上帝掷骰子吗：量子物理史话

如果你是哲学爱好者，希望在宇观和微观层面建立正确的世界观，让理性的光芒照亮心田……

如果你是文学爱好者，希望在文字间寻求那荡气回肠、诗情画意的优美意境……

如果你是探险爱好者，希望跟随人类史上最著名的科学大师进行一段探索自然世界奥秘的心灵旅程……

如果你准备学理工科，希望追根溯源那支撑自然科学大厦的基石……

如果你是文科出身，希望对自然科学本质的基本思想有所了解但又畏惧那些理科书籍过于枯燥难懂……

凡此种种，你都可以跟随本书的向导启程，开始一趟神秘有趣的心灵之旅。

《上帝掷骰子吗：量子物理史话》是关于量子论的故事。

量子论是一个极为奇妙的理论：

从物理角度来说，它在科学家中间引起了最为激烈的争议和关注；

从现实角度来说，它给我们的社会带来了无与伦比的变化和进步；

从科学史角度来说，也几乎没有哪段历史比量子论的创立得到了更为彻底的研究。

然而不可思议的是，它的基本观点至今没渗透到大众的意识中去，这无疑又给它增添了一道神秘的光环。

本书将带你做一次量子之旅。从神话时代出发，沿着量子发展的道路，亲身去经历科学史上的乌云和暴雨，追逐流星的辉光，穿越重重迷雾和险滩，和最伟大的物理学家们并肩作战。除了回顾基本的历史背景，还向着未来探险，去逐一摸索量子论面前的不同道路，闯入人迹罕至的未知境地，和先行者们一起开疆扩土。让你惊叹的，不仅仅是沿途那令人眼花缭乱的绚丽风景，更来自于你内心深处的思索和启示——那是科学深植在每个人心中不可抗拒的魅力。

本书以极具诙谐但又不乏科学严谨的口吻叙述了经典物理和量子力学的碰撞，以及量子力学从无到控制整个微观世界的艰难发展历程，回顾了一些你曾经学过的经典实验。

作者其实是在用“80后”的语言描写科学家们的江湖，虽然这本书写的是量子力学史，并且清晰勾勒出这门物理学中让专业人士都觉得最难懂的学科的脉络，但书的主要内容其实却不是科学，而是学术江湖。“有人就有江湖”，他在讲人与人之间的关系，在讲科学家和科学家之间的关系。中国人更关心江湖，本书的作者就是用了这个特别符合中国人思维习惯的方式来叙述科学。

谁可以谈科学，谁有资格谈科学？这本书用它的出现，向我们表明，不是物理学家也可以谈物理学，而且可以谈这么好！

序

如果要评选物理学发展史上最伟大的那些年代，那么有两个时期是一定会入选的：17世纪末和20世纪初。前者以牛顿《自然哲学之数学原理》的出版为标志，宣告了现代经典物理学的正式创立；而后者则为我们带来了相对论和量子论，并最彻底地推翻和重建了整个物理学体系。所不同的是，今天当我们再谈论起牛顿的时代，心中更多的……

附：新浪网友书评

这可能是最好的时代，这也可能是最坏的时代，这就是我们正面临的量子幽灵的时代……2004年初，一部来自民间写手、诞生于网络的科普作品《上帝掷骰子吗——量子物理史话》在许多网站不胫而走。一部20余万字的科普即兴之作，既非名人轶事也非时事热点，竟能在充斥着浮躁气息的各大网站、论坛流传，这本身就是不同寻常……

第01章黄金时代

19世纪末的物理学天空中闪烁着金色的光芒，经典物理学的大厦在它的辉映下，是那样庄严雄伟，溢彩流光，令人不禁想起神话中宙斯和众神在奥林匹斯山上那亘古不变的宫殿。谁又会想到，这震撼人心的壮丽，却是斜阳投射在庞大帝国土地上最后的余辉。…………

1.1开场白

1.2上帝的神秘使者——光

1.3第一次微波战争

1.4第二次微波战争

1.5夕阳下最后的华彩乐章

第02章乌云

物理学阳光灿烂的天空中漂浮着两朵小乌云。他们绝对无法想到，正是这两朵不起眼的乌云将要给这个世界带来一场前所未有的狂风暴雨，电闪雷鸣，并引发可怕的大火和洪水，把他们从豪华舒适的经典理论宫殿中驱赶出来，放逐到布满了荆棘和陷阱的原野里去过上二十年颠沛流离的生活。……

2.1灿烂天空中的两朵乌云

2.2黑体辐射的紫外灾变

2.3普朗克打开潘多拉盒子

2.4量子的创生

2.5走向量子时代

第03章火流星

1911年9月，26岁的尼尔斯·玻尔渡过英吉利海峡，踏上了不列颠岛的土地。来自丹麦的王子粉墨登场，在他的头上，一颗大大的火流星划过这阴云密布的天空，虽然只是一闪即逝，但却在地上点燃了燎原大火，照亮了无边的黑暗。……

3.1光电效应的困惑

3.2爱因斯坦的光量子

3.3第三次微波战争

3.4卢瑟福模型的“坠毁”

3.5伟大的“三部曲”

第04章白云深处

人们在量子这个精灵的带领下一路走来，沿途如行山阴道上，精彩目不暇接，但现在却突然发现自己已经身在白云深处，彷徨不知归路。放眼望去，到处谜雾茫茫，不辨东南西北…………

4.1玻尔模型

4.2玻尔王朝的衰败

4.3革命王子的功勋

4.4电子居然是个波

第05章曙光

曙光已经出现，太阳正从海平线上冉冉升起，万道霞光染红了海面和空中的云彩，在天地间流动着奇幻的辉光。在高高的石崖顶上，海森堡面对着壮观的日出景象，他脚下碧海潮生，一直延伸到无穷无尽的远方。是的，他知道，this is the moment，他已经做出生命中最重要的突破，而物理学的黎明也终于到来。……

5.1BKS的崩溃

5.2车费规则

5.3曙光已经出现

5.4海森堡的新体系

5.5大革命的洪流

第06章大一统

骰子？骰子是什么东西？它应该出现在大富翁游戏里，应该出现在澳门和拉斯维加斯的赌场中，但是，物理学？不，那不是它应该来的地方。骰子代表了投机，代表了不确定，而物理学不是一门最严格最精密，最不能容忍不确定的科学吗？可现在，物理学竟然变成摇奖机器，变成一个掷骰子来决定命运的赌徒！……

6.1横空出世的薛定谔方程

6.2海森堡舌战薛定谔

6.3波恩笑谈骰子

6.4物理学变成摇奖机器？！

6.5粒子？波？

第07章不确定性

动量p和位置q，它们真正地是“不共戴天”。在任何时候，大自然都固执地坚守着这一底线，绝不让我们有任何机会可以同时得到p和q的精确值。任凭我们机关算尽，花样百出，它总是比我们高明一筹，每次都狠狠的把我们的小聪明击败。海森堡很快又发现了另一对类似的仇敌，它们是能量E和时间t。……

7.1不确定性原理

7.2你是物理学家？我真为你们惋惜！

7.3玻尔的“互补原理”

7.4量子论的沼泽

7.5波函数坍缩？

第08章论战

风云变幻，龙虎交济，现在两大阵营的幕后主将爱因斯坦和波尔终于走到台前，开始进行一场决定命运的单挑。爱因斯坦逆风而立，一头乱发掩不住眼中的坚决。他身后还站着两位，一个是德布罗意，一个是薛定谔。三人吴带凌风，衣袂飘飘，在量子时代到来的曙光中，大有长铗寒瑟，易水萧萧，誓与经典理论共存亡的悲壮气慨。……

8.1真假玻色教授

8.2爱因斯坦和玻尔之间的决斗

8.3爱因斯坦的神秘光箱

8.4EPR佯谬

8.5薛定谔的猫死在了这个世界

第09章测量问题

自然科学，这最骄傲的贵族，宇宙万物的立法者，对自然终极奥秘孜孜不倦的探险家，这个总是自诩为最客观，最严苛、最一丝不苟、最不能容忍主观意识的法官，现在居然要把人类的意识――或者换个词说，灵魂，放到宇宙的中心！哥白尼当年将人从宇宙中心驱逐了出去，而现在他们又改头换面地回来了？这足以让每一个科学家毛骨悚然……

9.1“维格纳的朋友”

9.2意识使波函数坍缩

9.3延迟实验与参予性宇宙

9.4多世界解释（MWI）

9.5宇宙波函数的演化

第10章不等式

你在若干次“咔”后被一枪打死。我们能够做的，也就是围绕在你的尸体旁边争论，到底是按照哥本哈根，你已经永远地从宇宙中消失了，还是按照MWI，你仍然在某个世界中活得逍遥自在……而且，因为各个世界之间无法互相干涉，所以你永远也不能从那个世界来到我们这里，告诉我们多宇宙论是正确的！……

10.1薛定谔猫为什么不是又死又活

10.2量子自杀实验

10.3奇妙的量子计算机

10.4冯·诺伊曼的错误

10.5贝尔不等式

第11章上帝的判决

爱因斯坦的梦想如同泡沫般破碎，我们再也回不去那个温暖舒适的安乐窝中，而必须面对风雨交加的严酷现实。我们必须再一次审视我们的常识，追问一下它到底有多可靠，在多大程度上会给我们带来误导。……

11.1复乐园，贝尔的憧憬

11.2爱因斯坦的上帝死了

11.3原子中的幽灵

11.4实用主义的系综解释

11.5GRW大道

第12章新探险

物理学家有一个梦想，一个深深植根于整个自然的梦想。他们梦想有一天，深壑弥合，高山夷平，荆棘变沃土，歧路变通衢。他们梦想造物主的光辉最终被揭示，而众生得以一起朝觐这一终极的奥秘…………

12.1世界只有一个，但历史有多个！

12.2退相干历史（DH）解释

12.320世纪人类社会最深刻的事件

12.4统一之梦

12.5超弦：万能理论？

尾声

我们的史话终于到了尽头。量子论在奇妙的气氛中诞生，在乱世中艰难地成长起来，与一些伟大的对手展开过激烈的交战。它建筑起经天纬地的巨构，却也曾在其中迷失方向而茫然徘徊不已。它至今使我们深深困扰，却又担负着我们最虔诚和最宝贵的愿望和梦想。它最终的归宿是什么？超弦？M理论？我们仍不清楚，但我们深信会出现一个……

后记

这个有关量子论的系列自去年开始动笔，其间因为各种原因（包括本人不可思议的懒惰），写写停停，到最后完成时用了正好差不多一年时间。最需要感谢的是读者们异乎寻常的热情和支持，不然我很可能半途而废。我最初构想的规模只是一篇4，5万字的极简介绍，不料逐渐收不住笔，最后完成的时候在我的WORD里已经超过200……

主要参考资料

I.书The Historical Development of Quantum Theory I-VI,Jagdish Mehra&Helmut Rechenberg,Springer1982-最详尽和权威的量子力学发展史，共6大册，有大量的资料An Introduction to……

附录：量子力学发展大事记

1690年，惠更斯出版《光论》，波动说被正式提出1704年，牛顿出版《光学》，微粒说成为主导1807年，杨整理了光方面的工作，提出了双缝干涉实验，波动说再一次登上舞台1819年，菲涅尔证明光是一种横波1856－1865，麦克斯韦建立电磁力学，光被解释为电磁波的一种1885年，巴尔末提出了氢……