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多年來，我一直在推廣自己的研究領(lǐng)域——量子物理學(xué)。一般公眾都覺得這是個很吸引人的話題，書籍和雜志封面也常常表現(xiàn)它的神秘。然而，在物理學(xué)的這個領(lǐng)域中出現(xiàn)了許多誤解，我寫這篇文章的目的就是要通過事實來說明這其中的6個錯誤觀念。 別擔(dān)心，你并不需要了解多少的量子物理學(xué)知識才能閱讀這篇文章。我不是要解釋什么是量子物理學(xué)，而是主要要解釋它不是什么…… 1、“量子物理學(xué)全都是關(guān)于不確定性” 并不是！事實上，量子物理學(xué)可能是人類創(chuàng)造的最精確的一門科學(xué)。它能夠以極高的精度預(yù)測某些性質(zhì)，甚至可以精確到小數(shù)點10位之后，這都在后來的實驗中得到了證實。 這種錯誤觀念部分來源于海森堡的“不確定性原理”。海森堡指出，當(dāng)同時測量兩個量時，比如一個粒子的速度和位置，測量的精確性是有限度的。但是當(dāng)量子物理學(xué)被用來計算其他的物理量時，比如能量或者原子的磁性，它可以達(dá)到驚人的精確度。 不確定性原理 2、“量子物理學(xué)無法被可視化” 量子物理學(xué)描述的對象通常有些“奇怪”，而且很難描述出它們的圖像，比如波函數(shù)、疊加態(tài)、概率幅、復(fù)數(shù)等等。人們常說，只有用數(shù)學(xué)方程和符號才能理解這些概念。盡管如此，我們物理學(xué)家在教導(dǎo)和推廣這些概念時，仍然會描述它們的圖像。我們會使用圖表、繪畫、隱喻、投影儀和許多其他設(shè)備。這些都沒什么，因為不僅是學(xué)生，甚至像我們這樣資深的量子物理學(xué)家也需要在頭腦中對正在擺弄的對象形成一幅圖像。有爭議的部分在于這些圖像的準(zhǔn)確性，因為我們很難準(zhǔn)確地表示一個量子對象。 通過與設(shè)計師、插畫家和視頻制作者合作，Physics Reimagined（重新想象物理學(xué)）研究小組試圖以所有可能的形式來“繪制”量子物理學(xué)：折紙、視覺文學(xué)、雕塑、3D動畫等等。 Physics Reimagined的作品：超流體 3、“即使科學(xué)家也不懂量子物理學(xué)” 量子物理學(xué)領(lǐng)域的一位領(lǐng)軍人物費曼曾說過：“我想我可以有把握地說，沒有人真正理解量子力學(xué)?！钡又R上補充說：“我將告訴你們大自然是如何運作的?！边@個學(xué)科的奠基人之一玻爾給出了一個很好的總結(jié)：“那些在第一次接觸量子理論時沒有被震撼的人，不可能真正理解它?！?/p> 當(dāng)物理學(xué)家在處理量子的數(shù)學(xué)形式描述時，他們確實明白自己在做什么。他們只是需要讓自己的直覺適應(yīng)這個新領(lǐng)域及其內(nèi)在的矛盾。 費曼、玻爾、愛因斯坦 4、“少數(shù)幾個杰出的理論學(xué)家提出了量子物理學(xué)的整個概念” 量子物理學(xué)的整個歷史恰恰表現(xiàn)了完全相反的事實。一開始，在實驗室中出現(xiàn)了一些意想不到的結(jié)果，比如光電效應(yīng)、黑體輻射、原子的光發(fā)射光譜。直到后來，當(dāng)愛因斯坦、普朗克、玻爾和其他人試圖提供解釋時，這一領(lǐng)域才有了杰出理論學(xué)家的加入。 隨后基礎(chǔ)實驗繼續(xù)跟進(jìn)，包括會從鎳上詭異地反彈的電子，因磁場而發(fā)生奇怪偏轉(zhuǎn)的銀原子，以及在低溫下可以完美導(dǎo)電的金屬等等。然后理論和概念再次出現(xiàn)，出現(xiàn)了對偶性、自旋以及超導(dǎo)性等概念。理論與實踐之間這種富有成效的來回交流是建立物理學(xué)的根基。除了極少數(shù)情況外，通常都是實驗最先出現(xiàn)。 5、“愛因斯坦是量子物理學(xué)最大的敵人” 愛因斯坦經(jīng)常被描述為一個對量子物理學(xué)充滿惡意的反對者，這可能是因為他的那句名言：“上帝不會和宇宙玩擲骰子?！比欢聦嵤牵粌H不反對量子力學(xué)，而且他還創(chuàng)造了量子力學(xué)！ 1905年，在普朗克的工作基礎(chǔ)之上，愛因斯坦寫了一篇基礎(chǔ)性的文章——《關(guān)于光的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)化的一個啟發(fā)性觀點》。在這篇文章中，愛因斯坦提出，光是由小的、獨立的、一份一份的物體組成的，它們名為光子。事實上，讓他獲得諾貝爾獎的正是這項工作，而不是他在相對論方面的研究。 愛因斯坦之所以留下這樣的“惡名”可能是源于他與玻爾關(guān)于量子力學(xué)的論戰(zhàn)，尤其是關(guān)于詮釋和量子實在的概念，因為他不接受非定域性的概念。后來，關(guān)于量子糾纏和違背貝爾定理的實驗證明了愛因斯坦是錯誤的，并證明了隱變量的缺失。愛因斯坦完全理解量子物理學(xué)的相關(guān)性，他只是對它的一些含義有所疑慮，特別是在于定域性有關(guān)的問題上。 貝爾不等式 6、“量子物理沒有實際用途” 量子物理學(xué)可能是現(xiàn)代物理學(xué)中最有用的學(xué)科。一旦物理學(xué)家理解了光、原子和電子的工作原理，就能對它們進(jìn)行操縱。激光、醫(yī)院里的核磁共振成像、LED燈、閃存、硬盤，還有更重要的晶體管和電子器件，所有這些技術(shù)都是量子物理學(xué)家發(fā)明的。 核磁共振成像儀器
原文標(biāo)題為“Seven common myths about quantum physics ”，首發(fā)于2019年4月15日的The Conversation。原文鏈接：https:///seven-common-myths-about-quantum-physics-115029. 中文內(nèi)容有刪減，僅供參考，一切內(nèi)容以英文原版為準(zhǔn)。 注： Physics Reimagined網(wǎng)站：http://hebergement./supraconductivite/?lang=en 文中部分圖片為小編添加，來源網(wǎng)絡(luò) 來源：原理 |
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撰文：Julien Bobroff（巴黎薩克雷大學(xué)物理學(xué)教授）
