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编者评论：上帝会掷骰子吗？

本书讲述了一段激动人心的科学史，展现了作者对量子物理学的真挚热爱以及对这门科学的高度评价。另外，作者显然阅读范围很广，所以在写作的时候，他可以利用其他领域的资料来解释科学。

简介

这本书是关于量子理论的故事。量子理论是一个极其奇妙的理论：从物理学的角度来看，它引起了科学家们的激烈争论和关注；从实践的角度来看，它给我们的社会带来了空前的变化和进步；从历史上看，

很少有历史时期比量子理论的建立更受研究。然而令人难以置信的是，它的基本思想和假设至今还没有深入到大众的意识中，这无疑为其增添了一层神秘的光环。本书将带你踏上量子之旅。我们从神话时代开始，

跟随量子发展的道路，体验科学史上的乌云密布和暴雨倾盆，追逐流星的光芒，穿越迷雾激流，与伟大的物理学家并肩作战。除了回顾基本的历史背景，我们还将探索未来，一一探索量子理论面前的不同路径。

闯入未知和未知的地方，并与先行者一起扩展。让你惊叹的不仅是沿途璀璨绚丽的风景，更是你内心深处的反思与启迪——那是深深扎根于每个人心中的不可抗拒的科学魅力。

本书以幽默但科学严谨的语气讲述了经典物理学与量子力学的碰撞，以及量子力学从无到有发展到掌控整个微观世界的艰难历程，并回顾了我们所学的一些经典实验.作者其实是在用“80后”的语言来形容科学家的江湖，

虽然这本书是关于量子力学的历史，并且清楚地勾勒出这个专业人士难以理解的物理学科的脉络，但本书的主要内容实际上并不是科学，而是学术江湖。 “人有江湖”，他讲的是人与人之间的关系，是科学家与科学家之间的关系。

中国人更关心江湖。本书作者用这种方法来描述科学，特别符合中国人的思维习惯。谁能谈科学，谁有资格谈科学？这本书用它的外表向我们展示了，不用成为物理学家也可以谈论物理，并且把它讲得这么好

相关内容部分预览

目录

量子物理学史

顺序

黄金时代001

暗云027

绽放 051

深白云077

黎明101

相同的目的地 127

不确定性 151

第 177 战

错误的方式263

回到经典 233

不等式的判断 261

新冒险 285

结语 317

外部文章

海森堡和德国

原子弹计划 319

后记 332

主要参考文献 334

名称索引 342

读者评论

在当今的互联网时代，每个人都可以成为作家。每个人都可以在各种网站上写长篇小说。有的人写爱情故事，有的人写玄幻小说，有的人写琐碎的事。而这个曹天元更“另类”，他居然写了量子物理学史，

由于其稀有性，他的作品在科普匮乏的中国尤为突出。

这本书《上帝会掷骰子吗》可以算是一本比较高端的科普书。它是根据作者在论坛上的帖子组装而成的。我同意清华大学刘冰在本书“序言”中的观点。 ‘D’D 的综合评分“努力说出无法形容的事”。是的，量子物理学是一门相对年轻的理论科学，

它涉及微观世界，与人们的日常生活没有直接联系。与经典物理学不同，万有引力的故事可以用一个苹果来解释。你如何让人们想象一个肉眼无法看到的世界？是肉眼无法触及的宇宙吗？所以作者真的是在啃硬骨头，

但他很少做得很好。这本书应该能够被像我这样具有基本中学物理概念的读者阅读。虽然带有“理想主义”色彩的人择论和带有科幻色彩的平行宇宙理论让我感到惊讶，

那个超弦理论对我来说很难理解，但总的来说我还是理解理论物理从诞生到现在的过程，书中量子物理领域的每一个突破都会让我的大脑兴奋不已。正如副标题所说，这是一部量子物理学的“史”，不是教科书，

它讲的是一门科学的历史，因为它不是“历史”而是“历史”，所以作者可以玩一些，叙述也不需要过于严谨，这样的角度让作者这么说“难言之物” 似乎还挺得心应手的。

上帝会掷骰子吗？ ——量子物理学史的阅读体验

人类自从有了思想，就一直在追寻一个问题，那就是：我们生活在一个什么样的世界里？世界的本质是什么？人类文明在这一领域的探索和思考从未停止过。这是一个漫长的过程。在这个过程中，我们不断地做出假设，倡导各种宗教。我们总是试图给自己一个解释和解释。然而，大多数假设和天马行空的幻想最终都像水泡一样破灭，直到三百多年前，一种叫做“科学”的东西诞生了，它成为人类探索真理的最明亮的火炬。

这本书谈到了一个重要的科学分支——物理学中的“量子物理学”。这个名字很高，很精致，很犀利，很冷漠，给我们普通人一种高高在上、遥不可及的感觉。似乎只有世界上最聪明的头脑才有资格去触摸它，但读了这本书后，用我自己的话来说，所谓的“量子物理学”就是探索世界、宇宙的本质和规律，而万物都不是很老，只有100岁左右，但它的发展和克服却是如此之快，与我们息息相关！它的突破和成功，将直接影响我们解开世界的奥秘，惠及万千学科，惠及我们生活的方方面面，甚至可能回答每个人面临生老病死最想知道的问题：我们从哪里来，又往哪里去？

书中说：“量子理论是一个极其复杂难解的谜题。她就像一个神秘的女孩。我们每天都能见到她，却猜不透她的内心世界。今天，我们的现代文明，从计算机到激光，从核能到生物技术，几乎没有不依赖于量子理论的领域。”

这本书的作者虽然尽量用最简单易懂的语言来告诉我们这个高级别的话题，但毕竟不是一本小说。它涉及到许多不熟悉的术语和概念，这也导致了阅读的进步。很难，这么说吧，这本书的内容难免会很抽象，绝对没有书柜那么“欢乐”，也不会太单薄。之所以咬牙读下去，是为了能够写出更生动、通俗、直观、通俗易懂的阅读体验，至少，我是这样努力的，让任何喜欢的朋友有基本的经验可以理解“量子物理学”和这本书告诉我们的精髓。

★太幸福了！

读过书的人都知道，学校教授的大部分科目都是基于所谓的“科学”。科学在我们的世界里才出现了三百年。为什么我们应该学习科学而不是学习？宗教呢？因为科学是当今探索我们周围事物的最可靠、最不废话的方法和知识，为什么？你现在看看你生活中的各种事物，这些是科学给你和我们所有人探索它的回报。

科学不等于真理，但目前公认科学是寻找真理的最有效方式。

人类通过科学探索科学和世界的步伐很快。做这种事情的人需要足够聪明的大脑，我们称他们为“科学家”！而牛顿是我们最熟悉的科学家。

牛顿的伟大之处不仅仅是弄清楚从树上掉下来的苹果和我们在中学时学到的定律。他是先驱。你可以理解，他提倡“科学观念”。当我们到达人类文明的主流时，人们开始意识到“科学”是我们探索和改造世界的最重要工具，远离那些不靠谱的假设、神鬼和八卦。

他开创了“经典物理学”的先河。后来，无数科学家毫不犹豫地沿着他指出的道路前进。像画家一样，几笔似乎勾勒出世界的真实面目。一万个聪明的脑袋齐声说道：“是啊！世界应该是这样的！可靠！”而其他后来者要做的，就是在他画的草图上不断的加工和上色！多么和谐的景象！

继任者——著名科学家麦克斯韦在1856年、1861年和1865年发表了三篇关于电磁理论的论文。这是一项开创性的工作，彻底建立了牛顿力学大厦上的又一巨人。结构，其辉煌不亚于前者。

至此，“科学”画作就差不多完成了！每一位当代科学家都期待看到这一辉煌的完成！

书上说：“人们或许终于可以相信，上帝创造的奥秘已经被他们完全掌握了，没有遗漏任何东西。从时间上看，我们或许确实有权这样的骄傲，因为我们所知道的几乎所有的物理现象都可以从现成的理论中解释出来。力、热、光、电、磁……一切都在人的控制之下，而且都用同样的方法。人开始有倾向于认为物理学已经结束，所有问题都可以通过这个集成系统解决，并且不会再有真正令人兴奋的发现。一位著名科学家说：“物理学的未来只会关注小数点后六位“。普朗克的导师甚至建议他不要浪费时间研究这个高度成熟的系统。”

当时的物理基本上就是今天大部分普通人都能理解的物理。当时的世界基本上就是我们今天所理解的世界。我们相信我们看到的世界和理论是无可挑剔的。然而，随着我们的探索，我们发现我们所持有的真理千疮百孔，背叛了我们，就像你娶了一个儿媳妇……渐渐地我们发现她不是一个人，而是一个灵魂，你可能会问：“有没有这么可怕！？”，我只能告诉你，比这还可怕一万倍……

是的，当时的科学家们太幸福了……

★两朵乌云

时间刚刚进入 20 世纪，1900 年 4 月 27 日，76 岁的开尔文爵士发表了著名的两朵乌云演讲：“动力学理论断言热和光都是运动方式。但是现在这个理论的美丽和清晰被两朵乌云遮住了......”

具体来说，这两朵乌云是当时物理学中的两个难题：“分别是指经典物理学在光以太理论和麦克斯韦-玻尔兹曼能量均衡理论中遇到的问题。一些，指的是人们的困境。在迈克尔逊-莫雷实验和黑体辐射研究中。”

看不懂没关系，我也看不懂，但我知道作者想表达的意思——这两片乌云差点毁掉所建造的世界之后的倾盆大雨由无数受人尊敬的科学前辈描绘的真相。

第一朵乌云最终导致了相对论革命的爆发。第二朵乌云最终导致了量子理论革命的爆发。

什么概念？可想而知，一对恩爱夫妻，被无数人羡慕和视作标准的配对，现实版的不朽配对。然而，有一天，妻子不小心在丈夫的口袋里发现了一个莫名其妙的东西，她并没有在意。但下意识的，她也探查到了这个物体的来历，随着她不断深入……她发现，她的丈夫……不是有情妇，而是他的丈夫不是人，有死了很多年，后来，她发现他的丈夫是人类，而她自己也是一个超自然的存在……惊悚？一百多年来，我们的物质世界来得如此可怕，关键词——颠覆你的认知！而上面提到的“两朵乌云”，其实就是我们刚才提到的妻子发现的“小物件”。没错，就是一条线索，开启了一个让所有人颠覆三观的世界。

★不连续性

我们刚才提到的第二个乌云叫做黑体辐射研究。著名科学家普朗克孜孜不倦地研究这个问题，发现在微观世界（即非常非常小，用显微镜看不到的世界），他老人提出了量子的概念。第一次，没错，就是我们这本书的主角——量子。

“普朗克称它为“Energieelement”，但不久之后，在另一篇论文中，他将其改为“Elementarquantum”，英文为quantum。这个词来自拉丁文quantus的本义是“多少”和“量”。量子是能量的最小单位，是一分钱的能量。所有的能量传输都只能在这个单位内进行。”

很快，普朗克发现了第一个颠覆我们常识的问题——量子不连续性，这是什么意思？ A点和B点由一条直线相连，这条直线上有一个C点，中学老师告诉我们，从A点到B点必须经过C点，对吧？但是在量子微观世界里，普朗克告诉你，他不经过C点，它瞬移……（原著：量子理论告诉我们，“无限除法”这个概念是一个数学理想，不可能实现在现实中，一切都是不连续的，一幅美丽的延续蓝图，也许只是我们的一种想象。量子就像一个高超的魔术师，在舞台的一端微笑着挥舞着帽子，眨眼间又出现在了另一端舞台的一侧。而且它绝不会穿过舞台的中心！）

传送……让我想起了龙珠孙悟空的传送……但这不是漫画，这是科学家告诉你的！你可能想说，我不在乎他是谁。当他胡说八道时，我不相信他。是的，他也不相信自己。

1900 年 12 月 14 日，是 Quantum 的生日。量子幽灵从普朗克方程中出现，开始在欧洲上空游荡。有人开玩笑说，普朗克就像童话里的渔夫。他亲自从密封瓶中放出恶魔，自己却被这恶魔吓得半死。

★不确定性

一旦我们进入了量子世界，就好像进入了荒诞超自然的世界，我们的常识是不合理的，但我们自己却“害怕尿尿”，来吧，我们即将进入破坏之心。

这就是本书的主题：“上帝会掷骰子吗？”这句话是什么意思？

这源于两位科学家之间的著名对话： 爱因斯坦：玻尔，亲爱的上帝不掷骰子！玻尔：爱因斯坦，不要告诉上帝该做什么！

这句话的意思是，玻尔认为，电子在轨道之间的跃迁似乎是不可预测的，是一个自发的随机过程。至少在理论上，没有办法计算出电子的具体跃迁条件。爱因斯坦摇摇头，认为任何物理过程都是确定性和可预测的。

让我通过类比来描述他们的论点。爱因斯坦说：1+1必须等于2，玻尔说：不，1+1有时等于2，有时等于3，至于什么时候等于2，什么时候等于3，就看老头子的意思了上帝。

这是什么概念？在量子世界中，没有因果关系！没有更多的逻辑推论！这很可能颠覆科学本身！

我们对爱因斯坦非常熟悉，但我们中的许多人对玻尔不是很熟悉。从上面的对话中，我们觉得这是一个伟大的科学家和一个宗教狂人的对话，这简直是不合理！然而，这样想是错误的。玻尔也是一位伟大的科学家。后来，多次量子纠缠实验证明贝尔不等式不成立。玻尔是对的，爱因斯坦是错的。 （这是科学界非常有名的事件，在我的《智能时代》里也提到过）

书上说：爱因斯坦的上帝死了。

这个实验的结果远不能证明一个伟人是错的，它给了所有物理学家一个不争的事实和一个艰难的选择：

1、要么否认我们的宇宙世界是局域化的，也就是推翻爱因斯坦狭义相对论坚定地提出的：宇宙中没有任何事物可以超过光速。可能很多人觉得跟这个有关系？超越不止于诵经，越快越好！ ……清白的！比光速还快意味着我们可以逆转时空！扭曲时间，我们可以同时在两个地方，甚至改变人类的生存模式，带来了一系列可怕的问题。

2、要么否认我们的宇宙世界是真实的，也就是说有一个独立于我们观察的外部世界，而我们的世界也不是客观存在的世界，这就有点虚幻了。

到现在为止，所有的科学家都面临着二选一的困境，他们必须做出选择！而我们这些吃瓜群众，也应该尽量相信上述命题中至少有一个是正确的。

书中指出：“在概率解释、不确定性原理和互补性原理这三个核心原理中，前两个在经典世界中破坏（严格）因果关系，互补性原理和不确定性原理共同作用破坏了（绝对） ”

★波函数崩溃

如果我们觉得上面的内容很离谱，那么，真正破坏三观的东西来了！

物理学中著名的“波粒大战”，你可以把他想象成一群物理学家分成两派，只是这东西是“波”还是“粒子”互相撕裂，从牛顿和胡克开始继续撕！是不是很无聊？不，这并不无聊，因为如果我们不能解释光到底是什么，我们感知世界的屋顶永远不会被封顶，这是一个原则问题，就像一群人在争论一个重要的人是男性还是男性不是Girl，这是小事吗？最终，爱因斯坦拍摄并证明了光的波粒二象性，即光既是波又是粒子，并因此获得诺贝尔物理学奖。

好的，光是波粒二象性，那么电子（即微小粒子）呢？这涉及到著名的电子双缝干涉实验，该实验被评为史上最令人头皮发麻的物理实验。它揭示了一个难以想象的客观情况——当人们不观察电子通过狭缝的过程时，电子变成了波的投射，而当人们通过仪器通过狭缝观察电子时，电子突然“学会表现”并投射到粒子！

这是什么意思！ ? Electron就像个孩子，你不看他就调皮，你看他就突然乖乖听话了！ ?几乎可以推断，不看月亮就散了，看月亮就变成月亮了！

书上说：“事实似乎是这样的，当我们闭上眼睛不看这个电子时，它并不是一个真正的电子。它根据波函数像幽灵一样向四周辐射，虚幻，没有实体，而是以概率波的形式漂浮在空间中，随着时间的演化，这个概率波严格按照薛定谔波动方程的指示，乖乖确定地，以经典的方式发展。这一次，与其说是一个电子，不如说是一个幽灵，一个烂摊子，一幅浸透水的水彩画，一团概率的云，爱丽丝梦中柴郡猫那难以捉摸的微笑。不管你怎么称呼它，它都不是实体，它以一种像波浪一样波动的概率方式传播，可以干涉和叠加，用ψ精确描述。但是当你睁开眼睛时，奇妙的事情发生了！所有的幻影，所有的幽灵都消失了。电子发出的波函数瞬间崩塌再次出现一个真正的粒子，随机出现在某个地方。除了这个地方，所有的概率波，所有的可能性都消失了。化为微风的怪物重新凝聚成骨灵，死死的死在了一个地方。电子回到现实世界，成为我们熟悉的经典粒子。”

这种现象在物理学上被称为“波函数坍缩”，即世界在我们观察时看起来一样，在我们不观察时看起来也一样。这不是科幻电影，不是童话，电子也不聪明不调皮。孩子们，这就是铁正正物理实验的事实！这时，我们可以站直了，说，我们知道我们这个世界上的一切吗？现在不是清楚知道多少的问题，而是现在的问题是我们的认知世界和逻辑世界已经被颠覆了。我们对世界的认识不是不足，而是完全错误！

王阳明在《传记·学记?2》中也有名言：“未见此花，此花与你无言；见此花，此花色一会儿清楚……”如果王阳明懂量子论，他大概会说：“你不观察这朵花，这朵花实际上并不存在，根据波函数它是无声的；当你观察这朵花，这朵花的波函数崩塌，一时间它的颜色变得清晰。现实……” 测量是理性的，测量是不合理的。

继续推导，更神奇的是……

著名的薛定谔猫实验假说：一只猫被密封在一个密室里，里面有食物和毒药。毒瓶有一个锤子，由一个电子开关控制，该开关由放射性原子控制。如果原子核衰变，释放出α粒子，触发电子开关，锤子落下，砸烂毒瓶，释放出里面的氰化物气体，猫就会死去。如果我们不揭开密室的盖子，根据我们日常生活中的经验，我们可以假设这只猫不是死了就是活了。这是它的两个本征态。但是，如果我们用薛定谔方程来描述薛定谔猫，我们只能说它处于活的和不活动的叠加状态。我们只有在掀开盖子的那一刻才能确定猫是死是活。这时，猫的波函数立即从叠加态收缩到本征态。量子理论说，如果我们不掀开盖子观察，我们永远不会知道猫是死是活，它永远处于半死不活的叠加状态。量子力学告诉我们，有一个中间状态，猫既不死也不活，直到观察到会发生什么。问题是，在我们打开盒子之前猫处于什么状态？唯一的可能性似乎是它与我们的原子处于相同的叠加状态，猫被困在一个死/活的混合体中。

什么意思？它是基于我们上面提到的通过观察改变物质状态的理论。当我们不观察猫的时候，里面的东西是混乱的。这只猫处于生死叠加的状态。我们正常的思维怎么能接受呢？这种可笑的事情怎么办？难怪当代著名物理学家史蒂芬·霍金说：“我一听说薛定谔的猫，就跑去拿枪。”

问题又来了，那只猫也是生命，它也会观察。科学家认为观察是没有用的，只有我们人类才能有目的地观察！因为我们人类是有意识的！

原文：“意识！在物理学中出现这个词真是难以想象。如果它来自诺贝尔物理学奖获得者，那会不会令人眼花缭乱？世界真的改变了吗？是吗？奇怪，为什么机器有叠加测量，人类就能得到确定的结果？难道人类意识的参与是波函数坍缩的原因？只有“实现”电子的随机选择结果，才真正成为现实，并从波函数中浮现到世界中。只要没有被“实现”，波函数就一直处于不确定状态，只是从一个不断向最后一个测量仪器移动的地方？”

这意味着：我们的主观意识可以控制客观世界！天哪，这是科学还是宗教？ ?

原文：“疯狂？非理性？胡说八道？难以置信？也许每个人都感受到了这种震撼。自然科学，最骄傲的贵族，宇宙万物的立法者，不知疲倦的终极奥秘探索者，这位始终声称做最客观、最严谨、最细致、最不能容忍主观意识的人，现在居然想把人类的意识，或者说，灵魂，放在宇宙的中心！人离开了宇宙的中心，现在又以不同的形式回来了？这足以让每个科学家感到羞愧。”

更多激动人心的理论推理即将推出！这就是著名的平行宇宙理论：

让我们重温经典的双缝困境：电子是通过左侧的狭缝还是右侧的狭缝？根据哥本哈根解释，当我们不观察时，它的波函数呈现出两种可能的线性叠加。一旦观察到，一侧有一个峰，波函数“塌缩”，随机选择通过左侧或右侧的狭缝。量子世界的随机性在坍缩中得到了最好的体现。让我们鼓起勇气哭泣：是的！即使经过观察，电子仍然处于左/右叠加状态，但我们的世界本身就是这种叠加的一部分！当电子通过双缝时，不仅是电子，我们整个世界都处于叠加态！也就是说，当电子通过双缝时，会出现两个叠加的世界，其中一个世界电子通过左边的狭缝，另一个世界电子通过右边的狭缝Sew ！

回到薛定谔的猫，也就是当小猫被锁在里面的时候，我们的宇宙被分成了两个，一个小猫活着的宇宙，一个小猫死的宇宙……也就是说，每一次我们做出选择和可能，就会分离出许多其他的宇宙，而分离出来的世界会继续繁衍下去……

说到这里，我已经泪流满面了……

如果你觉得不够，我们不使用猫，而是直接使用人来做实验，这就是著名的“量子自杀”，也就是有人用枪扣动扳机，有99.99999自杀概率%，但没关系，平行宇宙告诉你，死亡的情况对这个人没有意义。他将永远生活在一个允许他生存的概率很小的平行宇宙中（枪卡）。也就是说，每个人都长生不老。在他活着的世界里，永远不会死去……

In fact, it is a very, very unlikely event that we came into this world, "Let's take this as an example, if you are a male, you will definitely find such an "interesting" fact: your father has a son, Your grandfather has a son, your great-grandfather has a son... It can be traced all the way back to any n-generation ancestors, no matter the history of glaciers, floods, beasts, wars, hunger and poverty, they can not only survive, but also continue to have children and always have sons. This is a very special A small probability (if you are a woman, you can push the road to your parents' house). But if you say with emotion that your existence is a "miracle" that has not been seen in a hundred years, it is very ridiculous. Obviously, you can feel the preconditions It's your existence itself! In fact, if you "objectively" speak, the probability of a family having a son for n generations is extremely small, but for you and me, it is "must", with a probability of 100%! The same is true , Some people feel that the universe is exquisite, and the probability of its generation is so low, but according to the anthropic principle, in order to ensure the premise of "we exist", the universe must be like this! In quantum suicide, as long as you always exist, then for you the gun It must be 100% not fired!"

Quantum physics, which can be called the highest peak of human intelligence climbing, finally came to the above conclusion (except for the parallel universe is speculation, everything else is fact), I think most of them are like me, their own three views and goosebumps The pimple fell to the ground. In fact, if you think about it carefully, our common sense and rationality are waiting to be overturned. A question I often wondered when I was a child: How big is the universe? If it has a limit, what is beyond the limit? How can our minds imagine the existence of infinite space if it has no boundaries? And how old is the universe? What state was it before it was "born"? If there is no universe, what kind of empty state would it be?

We are waiting, waiting for this group of physicists to finally get the key to unlocking the nature of everything in the universe-the legendary omnipotent theory, which can use the same equation to describe all phenomena in the universe, in In all fields, it has achieved direct and effective rule. For the first time in history, it is possible for us to achieve complete unity in a substantial sense, bringing all the powers into one, thus ushering in a truly majestic age of empires.

As Hawking said in "A Brief History of Time": "On the basis of cautious optimism, I still believe that we may be nearing the end of the search for the ultimate laws of nature."