看着员工忙碌地工作,看着公司蒸蒸日上。一旦步入社会,现实总是不如人意,所以开始抱怨。为什么会这样,就是因为你这只猫自以为读了几本书就成了精英,就看不到自己的另外的态。你亲自动手经营一项事业,事先你因为早有了周密的计划而非常的乐观,整个过程中会出现什么问题你早就考虑好了。可没过几个月,甚至没过几天,你的美梦变成了泡沫。为什么会这样?因为整个创业过程中百分之八十的困难都是你最开始考虑不到的,这些困难就是那些随时会衰变出的放射性粒子。
当局的猫会迷,那么旁观的人是否又清了?未见得!你向张三打探,李四这家伙是个好人还是一个坏蛋。我们暂且认为张三说的全部是心里话,那么还有问题,张三测量李四的态是否测全面了?好和坏的标准是什么?到底哪个态好哪个态坏?张三理解的好坏和你和李四心里的好坏是一致的吗?张三觉得沉默寡言是缺陷,李四可能认为言多必失。一位小伙子向一位姑娘动情地说:我爱你。为什么爱她,因为小伙子测量到了她的某个态,姑娘也测到了他的一些态。闪婚后没几天,小伙子和姑娘的另外的态一点点被测量到,他们互相觉得对方不是自己想象中的模样,脾气、性格、爱好、生活习惯一概格格不入,甚至互相觉得对方欺骗了自己,这时才意识到两者本来就不是正交归一的,闪婚之后就是以泪洗面的闪离。所以,一位聪明的对别人对自己负责的小伙子不会轻易说出那几个字,一位精明的不拿婚恋当儿戏的姑娘也不会轻易相信那几个字。
我们的宇宙是难理解的;薛定谔的猫死到了什么程度也是需要计算的;看透一个人也是需要长时间的,或许这就是物理法则在宇宙中的应用。我很少对一个问题给出明确的回答,不是我有意绕弯,我也思考过这个问题,我想就应该是我平时养成了严谨的习惯,我要对我说出的话负责,我要给问我问题的人更多的信息,而信息越多给人的感觉就是越含糊不清。有时候我也会像丁肇中先生那样直接给出一个三个字组成的万能回答:不知道!不知道就是不知道,或者是因为知道的太多而不清楚到底会怎么样所以不知道。我想对一些问题很少有人能给出明确的回答,比如十年后物理学会是什么样子?我清楚物理学家回答不了这个问题,恐怕也只有那些声称可以预测未来的巫师巫婆能够回答。
薛定谔的这只老猫早已老态龙钟了,它现在到底怎样了?最近几年的研究显示,你未打开箱子时,这只猫就是处在活态与死态的叠加态上,一旦你去测量(也就是发表一下什么评论了),那么测到的就是它的本征态——活态死态中的一个。所以,含含糊糊半天,我就是薛定谔的猫。朋友,你是什么猫?(这时你可能笑我了,你从这个角度说你是薛定谔的猫,如果从另外一个角度你还是加菲猫呢!没错!我是加菲猫。不过话又说回来了,又是薛定谔的猫又是加菲猫正说明我是薛定谔的猫啊^^)
生命是什么读后感:
在读薛定谔的《生命是什么》之前,我曾上网查询关于这位作家的资料,发现他原本是位物理学家。他发表的薛定谔方程,薛定谔的猫等都是为许多人所熟知的。他是波动力学之父,是量子力学集大成者之一。就是这样一位在物理学的发展史中做出过重大贡献的学者,却从物理学闯入生物学,并在1944年出版了《生命是什么》一书。 我曾以为这本书将是一位生物学家运用哲学家的思想和我们探讨生命是什么,但我发现我大错特错了。作者从物理学家的眼光,运用热力学和量子力学理论来解释生命的本质,用他不同于哲学家的思想和对生物学的了解.进行大胆猜想,为生物科学乃至后人留下了深远的影响。《生命是什么》的出版对当时年轻的物理学家产生了巨大影响,他们中的许多人由此转向了生物学研究。薛定谔在书中提出了一系列猜想。拥有天才思想的他,猜想是大胆的:物理学和化学原则上可以诠释生命现象;基因是一种非周期性的晶体或固体;突变是基因分子中的量子跃迁弓|起的,突变论是物理学中的量子论,基因的持久性和遗传模式长期稳定的可能性能用量子论加以说明;对于染色体如何决定生物体的遗传性状作了最初的设想,认为染色体是遗传的密码本;在前人把新陈代谢解释为物质交换和能量交换的基础上,参照热力学定律,引入了"负熵”的概念,并认为生命以负熵为生,是从环境抽取"序”维持系统的组织;这些观念在当时是第一次被提出来,对世人来说是十分新奇的,也是特别引人入胜的。
对于这本书,说老实话,我看得不是很懂。但是既然这本书被当作大一新生推荐阅读书目之一 ,那么它必然有它的优点所在。也许我们应该学习的不是这本书而是书的作者?作者从一个他所擅长的物理区域跨进了对他来说算是陌生的生物区域,这本身就需要多大的勇气和多坚定的心理!实因为他从小爱好广泛,喜欢博览群书,在其父和朋友的影响下,对生物学产生了浓厚兴趣,才使得他在转换领域的时候选择了生物。同时,薛定谔谙熟东西方哲学,他渴望和谐,终生把科学的统一作为自己的坚定信念和追求目标,《生命是什么》 就是力图使物理学和生物学统一起来的认真尝试。
正是薛定谔知识面的广度以及他心目中对科学统一的向往与不懈努力,并且在科学研究中善于选择和变换自己的角色,才有了又一次成功的他。我觉得我要向他学习的不仅是勤于思考,勇于创新的精神,更要向他一样拥有宽广的知识面,不拘于一角天地,同时还要具有坚定的信念,这样,人生才会更精彩,路途才会更平坦,离成功才会更接近!
本文讲述了物理学的一些概念和演变历程。
量子力学、超距作用、薛定谔的猫、量子的叠加态、量子纠缠……
明白了量子力学是证实存在的,量子可以超距传播,他们是孪生的双胞胎。幽灵成像实验表明红光蓝光在放射前是纠缠的形态,实验后红蓝光分别往不同的方向分开射去,红光通过人像镂空面板,会在面板背后成影,而另一边蓝光没有人像镂空面板却也在等距离位置出现了人像投影。很神奇。
这么理解来量子超距传播可以超过光速,等同于一个微观世界的虫洞。信息物体可以瞬间反应在千里之外。
对应到宏观世界,量子叠加态就是同时存在多种可能性。计算机的困扰p=np?,现在的的计算一个线程只能运算一个计算,而量子计算机却可以一个线程运算多个计算,算力得到大大提升。故影响到当今的经济社会,通用的是RSA加密,密码的解密速度只在眨眼之间。与之相对恒的只有无条件安全的量子加密通信了,量子加密通信技术还可以反窃听,假如加密被外人窃听了,那么接收方得到的信息乱码程度将大大高于正常水平,则可以明白信息被人窃听。
之所以目前全世界还没有实现量子通信则是因为,量子超距传播会存在乱码的情况,需要通过目前的技术剔除乱码进行乱码纠正。
已知目前最快速度为光速,而当太阳出现到光照射到地球仍需要几秒钟的时间。故通过目前的技术加工过的量子传播信息仍存在延迟状况。
尽管如此,我国在近些年将墨子号量子卫星发射升空;京沪量子通信干线快建成了;工商银行在北京用上了量子通信做同城加密传输;阿里云的数据中心已经在用量子通信组网;等等这些也是为未来布局。
未来,已来。那些稍微窥倪到先机的人才能掌握时代的主动权。