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月讀 ‖ 《從量子到宇宙:顛覆人類認知的科學之旅》

網友取名《量子真經》,雖然看不懂,但是很非常形象地描述出了普通人看完這本書的感受。

本書由清華大學出版社出版,作者名叫高鵬,是哈爾濱工業大學的壹位老師。

本書以各種不可思議的量子現象為主線,以物理學家們所做的各種令人驚奇的實驗為脈絡,循序漸進地介紹了人類探索量子世界的整個過程。作為壹本科普讀物,本書涵蓋了波粒二象性、疊加態、概率幅、糾纏態、隧道效應、電子雲、超流體、量子真空漲落、費曼圖、超弦理論等量子力學中引人入勝的大部分內容,也介紹了掃描隧道顯微鏡、量子計算機、量子隱形傳態等量子工程技術,同時還把相關的歷史趣事穿插其中。另外,書中還介紹了壹些與量子物理相關的粒子物理、相對論、宇宙學等內容,其中就包括了目前更前沿的領域,如反物質、希格斯粒子、暗物質、平行宇宙,以及引力波等。

就本書的絕大部分內容而言,我基本似懂非懂,部分內容甚至完全不懂,宏觀世界總結出來的經典物理概念幾乎在微觀量子世界中全部失效,而微觀世界所歸納出來的現象又沒有完備的概念和理論來解釋,認知陷入困難是非常正常的事兒。

然而,對任何壹門新知識的掌握和獲取,都需要壹個疑惑到逐漸清晰的過程,這是認知提升的基本規律。對此書的閱讀,最大的意義即在於此。

量子是什麽?不經百度能說的出來的沒幾個人。即便是此刻的我已經看完了這本書,我也說不出來量子的確切定義。

頭條百科有壹段話是這樣介紹的:

不可否認的是,量子概念以及由此衍生出來的壹切科研成果,現在非常時髦,時髦到如果妳不能就量子發表壹點自己的見解,基本上就等同於脫離了科技時代。

就我的理解,量子是目前相對於人類世界的微觀世界,它的研究成果反映著人類對微觀世界的探索認知。無論是宏觀還是微觀,都是壹個相對的概念。從宇宙的角度來看,我們所在的太陽系乃至太陽系所在的銀河系,都只不過是宇宙的壹個微觀。而站在人類社會或者地球的角度來看,原子以下尺度的世界就是我們常說的微觀。

我們姑且稱地球及人類社會生活的所見所聞為宏觀,相對應的,把原子尺度以下的世界稱為微觀,那麽量子就是我們對微觀的描述和認知。

對於普通讀者而言,對量子的了解,需建立如下幾個認識。

由牛頓散發定理直至愛因斯坦相對論的建立,我們已經熟悉了宏觀世界的運行規律和模式,似乎有經典力學的加持,世界已經沒有我們所不能解釋的物理現象。然而,對量子世界的研究告訴我們,許多量子世界裏發生的現象,與經典物理原理推導出來的結論完全相反。這書名,對量子理論的研究和建立,目前只是處於起步狀態。

高中物理告訴我們,組織的最小單元是質子、中子、電子,到這個層面已經見底了。實際上,自那時候甚至更早時期,研究結論已經證明最小單位並非如此了,誇克等的概念已經產生了。

關於這壹點,最經典的實例是薛定諤的貓,它形象的描述了量子世界的不確定性。然而薛定諤黑匣子裏的貓,畢竟是宏觀世界的壹個動物,它還是壹個嘗試用經典物理原理來解釋量子世界的案例。事實已經證明,這種解釋是不通的。

利用量子可以處於0和1之間的任意狀態來實現計算機的大容量計算,實現比現有超級計算機更大的運算能力,是量子計算機的嘗試性運用,目前進展還不完備。利用處於糾纏態的量子實現遠距離加密通信,也是壹個十分熱門的研究方向。

雖然,研究已經邁出了步伐,但量子糾纏態的原因是什麽?實現巨大運算的底層邏輯是什麽?是壹個目前無法解釋的問題。現在人類只是初步發現了這種現象,然後加以利用。在探尋量子世界的道路上,還有很長的路要走。

科學技術發展日行千裏,新的知識與日俱增,如果固步自封,不註重更新自己的知識結構,則會被時代所拋棄。對於最先進最前沿的科技成果,我們絕大多數人不大可能搞的清楚原理,也做不到掌握科技成果的細節。但必須對這些成果進展保持敏感和關註,而不能因為不是自己的領域就不去關心。

這本書就起到了這樣的作用,雖然裏面也有很多不懂的地方,但大體上還是淺顯易懂的,對於我們普通讀者而言,是壹本適合閱讀的科普類書籍。

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