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上帝掷骰子吗

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[摘要] -HighlightLoc.5-6|Addedon星期日,九月11,2011,10:52下午今天当我们再谈论起牛顿的时代,心中更多的已经只是对那段光辉岁月的怀旧和祭奠;而相对论和量子论却仍然深深地影响和困扰着我们至今,就像两颗青涩的橄榄,嚼得

  - Highlight Loc. 5-6 | Added on 星期日, 九月 11, 2011, 10:52 下午

  今天当我们再谈论起牛顿的时代,心中更多的已经只是对那段光辉岁月的怀旧和祭奠;而相对论和量子论却仍然深深地影响和困扰着我们至今,就像两颗青涩的橄榄,嚼得越久,反而更加滋味无穷。

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  - Highlight Loc. 6-12 | Added on 星期日, 九月 11, 2011, 10:53 下午

  我在这里先要给大家讲的是量子论的故事。这个故事更像一个传奇,由一个不起眼的线索开始,曲径通幽,渐渐地落英缤纷,乱花迷眼。正在没个头绪处,突然间峰回路转,天地开阔,如河出伏流,一泄汪洋。然而还未来得及一览美景,转眼又大起大落,误入白云深 处不知归路……量子力学的发展史是物理学上最激动人心的篇章之一,我们会看到物理大 厦在狂风暴雨下轰然坍塌,却又在熊熊烈焰中得到了洗礼和重生。我们会看到最革命的思 潮席卷大地,带来了让人惊骇的电闪雷鸣,同时却又展现出震撼人心的美丽。我们会看到科学如何在荆棘和沼泽中艰难地走来,却更加坚定了对胜利的信念。

  开始看这段,感觉作者夸大其辞,回头来看,这种描绘一点儿也不为过。==========

  - Highlight Loc. 16-19 | Added on 星期日, 九月 11, 2011, 10:54 下午

  现代文明的繁盛是理性的胜利,而量子论无疑是理性的最高成就之一。但是它被赋予的力量太过强大,以致有史以来第一次,我们的理性在胜利中同时 埋下了能够毁灭它自身的种子。以致量子论的奠基人之一玻尔(Niels Bohr)都要说:“ 如果谁不为量子论而感到困惑,那他就是没有理解量子论。”

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  - Highlight Loc. 55-56 | Added on 星期一, 九月 12, 2011, 06:07 上午

  麦克斯韦惊人的预言得到了证实: 原来电磁波一点都不神秘,我们平时见到的光就是电磁波的一种,只不过它的频率限定在 某一个范围内,而能够为我们所见到罢了。

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  - Highlight Loc. 302-4 | Added on 星期一, 九月 12, 2011, 02:20 下午

  著名的麦氏方程组刚一问世,就被世人惊为天物。它所表现出的深刻、对称、优美使 得每一个科学家都陶醉在其中,玻尔兹曼(Ludwig Boltzmann)情不自禁地引用歌德的诗 句说:“难道是上帝写的这些吗?”一直到今天,麦氏方程组仍然被公认为科学美的典范

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  - Highlight Loc. 305-6 | Added on 星期一, 九月 12, 2011, 02:20 下午

  许多伟大的科学家都为 它的魅力折服,并受它深深的影响,有着对于科学美的坚定信仰,甚至认为:对于一个科 学理论来说,简洁优美要比实验数据的准确来得更为重要。

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  - Highlight Loc. 503-6 | Added on 星期一, 九月 12, 2011, 08:55 下午

  在普朗克看来,维恩公式体现出来的这种物体的内在规律——和物体本身性质无关的绝对 规律——代表了某种客观的永恒不变的东西。它独立于人和物质世界而存在,不受外部世 界的影响,是科学追求的最崇高的目标。普朗克的这种偏爱正是经典物理学的一种传统和风格,对绝对严格规律的一种崇尚。这种古典而保守的思想经过了牛顿、拉普拉斯和麦克斯韦,带着黄金时代的全部贵族气息,深深渗透在普朗克的骨子里面。

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  - Highlight Loc. 530-34 | Added on 星期一, 九月 12, 2011, 08:58 下午

  普朗克再一次地注视他的公式,它究竟代表了一个什么样的物理意义呢?他发现自己处在 一个相当尴尬的地位,知其然,但不知其所以然。普朗克就像一个倒霉的考生,事先瞥了 一眼参考书,但是答辩的时候却发现自己只记得那个结论,而完全不知道如何去证明和阐 述它。实验的结果是确凿的,它毫不含糊地证明了理论的正确性,但是这个理论究竟为什 么正确,它建立在什么样的基础上,它究竟说明了什么?却没有一个人可以回答。

  应该相信,行得通的算式都是有其现实意义的。数学是一门抽象学科,正是由于其高度抽象,才具备叹为观止的表意功能。先进行数学推算,然后再推演背后的秘密。==========

  - Highlight Loc. 569 | Added on 星期一, 九月 12, 2011, 09:01 下午

  “必须假定,能量在发射和吸收的时候,不是连续不断,而是分成一份一份的。”

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  - Highlight Loc. 572-83 | Added on 星期一, 九月 12, 2011, 09:03 下午

  好,回到我们的故事中来。能量不是连续不断的,这有什么了不起呢? 很了不起。因为它和有史以来一切物理学家的观念截然相反(可能某些伪科学家除外,呵 呵)。自从伽利略和牛顿用数学规则驯服了大自然之后,一切自然的过程就都被当成是连 续不间断的。如果你的中学物理老师告诉你,一辆小车沿直线从A点行驶到B点,却不经过 两点中间的C点,你一定会觉得不可思议,甚至开始怀疑该教师是不是和校长有什么裙带 关系。自然的连续性是如此地不容置疑,以致几乎很少有人会去怀疑这一点。当预报说气 温将从20度上升到30度,你会毫不犹豫地判定,在这个过程中间气温将在某个时刻到达25 度,到达28度,到达29又1/2度,到达29又3/4度,到达29又9/10度……总之,一切在20度 到30度之间的值,无论有理的还是无理的,只要它在那段区间内,气温肯定会在某个时刻 ,精确地等于那个值。 对于能量来说,也是这样。当我们说,这个化学反应总共释放出了100焦耳的能量的时候 ,我们每个人都会潜意识地推断出,在反应期间,曾经有某个时刻,总体系释放的能量等 于50焦耳,等于32.233焦耳,等于3.14159……焦耳。总之,能量的释放是连续的,它总 可以在某个时刻达到范围内的任何可能的值。这个观念是如此直接地植入我们的内心深处 ,显得天经地义一般。 这种连续性,平滑性的假设,是微积分的根本基础。

  人们理解世界的方式原本就有很多想当然,”连续“和”无限“其实就是想当然的结果。事实情况可能会使人感到很惊讶。数必须是连续的?除了数学概念以外,世间是否真的可以实现严格均分为三等分的一个东西?一只蚂蚁是否认为魔比斯环是无限的?什么在外面的外面,里面的里面?==========

  - Highlight Loc. 586-90 | Added on 星期一, 九月 12, 2011, 09:05 下午

  普朗克的方程倔强地要求,能量必须只有有限个可能态,它不能是无限连续的。在发射的时候,它必须分成有限的一份份,必须有个最小的单位。这就像一个吝啬鬼无比心痛地付 帐,虽然他尽可能地试图一次少付点钱,但无论如何,他每次最少也得付上1个penny,因 为没有比这个更加小的单位了。这个付钱的过程,就是一个不连续的过程。我们无法找到 任何时刻,使得付帐者正好处于付了1.00001元这个状态,因为最小的单位就是0.01元, 付的帐只能这样“一份一份”地发出。

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  - Highlight Loc. 595-601 | Added on 星期一, 九月 12, 2011, 09:06 下午

  1900年12月14日,人们还在忙活着准备欢度圣诞节。这一天,普朗克在德国物理学会上发表了他的大胆假设。他宣读了那篇名留青史的《黑体光谱中的能量分布》的论文,其中改变历史的是这段话: 为了找出N个振子具有总能量Un的可能性,我们必须假设Un是不可连续分割的,它只能是 一些相同部件的有限总和…… (die Wahrscheinlichkeit zu finden, dass die N Resonatoren ingesamt Schwingungsenergie Un besitzen, Un nicht als eine unbeschr?nkt teilbare, sondern al seine ganzen Zahl von endlichen gleichen Teilen aufzufassen…) 这个基本部件,普朗克把它称作“能量子”(Energieelement),但随后很快,在另一篇论文里,他就改称为“量子”(Elementarquantum),英语就是quantum。这个字来自拉 丁文quantus,本来的意思就是“多少”,“量”。量子就是能量的最小单位,就是能量 里的一美分。一切能量的传输,都只能以这个量为单位来进行

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  - Highlight Loc. 604-5 | Added on 星期一, 九月 12, 2011, 09:07 下午

  它约等于6.55×10^-27尔格*秒,换算成焦耳,就是6.626×10^-34焦耳*秒。这个单位相当地小,也就是说量子非常地小,非常精细。因此由它们组成的能量自然也十分“细密”

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  - Highlight Loc. 607 | Added on 星期一, 九月 12, 2011, 09:07 下午

  “普朗克常数”,用h来表示。

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  - Highlight Loc. 607-14 | Added on 星期一, 九月 12, 2011, 09:09 下午

  请记住1900年12月14日这个日子,这一天就是量子力学的诞辰。量子的幽灵从普朗克的方程中脱胎出来,开始在欧洲上空游荡。几年以后,它将爆发出令人咋舌的力量,把一切旧 的体系彻底打破,并与联合起来的保守派们进行一场惊天动地的决斗。我们将在以后的章节里看到,这个幽灵是如此地具有革命性和毁坏性,以致于它所过之处,最富丽堂皇的宫 殿都在瞬间变成了断瓦残垣。物理学构筑起来的精密体系被毫不留情地砸成废铁,千百年 来亘古不变的公理被扔进垃圾箱中不得翻身。它所带来的震撼力和冲击力是如此地大,以 致于后来它的那些伟大的开创者们都惊吓不已,纷纷站到了它的对立面。当然,它也决不 仅仅是一个破坏者,它更是一个前所未有的建设者,科学史上最杰出的天才们参予了它成 长中的每一步,赋予了它华丽的性格和无可比拟的力量。人类理性最伟大的构建终将在它 的手中诞生。

  哇~~我生日那天!荣幸荣幸!==========

  - Highlight Loc. 629-35 | Added on 星期一, 九月 12, 2011, 09:11 下午

  这个故事便是有着世界性声名的“芝诺悖论”(之一),哲学家们曾经从各种角度多方面 地阐述过这个命题。这个命题令人困扰的地方,就在于它采用了一种无限分割空间的办法 ,使得我们无法跳过这个无限去谈问题。虽然从数学上,我们可以知道无限次相加可以限制在有限的值里面,但是数学从本质上只能告诉我们怎么做,而不能告诉我们能不能做到 。 但是,自从量子革命以来,学者们越来越多地认识到,空间不一定能够这样无限分割下去 。量子效应使得空间和时间的连续性丧失了,芝诺所连续无限次分割的假设并不能够成立 。这样一来,芝诺悖论便不攻自破了。量子论告诉我们,“无限分割”的概念是一种数学上的理想,而不可能在现实中实现。一切都是不连续的,连续性的美好蓝图,其实不过是 我们的一种想象。

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  - Highlight Loc. 638-45 | Added on 星期一, 九月 12, 2011, 09:12 下午

  我们再回过头来看看物理史上的伟大理论:牛顿的体系闪耀着神圣不可侵犯的光辉,从诞 生的那刻起便有着一种天上地下唯我独尊的气魄。麦克斯韦的方程组简洁深刻,倾倒众生 ,被誉为上帝谱写的诗歌。爱因斯坦的相对论虽然是平民出身,但骨子却继承着经典体系 的贵族优雅气质,它的光芒稍经发掘后便立即照亮了整个时代。这些理论,它们的成功都 是近乎压倒性的,天命所归,不可抗拒。而伟人们的个人天才和魅力,则更加为其抹上了 高贵而骄傲的色彩。但量子论却不同,量子论的成长史,更像是一部艰难的探索史,其中 的每一步,都充满了陷阱、荆棘和迷雾。量子的诞生伴随着巨大的阵痛,它的命运注定了 将要起伏而多舛。量子论的思想是如此反叛和躁动,以至于它与生俱来地有着一种对抗权 贵的平民风格;而它显示出来的潜在力量又是如此地巨大而近乎无法控制,这一切都使得 所有的人都对它怀有深深的惧意。

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  - Highlight Loc. 652-54 | Added on 星期一, 九月 12, 2011, 09:13 下午

  有人戏称,普朗克就像是童话里的那个渔夫,他亲手把魔鬼从封印的瓶子里放了出来,自己却反而被这个 魔鬼吓了个半死。

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  - Highlight Loc. 671-75 | Added on 星期一, 九月 12, 2011, 09:15 下午

  而普朗克的保守态度也并不是偶然的。实在是量子的思想太惊人,太过于革命。从量子论 的成长历史来看,有着这样一个怪圈:科学巨人们参予了推动它的工作,却终于因为不能 接受它惊世骇俗的解释而纷纷站到了保守的一方去。在这个名单上,除了普朗克,更有闪 闪发光的瑞利、汤姆逊、爱因斯坦、德布罗意,乃至薛定谔。这些不仅是物理史上最伟大 的名字,好多更是量子论本身的开创者和关键人物。量子就在同它自身创建者的斗争中成 长起来,每一步都迈得艰难而痛苦不堪。

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  - Highlight Loc. 748-51 | Added on 星期一, 九月 12, 2011, 09:23 下午

  咄咄怪事。 对于可怜的物理学家们来说,万事总是不遂他们的愿。好不容易有了一个基本上完美的理 论,实验总是要搞出一些怪事来搅乱人们的好梦。这个该死的光电效应正是一个令人丧气 和扫兴的东西。高雅而尊贵的麦克斯韦理论在这个小泥塘前面大大地犯难,如何跨越过去 而不弄脏自己那华丽的衣裳,着实是一桩伤脑筋的事情。

  ”光电效应是指物质吸收光子并激发出自由电子的行为。“==========

  - Highlight Loc. 797-99 | Added on 星期一, 九月 12, 2011, 09:30 下午

  组成光的能量的这种最小的基本单位,爱因斯坦后来把它们叫做“光量子”(light quanta)。一直到了1926年,美国物理学家刘易斯(G.N.Lewis)才把它换成了今天常用 的名词,叫做“光子”(photon)。

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  - Highlight Loc. 814-19 | Added on 星期一, 九月 12, 2011, 09:32 下午

  爱因斯坦推导出的方程和我们的拍卖是一个意思: 1/2 mv^2=hν– P 1/2 mv^2是激发出电子的最大动能,也就是我们说的,能买到“多好”的货物。hν是单个量子的能量,也就是你总共有多少钱。P是激发出电子所需要的最小能量,也就是“入场费”。所以这个方程告诉我们的其实很简单:你能买到多好的货物取决于你的总资金减掉入场费用。 这里面关键的假设就是:光以量子的形式吸收能量,没有连续性,不能累积。一个量子激发出一个对应的电子。于是实验揭示出来的效应的瞬时性难题也迎刃而解:量子作用本来 就是瞬时作用,没有积累的说法。

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  - Highlight Loc. 836-46 | Added on 星期一, 九月 12, 2011, 09:35 下午

  1905年的爱因斯坦也是这样。在专利局里蜗居的他在这一年发表了6篇论文,3月18日,是 我们上面提到过的关于光电效应的文章,这成为了量子论的奠基石之一。4月30日,发表 了关于测量分子大小的论文,这为他赢得了博士学位。5月11日和后来的12月19日,两篇 关于布朗运动的论文,成了分子论的里程碑。6月30日,发表题为《论运动物体的电动力 学》的论文,这个不起眼的题目后来被加上了一个如雷贯耳的名称,叫做“狭义相对论” ,它的意义就不用我多说了。9月27日,关于物体惯性和能量的关系,这是狭义相对论的 进一步说明,并且在其中提出了著名的质能方程E=mc2。 单单这一年的工作,便至少配得上3个诺贝尔奖。相对论的意义是否是诺贝尔奖所能评价 的,还难说得很。而这一切也不过是在专利局的办公室里,一个人用纸和笔完成的而已。 的确很难想象,这样的奇迹还会不会再次发生,因为实在是太过于不可思议了。在科学高 度细化的今天,已经无法想象,一个人能够在如此短时间内作出如此巨大的贡献。100年 前的庞加莱已经被称为数学界的“最后一位全才”,而爱因斯坦的相对论,也可能是最后 一个富有个人英雄主义传奇色彩的理论了吧?这是我们的幸运,还是不幸呢?

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  - Highlight Loc. 971-73 | Added on 星期一, 九月 12, 2011, 09:48 下午

  卢瑟福的实验室被后人称为“诺贝尔奖得主的幼儿园”。他的头像出现在新西兰货币的最 大面值——100元上面,作为国家对他最崇高的敬意和纪念。

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  - Highlight Loc. 1045-47 | Added on 星期二, 九月 13, 2011, 03:39 上午

  如果现在电子在“三楼”,它的能量用W3表示,那么当这个电子突 发奇想,决定跳到“一楼”(能量W1)的期间,它便释放出了W3-W1的能量。我们要求大 家记住的那个公式再一次发挥作用,W3-W1=hν。所以这一举动的直接结果就是,一条频率为ν的谱线出现在该原子的光谱上。

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  - Highlight Loc. 1090-93 | Added on 星期二, 九月 13, 2011, 03:45 上午

  我们必须注意,这种能量的跃迁是一个量子化的行为,如果电子从E2跃迁到E1,这并不表示, 电子在这一过程中经历了E2和E1两个能量之间的任何状态。如果你还是觉得困惑,那表示 连续性的幽灵还在你的脑海中盘旋。事实上,量子像一个高超的魔术师,它在舞台的一端微笑着挥舞着帽子登场,转眼间便出现在舞台的另一边。而在任何时候,它也没有经过舞 台的中央部分!

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  - Highlight Loc. 1107-13 | Added on 星期二, 九月 13, 2011, 03:49 上午

  “不相容原理”。 但是,这一措施的确能够更好地帮助人们理解“化学社会”的一些基本行为准则。比如说 ,喜欢合群的电子们总是试图让一层楼的每个房间都住满房客。我们设想一座“钠大厦” ,在它的三楼,只有一位孤零零的房客住在3001房。而在相邻的“氯大厦”的三楼,则正 好只有一间空房没人入主(3122)。出于电子对热闹的向往,钠大厦的那位孤独者顺理成 章地决定搬迁到氯大厦中去填满那个空白的房间,而他也受到了那里房客们的热烈欢迎。 这一举动也促成了两座大厦的联谊,形成了一个“食盐社区”。而在某些高层大厦里,由 于空房间太多,没法找到足够的孤独者来填满一层楼,那么,即使仅仅填满一个侧翼(wing),电子们也表示满意。

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  - Highlight Loc. 1248-54 | Added on 星期二, 九月 13, 2011, 01:10 下午

  德布罗意想到了爱因斯坦和他的相对论。他开始这样地推论:根据爱因斯坦那著名的方程,如果电子有质量m,那么它一定有一个内禀的能量E=mc^2。好,让我们再次回忆那个我说过很 有用的量子基本方程,E=hν,也就是说,对应这个能量,电子一定会具有一个内禀的 频率。这个频率的计算很简单,因为mc^2=E=hν,所以ν=mc^2/h。 好。电子有一个内在频率。那么频率是什么呢?它是某种振动的周期。那么我们又得出结 论,电子内部有某些东西在振动。是什么东西在振动呢?德布罗意借助相对论,开始了他 的运算,结果发现……当电子以速度v0前进时,必定伴随着一个速度为c^2/v0的波…… 噢,你没有听错。电子在前进时,总是伴随着一个波。

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  - Highlight Loc. 1248-59 | Added on 星期二, 九月 13, 2011, 01:11 下午

  细心的读者可能要发出疑问,因为 他们发现这个波的速度c^2/v0将比光速还快上许多,但是这不是一个问题。德布罗意证明 ,这种波不能携带实际的能量和信息,因此并不违反相对论。爱因斯坦只是说,没有一种能量信号的传递能超过光速,对德布罗意的波,他是睁一只眼闭一只眼的。 德布罗意把这种波称为“相波”(phase wave),后人为了纪念他,也称其为“德布罗意波”。计算这个波的波长是容易的,就简单地把上面得出的速度除以它的频率,那么我们 就得到:λ=(c^2/v0 ) / ( mc^2/h)=h/mv0。这个叫做德布罗意波长公式。

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  - Highlight Loc. 1261-68 | Added on 星期二, 九月 13, 2011, 01:13 下午

  1923年,德布罗意在求出他的相波之前,正好是康普顿用光子说解释了 康普顿效应,从而带领微粒大举反攻后不久。倒霉的微粒不得不因此放弃了全面进攻,因 为它们突然发现,在电子这个大后方,居然出现了波动的奸细!而且怎么赶都赶不走。 电子居然是一个波!这未免让人感到太不可思议。可敬的普朗克绅士在这些前卫而反叛的 年轻人面前,只能摇头兴叹,连话都说不出来了。假如说当时全世界只有一个人支持德布罗意的话,他就是爱因斯坦。德布罗意的导师朗之万对自己弟子的大胆见解无可奈何,出 于挽救失足青年的良好愿望,他把论文交给爱因斯坦点评。谁料爱因斯坦马上予以了高度 评价,称德布罗意“揭开了大幕的一角”。整个物理学界在听到爱因斯坦的评论后大吃一 惊,这才开始全面关注德布罗意的工作。

  康普顿效应:光照射在自由带电粒子上,散射光发生波长改变的现象。在1920年前人们即已发现,用X射线照射物质,可以观察到散射的X 射线波长发生了改变。根据经典电磁理论,散射光波长是不会改变的1923年A.H.康普顿用光子与静止电子的弹性碰撞解释了散射光波长的改变,得出了波长移动的公式。他还测量了X 射线在石墨中散射后波长的改变,测量值与理论推测一致。于是人们称这个效应为康普顿效应。这与光电效应一起成为量子论的重要实验依据。

  http://www.chinabaike.com/article/baike/wli/2008/200801111128917.html==========

  - Highlight Loc. 1316-17 | Added on 星期二, 九月 13, 2011, 01:20 下午

  现在的问题,已经不再仅仅是光到底是粒子还是波,现在的问题,是电子到底是粒子还是波,你和我到底是粒子还是波,这整个物质世界到底是粒子还是波。

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  - Highlight Loc. 1353 | Added on 星期二, 九月 13, 2011, 01:24 下午

  饭后闲话:被误解的名言

  牛顿最为人熟知的一句名言是这样说的:“如果我看得更远的话,那是因为我站在巨人的 肩膀上”(If I have seen further it is by standing on ye shoulders of Giants) 。这句话通常被用来赞叹牛顿的谦逊,但是从历史上来看,这句话本身似乎没有任何可以 理解为谦逊的理由。

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  - Highlight Loc. 1359-68 | Added on 星期二, 九月 13, 2011, 01:25 下午

  牛顿说这话是在1676年给胡克的一封信中。当时他已经和胡克在光的问题上吵得昏天黑地 ,争论已经持续多年(可以参见我们的史话)。在这封信里,牛顿认为胡克把他(牛顿自 己)的能力看得太高了,然后就是这句著名的话:“如果我看得更远的话,那是因为我站 在巨人的肩膀上”。 这里面的意思无非两种:牛顿说的巨人如果指胡克的话,那是一次很明显的妥协:我没有 抄袭你的观念,我只不过在你工作的基础上继续发展——这才比你看得高那么一点点。牛顿想通过这种方式委婉地平息胡克的怒火,大家就此罢手。但如果要说大度或者谦逊,似乎很难谈得上。牛顿为此一生记恨胡克,哪怕几十年后,胡克早就墓木已拱,他还是不能 平心静气地提到这个名字,这句话最多是试图息事宁人的外交词令而已。另一种可能,巨 人不指胡克,那就更明显了:我的工作就算不完全是自己的,也是站在前辈巨人们的肩上 ——没你胡克的事。 更多的历史学家认为,这句话是一次恶意的挪揄和讽刺——胡克身材矮小,用“巨人”似 乎暗含不怀好意。

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  - Highlight Loc. 1413-14 | Added on 星期二, 九月 13, 2011, 01:31 下午

  这种思潮说,物理学的研究对象只应该是能够被观察到被实践到的事物 ,物理学只能够从这些东西出发,而不是建立在观察不到或者纯粹是推论的事物上。

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  - Highlight Loc. 1443-44 | Added on 星期三, 九月 14, 2011, 12:53 下午

  物理学,海森堡坚定地想,应当有一个坚固的基础。它只能够从一些直接可以被实验观察 和检验的东西出发,一个物理学家应当始终坚持严格的经验主义,而不是想象一些图像来 作为理论的基础。玻尔理论的毛病,就出在这上面。

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  - Highlight Loc. 1641-44 | Added on 星期三, 九月 14, 2011, 01:16 下午

  人们一再追问,这里面的物理意义是 什么?矩阵究竟是个什么东西?海森堡却始终护定他那让人沮丧的立场:所谓“意义”是不存在的,如果有的话,那数学就是一切“意义”所在。物理学是什么?就是从实验观测 量出发,并以庞大复杂的数学关系将它们联系起来的一门科学,如果说有什么图像能够让 人们容易理解和记忆的话,那也是靠不住的。

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  - Highlight Loc. 1655-59 | Added on 星期三, 九月 14, 2011, 01:18 下午

  在小狄拉克的童年里,音乐、文学、艺术显然都和他无缘,社交活动也几乎没有。这一切把狄拉克塑造成了一个沉默寡言,喜好孤独,淡泊名利,在许多人眼里显得geeky的人。有一个流传很广的关于狄拉克的笑话是这样说的:有一次狄拉克在某大学演讲,讲完后一个观众起来说:“ 狄拉克教授,我不明白你那个公式是如何推导出来的。”狄拉克看着他久久地不说话,主持人不得不提醒他,他还没有回答问题。 “回答什么问题?”狄拉克奇怪地说,“他刚刚说的是一个陈述句,不是一个疑问句。”

  这还真是典型的科学逻辑思维,一步也不会走错。

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  - Highlight Loc. 1685-89 | Added on 星期三, 九月 14, 2011, 01:22 下午

  但狄拉克是不想做这种苦力的,他轻易地透过海森堡的表格,把握住了这种代数的实质。不遵守交换率,这让我想起了什么?狄拉克的脑海里闪过一个名词,他以前在上某一门动力学 课的时候,似乎听说过一种运算,同样不符合乘法交换率。但他还不是十分确定,他甚至连那种运算的定义都给忘了。那天是星期天,所有的图书馆都关门了,这让狄拉克急得像 热锅上的蚂蚁。第二天一早,图书馆刚刚开门,他就冲了进去,果然,那正是他所要的东 西:它的名字叫做“泊松括号”。

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  - Highlight Loc. 1692-94 | Added on 星期三, 九月 14, 2011, 01:26 下午

  我们完全可以从经典的泊松括号出发,建立一种新的代数。这种代数同样不符合乘法 交换率,狄拉克把它称作“q数”(q表示“奇异”或者“量子”)。我们的动量、位置、 能量、时间等等概念,现在都要改造成这种q数。而原来那些老体系里的符合交换率的变 量,狄拉克把它们称作“c数”(c代表“普通”)。

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  - Highlight Loc. 1699-1704 | Added on 星期三, 九月 14, 2011, 01:27 下午

  狄拉克把论文寄给海森堡,海森堡热情地赞扬了他的成就,不过带给狄拉克一个糟糕的消息:他的结果已经在德国由波恩和约尔当作出了,是通过矩阵的方式得到的。想来狄拉克 一定为此感到很郁闷,因为显然他的法子更简洁明晰。随后狄拉克又出色地证明了新力学 和氢分子实验数据的吻合,他又一次郁闷了——泡利比他快了一点点,五天而已。哥廷根的这帮家伙,海森堡,波恩,约尔当,泡利,他们是大军团联合作战,而狄拉克在剑桥则是孤军奋斗,因为在英国懂得量子力学的人简直屈指可数。但是,虽然狄拉克慢了那么一 点,但每一次他的理论都显得更为简洁、优美、深刻。而且,上天很快会给他新的机会,

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  - Highlight Loc. 1769-76 | Added on 星期三, 九月 14, 2011, 01:35 下午

  不过1925年,来的却只有薛定谔一个人,安妮留在了苏黎世。当时他们的关系显然极为紧 张,不止一次地谈论着分手以及离婚的事宜。薛定谔写信给维也纳的一位“旧日的女朋友 ”,让她来阿罗萨陪伴自己。这位神秘女郎的身份始终是个谜题,二战后无论是科学史专 家还是八卦新闻记者,都曾经竭尽所能地去求证她的真面目,却都没有成功。薛定谔当时 的日记已经遗失了,而从留下的蛛丝马迹来看,她又不像任何一位已知的薛定谔的情人。 但有一件事是肯定的:这位神秘女郎极大地激发了薛定谔的灵感,使得他在接下来的12个 月里令人惊异地始终维持着一种极富创造力和洞察力的状态,并接连不断地发表了六篇关于量子力学的主要论文。薛定谔的同事在回忆的时候总是说,薛定谔的伟大工作是在他生命中一段情欲旺盛的时期做出的。从某种程度上来说,科学还要小小地感谢一下这位不知名的女郎。

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  - Highlight Loc. 1784 | Added on 星期三, 九月 14, 2011, 01:38 下午

  △ψ+[8(π^2)m/h^2] (E - V)ψ=0 这便是名震整部20世纪物理史的薛定谔波函数。

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  - Highlight Loc. 1872-74 | Added on 星期三, 九月 14, 2011, 01:45 下午

  最后,就像阿尔忒弥斯庙里的祭司所作出的神喻,它预言在这种联合统治下,物理学将会变得极为不同:更为奇妙,更为神秘,更为繁荣。 好一个精彩的预言。

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  - Highlight Loc. 1874-78 | Added on 星期三, 九月 14, 2011, 01:46 下午

  饭后闲话:薛定谔的女朋友 2001年11月,剧作家Matthew Wells的新作《薛定谔的女朋友》(Schrodinger’s Girfriend)在旧金山著名的Fort Mason Center首演。这出喜剧以1926年薛定谔在阿罗萨 那位神秘女友的陪伴下创立波动力学这一历史为背景,探讨了爱情、性,还有量子物理的 关系,受到了评论家的普遍好评。今年(2003年)初,这个剧本搬到东岸演出,同样受到 欢迎。近年来形成了一股以科学人物和科学史为题材的话剧创作风气,除了这出《薛定谔的女朋友》之外,恐怕更有名的就是那个东尼奖得主,Michael Frayn的《哥本哈根》了 。

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  - Highlight Loc. 1886-88 | Added on 星期三, 九月 14, 2011, 01:48 下午

  《薛定谔的女朋友》一剧中调笑说:“到底是波-粒子的二象性难一点呢,还是老 婆-情人的二象性更难?” 薛定谔,按照某种流行的说法,属于那种“多情种子”。他邀请别人来做他的助手,其实却是看上了他的老婆。

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  - Highlight Loc. 1894-98 | Added on 星期三, 九月 14, 2011, 01:49 下午

  最最叫人惊讶的是,这样一个薛定谔的婚姻后来却几乎得到了完美的结局。尽管经历了种种风浪,穿越重重险滩,他和安妮却最终白头到老,真正像在誓言中所说的那样:to have and to hold, in sickness and in health, till death parts us。在薛定谔生命的最后时期,两人早已达成了谅解,安妮说:“在过去41年里的喜怒哀乐把我们紧紧结合 在一起,这最后几年我们也不想分开了。”薛定谔临终时,安妮守在他的床前握住他的手 ,薛定谔说:“现在我又拥有了你,一切又都好起来了。”

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  - Highlight Loc. 1912-14 | Added on 星期三, 九月 14, 2011, 01:51 下午

  通常我们会以为,先有物理量的定义,然后才谈得上寻找它们的数学关系。比如我们懂得了力F,加速度a和质量m的概念,之后才会理 解F=ma的意义。但现代物理学的路子往往可能是相反的,比如物理学家很可能会先定义某个函数F,让F=ma,然后才去寻找F的物理意义,发现它原来是力的量度。薛定谔的ψ,

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  - Highlight Loc. 1966-70 | Added on 星期三, 九月 14, 2011, 01:56 下午

  薛定谔盯着波恩:“我们都相信科学的力量,在于它敢于直视一切事实,并毫不犹豫地去 面对它,检验它,把握它,不管它是什么。何况,就算是潘多拉盒子,我们至少也还拥有盒底那最宝贵的东西,难道你忘了吗?” “是的,那是希望。”波恩长出了一口气,“你说的对,不管是祸是福,我们至少还拥有 希望。只有存在争论,物理学才拥有未来。” “那么,你说这箱子里是……?”全场一片静默,人人都不敢出声。 波恩突然神秘地笑了:“我猜,这里面藏的是……” “……骰子

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  - Highlight Loc. 2007-12 | Added on 星期三, 九月 14, 2011, 09:38 下午

  是的,一切系统,哪怕骰子也一样。 告诉我骰子的大小,质量,质地,初速度,高度,角度,空气阻力,桌子的质地,摩擦系数,告诉我一切所需要的情报,那么,只要我拥有足够的运算能力,我可以毫不迟疑地预 先告诉你,这个骰子将会掷出几点来。 物理学统治整个宇宙,它的过去和未来,一切都尽在掌握。这已经成了物理学家心中深深的信仰。19世纪初,法国的大科学家拉普拉斯(Pierre Simon de Laplace)在用牛顿方 程计算出了行星轨道后,把它展示给拿破仑看。拿破仑问道:“在你的理论中,上帝在哪 儿呢?”拉普拉斯平静地回答:“陛下,我的理论不需要这个假设。”

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  - Highlight Loc. 2015-19 | Added on 星期三, 九月 14, 2011, 09:39 下午

  “我不需要上帝这个假设。”拉普拉斯站在拿破仑面前说。这可算科学最光荣最辉煌的时 刻之一了,它把无边的自豪和骄傲播撒到每一个科学家的心中。不仅不需要上帝,拉普拉斯想象,假如我们有一个妖精,一个大智者,或者任何拥有足够智慧的人物,假如他能够了解在某一刻,这个宇宙所有分子的运动情况的话,那么他就可以从正反两个方向推演, 从而得出宇宙在任意时刻的状态。对于这样的智者来说,没有什么过去和未来的分别,一 切都历历在目。宇宙从它出生的那一刹那开始,就坠入了一个预定的轨道,

  以此为基础的科幻小说层出不穷,短篇有刘慈欣的《镜子》长篇么,就是阿西莫夫的基地系列前面的部分。==========

  - Highlight Loc. 2022-31 | Added on 星期三, 九月 14, 2011, 09:41 下午

  是的,科学家知道过去;是的,科学家明白现在;是的,科学家了解未来。只要掌握了定 律,只要搜集足够多的情报,只要能够处理足够大的运算量,科学家就能如同上帝一般无 所不知。整个宇宙只不过是一台精密的机器,它的每个零件都按照定律一丝不苟地运行, 这种想法就是古典的,严格的决定论(determinism)。宇宙从出生的那一刹那起,就有 一个确定的命运。我们现在无法了解它,只是因为我们所知道的信息太少而已。 那么多的天才前仆后继,那么多的伟人呕心沥血,那么多在黑暗中的探索,挣扎,奋斗, 这才凝结成物理学在19世纪黄金时代的全部光荣。物理学家终于可以说,他们能够预测神 秘的宇宙了,因为他们找到了宇宙运行的奥秘。他们说这话时,带着一种神圣而不可侵犯 的情感,决不饶恕任何敢于轻视物理学力量的人。 可是,现在有人说,物理不能预测电子的行为,它只能找到电子出现的概率而已。无论如何,我们也没办法确定单个电子究竟会出现在什么地方,我们只能猜想,电子有90%的可 能出现在这里,10%的可能出现在那里。这难道不是对整个物理历史的挑衅,对物理学的光荣和尊严的一种侮辱吗? 我们不能确定?物理学的词典里是没有这个字眼的。

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  - Highlight Loc. 2036-46 | Added on 星期三, 九月 14, 2011, 09:42 下午

  然而波恩的解释不是这样,波恩的意思是,就算我们把电子的初始状态测量得精确无比, 就算我们拥有最强大的计算机可以计算一切环境对电子的影响,即便如此,我们也不能预言电子最后的准确位置。这种不确定不是因为我们的计算能力不足而引起的,它是深藏在 物理定律本身内部的一种属性。即使从理论上来说,我们也不能准确地预测大自然。这已经不是推翻某个理论的问题,这是对整个决定论系统的挑战,而决定论是那时整个科学的 基础。量子论挑战整个科学。 波恩在论文里写道:“……这里出现的是整个决定论的问题了。”(Hier erhebt sich der ganze Problematik des Determinismus.) 对于许多物理学家来说,这是一个不可原谅的假设。骰子?不确定?别开玩笑了。对于他 们中的好些人来说,物理学之所以那样迷人,那样富有魔力,正是因为它深刻,明晰,能够确定一切,扫清人们的一切疑惑,这才使他们义无反顾地投身到这一事业中去。现在, 物理学竟然有变成摇奖机器的危险,竟然要变成一个掷骰子来决定命运的赌徒,这怎么能 够容忍呢? 不确定? 一场史无前例的大争论即将展开,在争吵和辩论后面是激动,颤抖,绝望,泪水,伴随着 整个决定论在20世纪的悲壮谢幕。

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  - Highlight Loc. 2055-63 | Added on 星期三, 九月 14, 2011, 09:44 下午

  1986年,著名的流体力学权威,詹姆士·莱特希尔爵士(Sir James Lighthill,他 于1969年从狄拉克手里接过剑桥卢卡萨教授的席位,也就是牛顿曾担任过的那个)于皇家 学会纪念牛顿《原理》发表300周年的集会上发表了轰动一时的道歉: “现在我们都深深意识到,我们的前辈对牛顿力学的惊人成就是那样崇拜,这使他们把它总结成一种可预言的系统。而且说实话,我们在1960年以前也大都倾向于相信这个说法, 但现在我们知道这是错误的。我们以前曾经误导了公众,向他们宣传说满足牛顿运动定律 的系统是决定论的,但是这在1960年后已被证明不是真的。我们都愿意在此向公众表示道歉。” (We are all deeply conscious today that the enthusiasm of our forebears for the marvelous achievements of Newtonian mechanics led them to make generalizations in this area of predictability which, indeed, we may have generally tended to believe before 1960, but which we now recognize were false. We collectively wish to apologize for having misled the general educated public by spreading ideas about the determinism of systems satisfying Newton's laws of motion that, after 1960,were to be proved incorrect.)

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  - Highlight Loc. 2090-97 | Added on 星期三, 九月 14, 2011, 09:49 下午

  不过,我听见声音了,是微粒和波动在前面争论呢,咱们还是跟着这哥俩去看个究竟。它们为了模拟一个电子的历程,从某个阴极射线管 出发,现在,面前就是那著名的双缝了。 “嗨,微粒。”波动说道,“假如电子是个粒子的话,它下一步该怎样行动呢?眼前有两 条缝,它只能选择其中之一啊,如果它是个粒子,它不可能两条缝都通过吧?” “嗯,没错。”微粒说,“粒子就是一个小点,是不可分割的。我想,电子必定选择通过 了其中的某一条狭缝,然后投射到后面的光屏上,激发出一个小点。” “可是,”波动一针见血地说,“它怎能够按照干涉模式的概率来行动呢?比如说它从右 边那条缝过去了吧,当它打到屏幕前,它怎么能够知道,它应该有90%的机会出现到亮带区,10%的机会留给暗带区呢?要知道这个干涉条纹可是和两条狭缝之间的距离密切相关 啊,要是电子只通过了一条缝,它是如何得知两条缝之间的距离的呢?”

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  - Highlight Loc. 2123-24 | Added on 星期三, 九月 14, 2011, 09:52 下午

  波动突然咧嘴一笑:“不错,每次我们只能在一条缝上测量到电子。但是,你要知道,一 旦我们展开这种测量的时候,干涉条纹也就消失了……”

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  - Highlight Loc. 2173-76 | Added on 星期三, 九月 14, 2011, 09:58 下午

  “你不会真的相信,只有可观察的量才能有资格进入物理学吧?”爱因斯坦曾经这样问他 。 “为什么不呢?”海森堡吃惊地说,“你创立相对论时,不就是因为‘绝对时间’不可观察而放弃它的吗?” 爱因斯坦笑了:“好把戏不能玩两次啊。你要知道在原则上,试图仅仅靠可观察的量来建 立理论是不对的。事实恰恰相反:是理论决定了我们能够观察到的东西。”

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  - Highlight Loc. 2182-2214 | Added on 星期三, 九月 14, 2011, 10:04 下午

  理论决定了我们观察到的东西?理论说,p×q ≠ q×p,它决定了我们观察到的什么东西 呢? I×II什么意思?先搭乘I号线再转乘II号线。那么,p×q什么意思?p是动量,q是位置, 这不是说…… 似乎一道闪电划过夜空,海森堡的神志突然一片清澈空明。 p×q ≠ q×p,这不是说,先观测动量p,再观测位置q,这和先观测q再观测p,其结果是 不一样的吗? 等等,这说明了什么?假设我们有一个小球向前运动,那么在每一个时刻,它的动量和位 置不都是两个确定的变量吗?为什么仅仅是观测次序的不同,其结果就会产生不同呢?海 森堡的手心捏了一把汗,他知道这里藏着一个极为重大的秘密。这怎么可能呢?假如我们 要测量一个矩形的长和宽,那么先测量长还是先测量宽,这不是一回事吗? 除非…… 除非测量动量p这个动作本身,影响到了q的数值。反过来,测量q的动作也影响p的值。可 是,笑话,假如我同时测量p和q呢? 海森堡突然间像看见了神启,他豁然开朗。 p×q ≠ q×p,难道说,我们的方程想告诉我们,同时观测p和q是不可能的吗?理论不但 决定我们能够观察到的东西,它还决定哪些是我们观察不到的东西! 但是,我给搞糊涂了,不能同时观测p和q是什么意思?观测p影响q?观测q影响p?我们到 底在说些什么?如果我说,一个小球在时刻t,它的位置坐标是10米,速度是5米/秒,这 有什么问题吗? “有问题,大大地有问题。”海森堡拍手说。“你怎么能够知道在时刻t,某个小球的位 置是10米,速度是5米/秒呢?你靠什么知道呢?” “靠什么?这还用说吗?观察呀,测量呀。” “关键就在这里!测量!”海森堡敲着自己的脑壳说,“我现在全明白了,问题就出在测 量行为上面。一个矩形的长和宽都是定死的,你测量它的长的同时,其宽绝不会因此而改 变,反之亦然。再来说经典的小球,你怎么测量它的位置呢?你必须得看到它,或者用某 种仪器来探测它,不管怎样,你得用某种方法去接触它,不然你怎么知道它的位置呢?就拿‘看到’来说吧,你怎么能‘看到’一个小球的位置呢?总得有某个光子从光源出发, 撞到这个球身上,然后反弹到你的眼睛里吧?关键是,一个经典小球是个庞然大物,光子 撞到它就像蚂蚁撞到大象,对它的影响小得可以忽略不计,绝不会影响它的速度。正因为 如此,我们大可以测量了它的位置之后,再从容地测量它的速度,其误差微不足道。 “但是,我们现在在谈论电子!它是如此地小而轻,以致于光子对它的撞击决不能忽略不 计了。测量一个电子的位置?好,我们派遣一个光子去执行这个任务,它回来怎么报告呢 ?是的,我接触到了这个电子,但是它给我狠狠撞了一下后,飞到不知什么地方去了,它 现在的速度我可什么都说不上来。看,为了测量它的位置,我们剧烈地改变了它的速度, 也就是动量。我们没法同时既准确地知道一个电子的位置,同时又准确地了解它的动量。 ” 海森堡飞也似地跑回研究所,埋头一阵苦算,最后他得出了一个公式: △p×△q > h/2π △p和△q分别是测量p和测量q的误差,h是普朗克常数。海森堡发现,测量p和测量q的误 差,它们的乘积必定要大于某个常数。如果我们把p测量得非常精确,也就是说△p非常小 ,那么相应地,△q必定会变得非常大,也就是说我们关于q的知识就要变得非常模糊和不 确定。反过来,假如我们把位置q测得非常精确,p就变得摇摆不定,误差急剧增大。 假如我们把p测量得100%地准确,也就是说△p=0,那么△q就要变得无穷大。这就是说, 假如我们了解了一个电子动量p的全部信息,那么我们就同时失去了它位置q的所有信息, 我们一点都不知道,它究竟身在何方,不管我们怎么安排实验都没法做得更好。鱼与熊掌 不能得兼,要么我们精确地知道p而对q放手,要么我们精确地知道q而放弃对p的全部知识 ,要么我们折衷一下,同时获取一个比较模糊的p和比较模糊的q。 p和q就像一对前世冤家,它们人生不相见,动如参与商,处在一种有你无我的状态。不管 我们亲近哪个,都会同时急剧地疏远另一个。这种奇特的量被称为“共轭量”,我们以后会看到,这样的量还有许多。

  共轭量:微观世界的粒子有许多共轭量,比如位置和速度,时间和能量就是一对共轭量,人们能对一对共轭量之一进行测量,但不能同时测得另一个与之共轭的量,比如对位置进行测量的同时,破坏了对速度进行测量的可能性。共轭量满足“测不准原理”。

  http://baike.baidu.com/view/1897297.htm==========

  - Highlight Loc. 2252-54 | Added on 星期四, 九月 15, 2011, 04:22 上午

  “话不是这样说的。”海森堡若有所思地说,“这里的问题是理论限制了我们能够观测到的东西,而不是实验导致的误差。同时测量到准确的动量和位置在原则上都是不可能的, 不管科技多发达都一样。就像你永远造不出永动机,你也永远造不出可以同时探测到p和q 的显微镜来。不管今后我们创立了什么理论,它们都必须服从不确定性原理,

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  - Highlight Loc. 2334 | Added on 星期四, 九月 15, 2011, 04:33 上午

  兄弟阋于墙,也要外御其侮,哥本哈根派现在又团结得像一块坚石

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  - Highlight Loc. 2344-46 | Added on 星期四, 九月 15, 2011, 04:34 上午

  当遇到棘手的问题时,最好的办法还是问问咱们的偶像,无所不能的歇洛克·福尔 摩斯先生。他是这样说的:“我的方法,就建立在这样一种假设上面:当你把一切不可能 的结论都排除之后,那剩下的,不管多么离奇,也必然是事实。”

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  - Highlight Loc. 2361-66 | Added on 星期四, 九月 15, 2011, 04:37 上午

  “电子的‘真身’?或者换几个词,电子的原型?电子的本来面目?电子的终极理念?这些都是毫无意义的单词 ,对于我们来说,唯一知道的只是每次我们看到的电子是什么。我们看到电子呈现出粒子 性,又看到电子呈现出波动性,那么当然我们就假设它是粒子和波的混合体。我一点都不 关心电子‘本来’是什么,我觉得那是没有意义的。事实上我也不关心大自然‘本来’是 什么,我只关心我们能够‘观测’到大自然是什么。电子又是个粒子又是个波,但每次我 们观察它,它只展现出其中的一面,这里的关键是我们‘如何’观察它,而不是它‘究竟 ’是什么。”

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  - Highlight Loc. 2376-82 | Added on 星期四, 九月 15, 2011, 04:38 上午

  我们问:这匹马到底是什么颜色呢?你当然会说:白色啊。可是,也许你身边有个色盲,他会争辩说:不对 ,是红色!大家指的是同一匹马,它怎么可能又是白色又是红色呢?你当然要说,那个人 在感觉颜色上有缺陷,他说的不是马本来的颜色,可是,谁又知道你看到的就一定是正确 的颜色呢?假如世上有一半色盲,谁来分辨哪一半说的是“真相”呢?不说色盲,我们戴 上一副红色眼镜,这下看出去的马也变成了红色吧?它怎么刚刚是白色,现在是红色呢? 哦,因为你改变了观察方式,戴上了眼镜。那么哪一种方式看到的是真实呢?天晓得,庄周做梦变成了蝴蝶还是蝴蝶做梦变成了庄周?你戴上眼镜看到的是真实还是脱下眼镜看到 的是真实?

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  - Highlight Loc. 2382-86 | Added on 星期四, 九月 15, 2011, 04:39 上午

  我们的结论是,讨论哪个是“真实”毫无意义。我们唯一能说的,是在某种观察方式确定 的前提下,它呈现出什么样子来。我们可以说,在我们运用肉眼的观察方式下,马呈现出 白色。同样我们也可以说,在戴上眼镜的观察方式下,马呈现出红色。色盲也可以声称, 在他那种特殊构造的感光方式观察下,马是红色。至于马“本来”是什么色,完全没有意 义。甚至我们可以说,马“本来的颜色”是子虚乌有的。我们大多数人说马是白色,只不 过我们大多数人采用了一种类似的观察方式罢了,这并不指向一种终极真理。

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  - Highlight Loc. 2386-89 | Added on 星期四, 九月 15, 2011, 04:40 上午

  电子也是一样。电子是粒子还是波?那要看你怎么观察它。如果采用光电效应的观察方式 ,那么它无疑是个粒子;要是用双缝来观察,那么它无疑是个波。它本来到底是个粒子还 是波呢?又来了,没有什么“本来”,所有的属性都是同观察联系在一起的,让“本来” 见鬼去吧。

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  - Highlight Loc. 2403-7 | Added on 星期四, 九月 15, 2011, 04:43 上午

  >假使我们在某个狭缝上安装仪器,试图测出电子究竟通过了哪一边,注意,这是另一种完 全不同的观测方式!!!我们试图探测电子在通过狭缝时的实际位置,可是只有粒子才有 实际的位置。这实际上是我们施加的一种暗示,让电子早早地展现出粒子性。事实上,的 确只有一边的仪器将记录下它的踪影,但同时,干涉条纹也被消灭,因为波动性随着粒子 性的唤起而消失了。我们终于明白,电子如何表现,完全取决于我们如何观测它。

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  - Highlight Loc. 2412-19 | Added on 星期四, 九月 15, 2011, 04:44 上午

  好吧,现在我视力良好,也不戴任何装置,看到马是白色的。那么,它当真是白色的吗? 其实我说这话前,已经隐含了一个前提:“用人类正常的肉眼,在普通光线下看来,马呈 现出白色。”再技术化一点,人眼只能感受可见光,波长在400-760纳米左右,这些频段 的光混合在一起才形成我们印象中的白色。所以我们论断的前提就是,在400-760纳米的 光谱区感受马,它是白色的。 许多昆虫,比如蜜蜂,它的复眼所感受的光谱是大大不同的。蜜蜂看不见波长比黄光还长 的光,却对紫外线很敏感。在它看来,这匹马大概是一种蓝紫色,甚至它可能绘声绘色地 向你描绘一种难以想象的“紫外色”。现在你和蜜蜂吵起来了,你坚持这马是白色的,而 蜜蜂一口咬定是蓝紫色。你和蜜蜂谁对谁错呢?其实都对。

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  - Highlight Loc. 2427-30 | Added on 星期四, 九月 15, 2011, 04:45 上午

  想象有人 在纸上画了两横夹一竖,问你这是什么字。嗯,这是一个“工”字,但也可能是横过来的 “H”,在他没告诉你怎么看之前,这个问题是没有定论的。现在,你被告知:“这个图 案的看法应该是横过来看。”这下我们明确了:这是一个大写字母H。只有观测手段明确 之后,答案才有意义。

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  - Highlight Loc. 2435-37 | Added on 星期四, 九月 15, 2011, 04:47 上午

  在量子论中没有外部世界和我之分,我 们和客观世界天人合一,融和成为一体,我们和观测物互相影响,使得测量行为成为一种 难以把握的手段。在量子世界,一个电子并没有什么“客观动量”,我们能谈论的,

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  - Highlight Loc. 2446-60 | Added on 星期四, 九月 15, 2011, 04:50 上午

  如果不定义一个测量动量的方式,那么我们谈论电子动量就是没有意义的?这听上去似乎是一种唯心主义的说法。难道我们无法测量电子,它就没有动量了吗?让我们非常惊讶和尴尬的是,玻尔和海森堡两个人对此大点其头。一点也不错,假如一个物理概念是无法测量的,它就是没有意义的。我们要时时刻刻注意,在量子论中观测者是和外部宇宙结合在 一起的,它们之间现在已经没有明确的分界线,是一个整体。在经典理论中,我们脱离一 个绝对客观的外部世界而存在,我们也许不了解这个世界的某些因素,但这不影响其客观 性。可如今我们自己也已经融入这个世界了,对于这个物我合一的世界来说,任何东西都 应该是可以测量和感知的。只有可观测的量才是存在的! 卡尔·萨根(Karl Sagan)曾经举过一个很有意思的例子,虽然不是直接关于量子论的,但颇能说明问题。 “我的车库里有一条喷火的龙!”他这样声称。 “太稀罕了!”他的朋友连忙跑到车库中,但没有看见龙。“龙在哪里?” “哦,”萨根说,“我忘了说明,这是一条隐身的龙。” 朋友有些狐疑,不过他建议,可以撒一些粉末在地上,看看龙的爪印是不是会出现。但是 萨根又声称,这龙是飘在空中的。 “那既然这条龙在喷火,我们用红外线检测仪做一个热扫描?” “也不行。”萨根说,“隐形的火也没有温度。” “要么对这条龙喷漆让它现形?”——“这条龙是非物质的,滑不溜手,油漆无处可粘。 ” 反正没有一种物理方法可以检测到这条龙的存在。萨根最后问:“这样一条看不见摸不着 ,没有实体的,飘在空中喷着没有热度的火的龙,一条任何仪器都无法探测的龙,和‘根 本没有龙’之间又有什么差别呢?” 现在,玻尔和海森堡也以这种苛刻的怀疑主义态度去对待物理量。

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  - Highlight Loc. 2468-72 | Added on 星期四, 九月 15, 2011, 04:53 上午

  换言之,不存在一个客观的,绝对的世界。唯一存在的,就是我们能够观测到的世界。物 理学的全部意义,不在于它能够揭示出自然“是什么”,而在于它能够明确,关于自然我 们能“说什么”。没有一个脱离于观测而存在的绝对自然,只有我们和那些复杂的测量关 系,熙熙攘攘纵横交错,构成了这个令人心醉的宇宙的全部。测量是新物理学的核心,测 量行为创造了整个世界。

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  - Highlight Loc. 2484 | Added on 星期四, 九月 15, 2011, 04:54 上午

  “奥卡姆剃刀原理”(Occam's Razor)

  也就是所说的简单有效原则==========

  - Highlight Loc. 2486-87 | Added on 星期四, 九月 15, 2011, 04:55 上午

  剃刀原理是说,当两种说法都能解释相同的事实时,应该相信假设少的那个。

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  - Highlight Loc. 2486-90 | Added on 星期四, 九月 15, 2011, 04:56 上午

  剃刀原理是说,当两种说法都能解释相同的事实时,应该相信假设少的那个。比如,地球 “本来”是方的,但观测时显现出圆形。这和地球“本来就是圆的”说明的是同一件事。 但前者引入了一个莫名其妙的不必要的假设,所以前者是胡说。同样,“电子本来有准确 的p和q,但是观测时只有1个能显示”,这和“只存在具有p或者具有q的电子”说明的也 是同一回事,但前者多了一个假设,我们应当相信后者。“存在但观测不到”,这和“不存在”根本就是一码事。

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  - Highlight Loc. 2491-92 | Added on 星期四, 九月 15, 2011, 04:57 上午

  没有150亿光年外的宇宙(150亿光年这个距离称作“视界”),没有隔着1厘米四维尺度 观察我们的四维人,没有绝对的外部世界。

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  - Highlight Loc. 2535-47 | Added on 星期四, 九月 15, 2011, 05:05 上午

  物理学家们常常摆弄玄虚说:“电子无处不在,而又无处在 ”,指的就是这个意思。然而在那以后,当我们把一块感光屏放在它面前以测量它的位置 的时候,事情突然发生了变化!电子突然按照波函数的概率分布而随机地作出了一个选择 ,并以一个小点的形式出现在了某处。这时候,电子确定地存在于某点,自然这个点的概 率变成了100%,而别的地方的概率都变成了0。也就是说,它的波函数突然从空间中收缩 ,聚集到了这一个点上面,在这个点出现了强度为1的高峰。而其他地方的波函数都瞬间 降为0。 哦,上帝,发生了什么事?为什么电子的波函数在一刹那发生了这样的巨变?原本形态优 美,严格地符合薛定谔方程的波函数在一刹那轰然崩溃,变成了一个针尖般的小点。从数 学上来说,这两种状态显然是没法互相推导的。在我们观测电子以前,它实际上处在一种 叠加态,所有关于位置的可能性叠合在一起,弥漫到整个空间中去。但是,当我们真的去 “看”它的时候,电子便无法保持它这样优雅而面面俱到的行为方式了,它被迫作出选择 ,在无数种可能性中挑选一种,以一个确定的位置出现在我们面前。 波函数这种奇迹般的变化,在哥本哈根派的口中被称之为“坍缩”(collapse),每当我 们试图测量电子的位置,它那原本按照薛定谔方程演变的波函数ψ便立刻按照那个时候的 概率分布坍缩(我们记得ψ的平方就是概率),所有的可能全都在瞬间集中到某一点上。

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  - Highlight Loc. 2551-60 | Added on 星期四, 九月 15, 2011, 05:07 上午

  事实似乎是这样的,当我们闭上眼睛不去看这个电子,它就不是一个实实在在的电子。它 像一个幽灵一般按照波函数向四周散发开去,虚无飘渺,没有实体,而以概率波的形态漂 浮在空间中。随着时间的演化,这种概率波严格地按照薛定谔波动方程的指使,听话而确 定地按照经典方式发展。这个时候,与其说它是一个电子,不如说它是一个鬼魂,一团混 沌,一幅浸润开来的水彩画,一朵概率云,爱丽丝梦境中那难以捉摸的柴郡猫的笑容。不 管你怎么形容都好,反正它不是一个实体,它以概率的方式扩散开来,这种概率似波动一 般起伏,可以干涉和叠加,为ψ所精确描述。 但是,当你一睁开眼睛,奇妙的事情发生了!所有的幻影,所有的幽灵都消失了。电子那 散发开去的波函数在瞬间坍缩,它重新变成了一个实实在在的粒子,随机地出现在某处。 除了这个地方之外,一切的概率波,一切的可能性都消失了。化为一缕清风的妖怪重新凝 聚成为一个白骨精,被牢牢地摁死在一个地方。电子回到了现实世界里来,又成了大家所 熟悉的经典粒子。

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  - Highlight Loc. 2575-77 | Added on 星期四, 九月 15, 2011, 05:09 上午

  也许我们说“幽灵”太耸人听闻,严格地说,电子在没有 观测的时候什么也不是,谈论它是无意义的,只有数学可以描述——波函数!按照哥本哈 根解释,不观测的时候,根本没有个实在!自然也就没有实在的电子。事实上,不存在“ 电子”这个东西,只存在“我们与电子之间的观测关系”。

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  - Highlight Loc. 2625-28 | Added on 星期四, 九月 15, 2011, 05:14 上午

  第五届索尔维会议在 比利时布鲁塞尔召开。这一次,各路冤家对头终于聚首一堂,就量子论的问题作一个大决 战。从黄金年代走来的老人,在革命浪潮中成长起来的反叛青年,经典体系的庄严守护者 ,新时代的冒险家,这次终于都要作一个最终了断。世纪大辩论的序幕即将拉开

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  - Highlight Loc. 2661-63 | Added on 星期四, 九月 15, 2011, 05:19 上午

  到了1927年,这已经是第五届索尔维会议了,也 许,这也将是最著名的一次索尔维会议。 这次会议弥补了科莫的遗憾,爱因斯坦,薛定谔等人都如约而至。目前流传得最广的那张 “物理学全明星梦之队”的照片,就是这次会议的合影。

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  - Highlight Loc. 2705-10 | Added on 星期四, 九月 15, 2011, 05:23 上午

  爱因斯坦当然是不服气的,他如此虔诚地信仰因果律,以致决不能相信哥本哈根那种愤世 嫉俗的概率解释。玻尔回忆说,爱因斯坦有一次嘲弄般地问他,难道他真的相信上帝的力 量要依靠掷骰子(ob der liebe Gott würfelt)? 上帝不掷骰子!这已经不是爱因斯坦第一次说这话了。早在1926年写给波恩的信里,他就说:“量子力学令人印象深刻,但是一种内在的声音告诉我它并不是真实的。这个理论产 生了许多好的结果,可它并没有使我们更接近‘老头子’的奥秘。我毫无保留地相信,‘ 老头子’是不掷骰子的。” “老头子”是爱因斯坦对上帝的昵称。

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  - Highlight Loc. 2723-25 | Added on 星期四, 九月 15, 2011, 05:25 上午

  但是爱因斯坦不是那种容易被打败的人,他逆风而立,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。

  赞!==========

  - Highlight Loc. 2812-13 | Added on 星期四, 九月 15, 2011, 05:36 上午

  要是可能的话, 他大概真想来上这么一句: 因果性必须死,因为物理学需要生!

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  - Highlight Loc. 2839-43 | Added on 星期四, 九月 15, 2011, 05:39 上午

  战后在西方科学家中有一种对海森堡的普遍憎恶情绪。当海森堡后来访问洛斯 阿拉莫斯时,那里的科学家拒绝同其握手,因为他是“为希特勒制造原子弹的人”。这在 海森堡看来是天大的委屈,他不敢相信,那些“实际制造了原子弹的人”竟然拒绝与他握 手!也许在他心中,盟军的科学家比自己更加应该在道德上加以谴责。但显然在后者看来 ,只有为希特勒制造原子弹才是邪恶,如果以消灭希特勒和法西斯为目的而研究这种武器 ,那是非常正义和道德的。

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  - Highlight Loc. 2976-84 | Added on 星期四, 九月 15, 2011, 05:53 上午

  Michael Frayn着迷于Powers的说法,海森堡去到哥本哈根向玻尔求证盟军在这方面的进展 ,并试图达成协议,双方一起“破坏”这个可怕的计划。也就是说,任何一方的科学家都 不要积极投入到原子弹这个领域中去,这样大家扯平,人类也可以得救。这几乎是一幕可 遇而不可求的戏剧场景,种种复杂的环境和内心冲突交织在一起,纠缠成千千情结,组成 精彩的高潮段落。一方面海森堡有强烈的爱国热情和服从性,他无法拒绝为德国服务的命 令。但海森堡又挣扎于人类的责任感,感受到科学家的道德情怀。而且他又是那样生怕盟 军也造出原子弹,给祖国造成永远的伤痕。海森堡面对玻尔,那个伟大的老师玻尔,那个 他当作父亲一样看待的玻尔,曾经领导梦幻般哥本哈根派的玻尔,却也是“敌人”玻尔, 视德国为仇敌的玻尔,却又教人如何开口,如何遣词……少年的回忆,物理上的思索,敬爱的师长,现实的政治,祖国的感情,人类的道德责任,战争年代……这些融在一起会产 生怎样的语言和思绪?还有比这更杰出的戏剧题材吗?

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  - Highlight Loc. 2984-94 | Added on 星期四, 九月 15, 2011, 05:54 上午

  《哥本哈根》的第一幕中为海森堡安排了如此的台词: “玻尔,我必须知道(盟军的计划)!我是那个能够作出最后决定的人!如果盟军也在制 造炸弹,我正在为我的祖国作出怎样的选择?……要是一个人认为如果祖国做错了,他就 不应该爱她,那是错误的。德意志是生我养我的地方,是我长大成人的地方,她是我童年 时的一张张面孔,是我跌倒时把我扶起的那双双大手,是鼓起我的勇气支持我前进的那些 声音,是和我内心直接对话的那些灵魂。德国是我孀居的母亲和难缠的兄弟,德国是我的 妻子,是我的孩子,我必须知道我正在为她作出怎样的决定!是又一次的失败?又一场恶 梦,如同伴随我成长起来的那个一样的恶梦?玻尔,我在慕尼黑的童年结束在无政府和内 战中,我们的孩子们是不是要再一次挨饿,就像我们当年那样?他们是不是要像我那样, 在寒冷的冬夜里手脚并用地爬过敌人的封锁线,在黑暗的掩护下于雪地中匍匐前进,只是 为了给家里找来一些食物?他们是不是会像我17岁那年时,整个晚上守着惊恐的犯人,长 夜里不停地和他们说话,因为他们一早就要被处决?” 这样的残酷的两难,造成观众情感上的巨大冲击,展示整个复杂的人性。戏剧本质上便是 一连串的冲突,如此精彩的题材,已经注定了这是一出伟大的戏剧作品。

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  - Highlight Loc. 3020-22 | Added on 星期四, 九月 15, 2011, 05:58 上午

  这一次扎得哥本哈根派够疼的。他们不得不退一步以咽下这杯苦酒:是的 ,当我们没有观察的时候,那只猫的确是又死又活的。 不仅仅是猫,一切的一切,当我们不去观察的时候,都是处在不确定的叠加状态的,因为 世间万物也都是由服从不确定性原理的原子组成,所以一切都不能免俗。

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  - Highlight Loc. 3029-30 | Added on 星期四, 九月 15, 2011, 05:59 上午

  不过讲到这里,许多人大概都会自然而然地想起贝克莱(George Berkeley)主教的那句名言:“存在就是被感知”(拉丁文:Esse Est Percipi)。这句话要是稍微改一改讲成“存在就是被测量”,那就和哥本哈根派的意思差不离了。

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  - Highlight Loc. 3033-34 | Added on 星期四, 九月 15, 2011, 05:59 上午

  与贝克莱互相辉映的东方代表大概要算王阳明。他在《传习录·下》中也说过一句有名的话:“你未看此花时,此花与汝同归于寂;你来看此花时,则此花颜色一时明白起 来……”如果王阳明懂量子论,他多半会说:“你未观测此花时,此花并未实在地存在,

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  - Highlight Loc. 3059-65 | Added on 星期四, 九月 15, 2011, 06:02 上午

  半死半活的“薛定谔的猫”是科学史上著名的怪异形象之一,和它同列名人堂的也许还有 芝诺的那只永远追不上的乌龟,拉普拉斯的那位无所不知从而预言一切的老智者,麦克斯韦的那个机智地控制出入口,以致快慢分子逐渐分离,系统熵为之倒流的妖精,被相对论搞得头昏脑涨,分不清谁是哥哥谁是弟弟的那对双生子,等等等等。薛定谔的猫在大众中也十分受欢迎,常常出现在剧本,漫画和音乐中,虽然比不上同胞Garfield或者Tom,也 算是有点人气。有意思的是,它常常和“巴甫洛夫的狗”作为搭档一唱一和出现。它最长脸的一次大概是被“恐惧之泪”(Tears for Fears),这个在80年代红极一时的乐队作为 一首歌的标题演唱,虽然歌词是“薛定谔的猫死在了这个世界”。

  - 拉普拉斯想象,假如我们有一个妖精,一个大智者,或者任何 ... 多的情报,只要能够处理足够大的运算量,科学家就能如同上帝一般无所不知。-科学研究没有禁区,总是有人在寻找着热力学第二定律的反例,其中最著名的就是1871年物理学家麦克斯韦设计的一个头脑实验—麦克斯韦妖。他假设了一个密闭的容器,由一个没有摩擦力的隔板分成AB两部分,隔板上有个由妖魔控制的阀门。起初两侧温度相同,当高速分子由A向B运动或慢速分子由B向A运动时,妖魔就打开阀门令其通过,反之,当高速分子由B向A运动或慢速分子由A向B运动时,妖魔就关闭阀门。久而久之,高速分子都跑到了B区,慢速分子都跑到了A区,于是这个封闭系统的有序性大大增加,而熵就大大减少了。这只想象中的妖魔打破了“封闭系统的熵只能增加”的热力学第二定律,若它真的存在,那我们就可以利用温差对外做功了,科学界将这类违背热力学第二定律的热机称为“第二类永动机”。-双生子佯谬是一个有关狭义相对论的思想实验。内容是这样的:有一对双生兄弟,其中一个跨上一宇宙飞船作长程太空旅行,而另一个则留在地球。结果当旅行者回到地球后,我们发现他比他留在地球的兄弟更年青。这个结果是由狭义相对论所推测出的(移动时钟的时间膨胀现象),而且是能够透过实验来验证:我们能够探测到于大气层上层产生的μ介子。如果没有时间膨胀,那些μ介子在未到达地面之前就已经衰变了-著名的心理学家巴甫洛夫用狗做了这样一个实验:每次给狗送食物以前打开红灯、响起铃声。这样经过一段时间以后,铃声一响或红灯一亮,狗就开始分泌唾液。==========

  - Highlight Loc. 3115-24 | Added on 星期四, 九月 15, 2011, 06:08 上午

  冯诺伊曼敏锐地指出,我们用于测量目标的那些仪器本身也是由不确定的粒子所组成的, 它们自己也拥有自己的波函数。当我们用仪器去“观测”的时候,这只会把仪器本身也卷 入到这个模糊叠加态中间去。怎么说呢,假如我们想测量一个电子是通过了左边还是右边 的狭缝,我们用一台仪器去测量,并用指针摇摆的方向来报告这一结果。但是,令人哭笑 不得的是,因为这台仪器本身也有自己的波函数,如果我们不“观测”这台仪器本身,它 的波函数便也陷入一种模糊的叠加态中!诺伊曼的数学模型显示,当仪器测量电子后,电 子的波函数坍缩了不假,但左/右的叠加只是被转移到了仪器那里而已。现在是我们的仪 器处于指针指向左还是右的叠加状态了!假如我们再用仪器B去测量那台仪器A,好,现在 A的波函数又坍缩了,它的状态变成确定,可是B又陷入模糊不定中……总而言之,当我们 用仪器去测量仪器,这整个链条的最后一台仪器总是处在不确定状态中,这叫做“无限后 退”(infinite regression)。从另一个角度看,假如我们把用于测量的仪器也加入到 整个系统中去,这个大系统的波函数从未彻底坍缩过!

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  - Highlight Loc. 3144-51 | Added on 星期四, 九月 15, 2011, 06:11 上午

  当人们还在为薛定谔那只倒霉的猫而争论不休的时候,维格纳又出来捅了一个更大的马蜂窝,这就是所谓的“维格纳的朋友”。 “维格纳的朋友”是他所想象的某个熟人(我猜想其原型不是狄拉克就是冯诺伊曼!), 当薛定谔的猫在箱子里默默地等待命运的判决之时,这位朋友戴着一个防毒面具也同样呆 在箱子里观察这只猫。维格纳本人则退到房间外面不去观测箱子里到底发生了什么。现在 ,对于维格纳来说,他对房间里的情况一无所知,他是不是可以假定箱子里处于一个(活猫+高兴的朋友)AND(死猫+悲伤的朋友)的混合态呢?可是,当他事后询问那位朋友的 时候,后者肯定会否认这一种叠加状态。维格纳总结道,当朋友的意识被包含在整个系统 中的时候,叠加态就不适用了。即使他本人在门外,箱子里的波函数还是因为朋友的观测 而不断地被触动,因此只有活猫或者死猫两个纯态的可能。

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  - Highlight Loc. 3225-36 | Added on 星期四, 九月 15, 2011, 06:21 上午

  我们假设用最简单的编码 方法来加密《老人与海》这部作品,也就是对于每一个字母用相应的符号来替换。比如说A换成圆圈,B换成方块,C换成三角……等等。现在我们手上有一本充满了古怪符号的书 ,我问你:这还是《老人与海》吗?大部分人应该承认:还是。因为原书的信息并没有任何的损失,它的“组合模式”仍然原封不动地保留在那里,只不过在基础层面上换了一种 表达方式罢了,它完全可以再反编译回来。这本密码版《老人与海》完全等价于原本《老人与海》! 回到我们的问题上来:什么是意识?意识是组成脑的原子群的一种“组合模式”!我们脑 的物质基础和一块石头没什么不同,是由同样的碳原子、氢原子、氧原子……组成的。构成我们脑的电子和构成一块石头的电子完全相同,就算把它们相互调换,也不会造成我们 的脑袋变成一块石头的奇观。我们的意识,完全建筑在我们脑袋的结构模式之上!只要一 堆原子按照特定的方式排列起来,它就可以构成我们的意识,就像只要一堆字母按照特定 的方式排列起来,就可以构成《老人与海》一样。这里并不需要某个非物质的“灵魂”来附体,就如你不会相信,只有当“海明威之魂”附在一堆字母上才会使它变成《老人与海 》一样。单个脑细胞显然不能意识到任何东西,但是许多脑细胞按照特定的模式组合起来 ,“意识”就在组合中产生了。

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  - Highlight Loc. 3244-47 | Added on 星期四, 九月 15, 2011, 06:22 上午

  虽然令人欣慰的是, 有一个叫做“不可复制定理”(no cloning theorem,1982年Wootters,Zurek和Dieks提 出)的原则规定在传输量子态的同时一定会毁掉原来那个原本。换句话说,量子态只能cut + paste,不能copy + paste,这阻止了两个“你”的出现。但问题是,如果把你“毁 掉”,然后在另一个地方“重建”起来,你是否认为这还是“原来的你”?

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  - Highlight Loc. 3255-58 | Added on 星期四, 九月 15, 2011, 01:06 下午

  只要有某种复杂的系统可以包含我们“意识模式”的主要信息或者与其等价,显然 我们应该认为,意识并不一定要依赖于我们这个生物有机体的肉身而存在!假设我们大脑 的所有信息都被扫描而存入一台计算机中,这台计算机严格地按照物理定律来计算这些分 子对于各种刺激的反应而最终求出相应结果以作出回应,那么从理论上说,这台计算机的 行为完全等同于我们自身!我们是不是可以说,这台计算机实际上拥有了我们的“意识”

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  - Highlight Loc. 3281-82 | Added on 星期四, 九月 15, 2011, 01:08 下午

  你也许不相信这种说法,但你只要承认“意识”只是在物质基础上的一种排列模式,你便 很难否认我们说到的一些奇特性质。甚至连“意识是否可能在死后继续存在”这样的可怕 问题,我们的答案也应该是在原则上肯定的!这就好比问,《第九交响曲》在音乐会结束

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  - Highlight Loc. 3312 | Added on 星期四, 九月 15, 2011, 01:12 下午

  “延迟实验”(delayed choice experiment )。在前面的章节里,我们已经对电子的双缝干涉非常熟悉了

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  - Highlight Loc. 3331 | Added on 星期四, 九月 15, 2011, 01:16 下午

  在惠勒的构想提出5年后,马里兰大学的卡洛尔·阿雷(Carroll O Alley)和其同事当真做了一个延迟实验,其结果真的证明,我们何时选择光子的“模式”,这对于实验结果是无影响的(和玻尔预言的一样,和爱因斯坦的相反!),与此同时慕尼黑大学的一个小组 也作出了类似的结果。 这样稀奇古怪的事情说明了什么呢? 这说明,宇宙的历史,可以在它实际发生后才被决定究竟是怎样发生的!在薛定谔的猫实 验里,如果我们也能设计某种延迟实验,我们就能在实验结束后再来决定猫是死是活!比如说,原子在1点钟要么衰变毒死猫,要么就断开装置使猫存活。但如果有某个延迟装置能够让我们在2点钟来“延迟决定”原子衰变与否,我们就可以在2点钟这个“未来”去实际决定猫在1点钟的死活!

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  - Highlight Loc. 3337-46 | Added on 星期四, 九月 15, 2011, 01:18 下午

  这样一来,宇宙本身由一个有意识的观测者创造出来也不是什么不可能的事情。虽然宇宙的行为在道理上讲已经演化了几百亿年,但某种“延迟”使得它直到被一个高级生物所观 察才成为确定。我们的观测行为本身参予了宇宙的创造过程!这就是所谓的“参予性宇宙 ”模型(The Prticipatory Universe)。宇宙本身没有一个确定的答案,而其中的生物参予了这个谜题答案的构建本身! 这实际上是某种增强版的“人择原理”(anthropic principle)。人择原理是说,我们存在这个事实本身,决定了宇宙的某些性质为什么是这样的而不是那样的。也就是说,我 们讨论所有问题的前提是:事实上已经存在了一些像我们这样的智能生物来讨论这些问题 。我们回忆一下笛卡儿的“第一原理”:不管我怀疑什么也好,有一点我是不能怀疑的, 那就是“我在怀疑”本身。“我思故我在”!类似的原则也适用于人择原理:不管这个宇 宙有什么样的性质也好,它必须要使得智能生物可能存在于其中,不然就没有人来问“宇 宙为什么是这样的?”这个问题了。随便什么问题也好,你首先得保证有一个“人”来问问题,不然就没有意义了。

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  - Highlight Loc. 3351-56 | Added on 星期四, 九月 15, 2011, 01:20 下午

  我们问:为什么宇宙以这样一个速度膨胀?人择原理的回答是:宇宙必须以这样一个速度膨胀,不然就没有“你”来问这个问题了。因为只有以这样一个速度膨胀,生命和智慧才可能诞生,从而使问题的提出成为可能!显然不会有人问:“为什么宇宙以1米/秒的速度 膨胀?”因为以这个速度膨胀的宇宙是一团火球,不会有人在那里存在。 参予性宇宙是增强的人择原理,它不仅表明我们的存在影响了宇宙的性质,更甚,我们的存在创造了宇宙和它的历史本身!

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  - Highlight Loc. 3358-59 | Added on 星期四, 九月 15, 2011, 01:21 下午

  这似乎是一个 逻辑循环:我们选择了宇宙,宇宙又创造了我们。这件怪事叫做“自指”或者“自激活” (self-exciting),意识的存在反过来又创造了它自身的过去!

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  - Highlight Loc. 3436-44 | Added on 星期四, 九月 15, 2011, 01:30 下午

  如果波函数没有坍缩,则它必定保持线性叠加。电子必定是左/右的叠加,但在现实世界 中从未观测到这种现象。 有一个狂想可以解除这个可憎的诅咒,虽然它听上去真的很疯狂,但慌不择路,我们已经 是nothing to lose。失去的只是桎梏,但说不定赢得的是整个世界呢? 是的!电子即使在观测后仍然处在左/右的叠加,但是,我们的世界也只不过是叠加的一 部分!当电子穿过双缝后,处于叠加态的不仅仅是电子,还包括我们整个的世界!也就是说,当电子经过双缝后,出现了两个叠加在一起的世界,在其中的一个世界里电子穿过了 左边的狭缝,而在另一个里,电子则通过了右边! 波函数无需“坍缩”,去随机选择左还是右,事实上两种可能都发生了!只不过它表现为 整个世界的叠加:生活在一个世界中的人们发现在他们那里电子通过了左边的狭缝,而在另一个世界中,人们观察到的电子则在右边!量子过程造成了“两个世界”!这就是量子 论的“多世界解释”(Many Worlds Interpretation,简称MWI)。

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  - Highlight Loc. 3446-48 | Added on 星期四, 九月 15, 2011, 01:30 下午

  1930年11月9日,爱因斯坦在《纽约时报杂志》上发表了他著名的文章《论科学与 宗教》,他的那句名言至今仍然在我们耳边回响:“没有宗教的科学是跛足的,没有科学 的宗教是盲目的。”两天后,小埃弗莱特就在华盛顿出生了。

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  - Highlight Loc. 3479-82 | Added on 星期四, 九月 15, 2011, 08:53 下午

  严格地说,历史和将来一切可能发生的事情,都已经实际上发生了,或者将要发生。只不 过它们在另外一些宇宙里,和我们所在的这个没有任何物理接触。这些宇宙和我们的世界 互相平行,没有联系,根据奥卡姆剃刀原理,这些奇妙的宇宙对我们都是没有意义的。多世界理论有时也称为“平行宇宙”(Parallel Universes)理论,就是因为这个道理。

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  - Highlight Loc. 3517-27 | Added on 星期四, 九月 15, 2011, 08:59 下午

  现在让我们回到物理世界,我们如何去描述一个普通的粒子呢?在每一个时刻t,它应该 具有一个确定的位置坐标(q1, q2, q3),还具有一个确定的动量p。动量也就是速度乘 以质量,是一个矢量,在每个维度方向都有分量,所以要描述动量p还得用3个数字:p1, p2和p3,分别表示它在3个方向上的速度。总而言之,要完全描述一个物理质点在t时刻的 状态,我们一共要用到6个变量。而我们在前面已经看到了,这6个变量可以用6维空间中 的一个点来概括,所以用6维空间中的一个点,我们可以描述1个普通物理粒子的经典行为 。我们这个存心构造出来的高维空间就是系统的相空间。 假如一个系统由两个粒子组成,那么在每个时刻t这个系统则必须由12个变量来描述了。 但同样,我们可以用12维空间中的一个点来代替它。对于一些宏观物体,比如一只猫,它 所包含的粒子可就太多了,假设有n个吧,不过这不是一个本质问题,我们仍然可以用一 个6n维相空间中的质点来描述它。这样一来,一只猫在任意一段时期内的活动其实都可以 等价为6n空间中一个点的运动(假定组成猫的粒子数目不变)。我们这样做并不是吃饱了饭太闲的缘故,而是因为在数学上,描述一个点的运动,哪怕是6n维空间中的一个点,也 要比描述普通空间中的一只猫来得方便。

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  - Highlight Loc. 3531-34 | Added on 星期四, 九月 15, 2011, 09:00 下午

  具体的细节读者们可以不用理会,只要把握其中的精 髓:一个复杂系统的状态可以看成某种高维空间中的一个点或者一个矢量。比如一只活猫 ,它就对应于某个希尔伯特空间中的一个态矢量,如果采用狄拉克引入的符号,我们可以 把它用一个带尖角的括号来表示,写成:|活猫>。死猫可以类似地写成:|死猫>。

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  - Highlight Loc. 3560-70 | Added on 星期四, 九月 15, 2011, 09:05 下午

  为了各位容易理解,我们假想一种没有维度的“质点人”,它本身是一个小点,而且只能 在一个维度上做直线运动。这样一来,它所生活的整个“世界”,便是一条特定的直线, 对于这个质点人来说,它只能“感觉”到这条直线上的东西,而对别的一无所知。现在我 们回到最简单的二维平面。假设有一个矢量(1, 2),我们容易看出它在x轴上投影为1, y轴上投影为2。如果有两个“质点人”A和B,A生活在x轴上,B生活在y轴上,那么对于A 君来说,他对我们的矢量的所有“感觉”就是其在x轴上的那段长度为1的投影,而B君则 感觉到其在y轴上的长度为2的投影。因为A和B生活在不同的两个“世界”里,所以他们的 感觉是不一样的!但事实上,“真实的”矢量只有一个,它是A和B所感觉到的“叠加”! 我们的宇宙也是如此。“真实的,完全的”宇宙态矢量存在于一个非常高维的希尔伯特空 间中,但这个高维的空间却由许许多多低维的“世界”所构成(正如我们的三维空间可以 看成由许多二维平面构成一样),每个“世界”都只能感受到那个“真实”的矢量在其中的投影。因此在每个“世界”看来,宇宙都是不同的。但实际上,宇宙波函数是按照薛定谔方程演化的叠加态。

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  - Highlight Loc. 3604-8 | Added on 星期四, 九月 15, 2011, 09:12 下午

  p>但是,作为宇宙态矢量本身来说,它始终按照薛定谔方程演化。只有一个“宇宙”,但它 包含了多个“世界”。所谓的“坍缩”,只不过是投影在的某个世界里的“我们”因为身 在此山中而产生的幼稚想法罢了。最后要提醒大家的是,我们这里所说的空间、维度,都是指构造的希尔伯特空间,而非真实时空。事实上,所有的“世界”都发生在同一个时空 中(而不是在另一些维度中),只不过因为互相正交而无法彼此交流。

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  - Highlight Loc. 3693-3701 | Added on 星期四, 九月 15, 2011, 09:23 下午

  怎样表述一个命题才算是科学的?按照证伪派,它必须有可能被证明是错误的。比如“所 有的乌鸦都是黑的”,那么你只要找到一只不是黑色的乌鸦,就可以证明这个命题的错误 ,因此这个命题没有问题。相反,如果非要“证实”才接受这个论断的话,那可就困难了 ,而且实际上是不可能的!除非你把所有的乌鸦都抓来看过,但你又怎么能知道你已经抓 尽了天下所有的乌鸦呢? 对于科学理论来说,“证实”几乎也是不可能的。比如我们说“宇宙的规律是F=ma”,这 里说的是一种普遍性,而你如何去证实它呢?除非你观察遍了自古至今,宇宙每一个角落 的现象,发现无一例外,你才可以“证实”这一点。即使这样,你也无法保证在将来,这 条规律仍然起着作用。事实上,几乎没有什么科学理论是可以被“证实”的,只要它能够被证明为“错”但还未被证明“错”(按照波普尔,以一种积极面对证伪的态度),我们就暂时接受它为可靠的理论。自休谟以来人们已经承认,单靠有限的个例(哪怕再多)也不能构成证实的基础。

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  - Highlight Loc. 3748-50 | Added on 星期四, 九月 15, 2011, 09:40 下午

  同理,有人感慨宇宙的精巧,其产生的概率是如此低,但按照人择原理,宇宙必须如此!在量子自杀中,只要你始终存在,那么对你来说枪就必须100%地不发射!

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  - Highlight Loc. 3762-66 | Added on 星期五, 九月 16, 2011, 12:26 上午

  这就是从量子自杀思想实验推出的怪论,美其名曰“量子永生”(quantum immortality)。只要从主观视角来看,不但一个人永远无法完成自杀,事实上他一旦开始存在,就永远不会消失!总存在着一些量子效应,使得一个人不会衰老,而按照MWI,这些非常低的 概率总是对应于某个实际的世界!如果多宇宙理论是正确的,那么我们得到的推论是:一 旦一个“意识”开始存在,从它自身的角度来看,它就必定永生!(天哪,我们怎么又扯

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  - Highlight Loc. 3762-67 | Added on 星期五, 九月 16, 2011, 12:27 上午

  这就是从量子自杀思想实验推出的怪论,美其名曰“量子永生”(quantum immortality)。只要从主观视角来看,不但一个人永远无法完成自杀,事实上他一旦开始存在,就永 远不会消失!总存在着一些量子效应,使得一个人不会衰老,而按照MWI,这些非常低的 概率总是对应于某个实际的世界!如果多宇宙理论是正确的,那么我们得到的推论是:一 旦一个“意识”开始存在,从它自身的角度来看,它就必定永生!(天哪,我们怎么又扯 到了“意识”!) 这是最强版本的人择原理,也称为“最终人择原理”。

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  - Highlight Loc. 3779 | Added on 星期五, 九月 16, 2011, 12:28 上午

  闻道,夕死可矣”,但一般来说,闻了道,最好还是利用它做些什么来得更有意义。

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  - Highlight Loc. 3823-24 | Added on 星期五, 九月 16, 2011, 12:34 上午

  但是,接下来就让我们进入神奇的量子世界。一个bit是信息流中的最小单位,这看起来 正如一个量子!我们回忆一下走过的路上所见到的那些奇怪景象,量子论最叫人困惑的是

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  - Highlight Loc. 3830-37 | Added on 星期五, 九月 16, 2011, 12:35 上午

  假如我们的信息由一个个电子来传输,我们规定,当一个电子是“ 左旋”的时候,它代表了0,当它是“右旋”的时候,则代表1(通常我们会以“上”和“ 下”来表示自旋方向,不过可能有读者会对“上旋”感到困惑,我们换个称呼,这无所谓 )。现在问题来了,当我们的电子到达时,它是处于量子叠加态的。这岂不是说,它同时 代表了0和1? 这就对了,在我们的量子计算机里,一个bit不仅只有0或者1的可能性,它更可以表示一 个0和1的叠加!一个“比特”可以同时记录0和1,我们把它称作一个“量子比特”(qubi t)。假如我们的量子计算机读入了一个10bits的信息,所得到的就不仅仅是一个10位的 二进制数了,事实上,因为每个bit都处在0和1的叠加态,我们的计算机所处理的是2^10 个10位数的叠加! 换句话说,同样是读入10bits的信息,传统的计算机只能处理1个10位的二进制数,而如 果是量子计算机,则可以同时处理2^10个这样的数!

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  - Highlight Loc. 3853-56 | Added on 星期五, 九月 16, 2011, 12:37 上午

  德义奇证明,量子计算机无法实现超越算法的任务,也就是说,它无法比普通的图灵机做 得更多。从某种确定的意义上来说,量子计算机也是一种图灵机。但和传统的机器不同, 它的内态是不确定的,它同时可以执行多个指向下一阶段的操作。如果把传统的计算机称 为决定性的图灵机(Deterministic Turing Machine, DTM),量子计算机则是非决定性 的图灵机(NDTM)。德义奇同时证明,它将具有比传统的计算机大得多的效率。

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  - Highlight Loc. 3922-27 | Added on 星期五, 九月 16, 2011, 12:46 上午

  电子既在这里又在那里, 在实际观测之前并不像以前经典世界中我们不言而喻地假定的那样,有一个唯一确定的位 置。当一个光子从A点运动到B点,它并不具有经典力学所默认的一条确定的轨迹。相反, 它的轨迹是一团模糊,是所有可能的轨迹的总和!而且不单单是所有可能的空间轨迹,事 实上,它是全部空间以及全部时间的路径的总和!换句话说,光子从A到B,是一个过去、 现在、未来所有可能的路线的叠加。在此基础之上费因曼建立了他的“路径积分”(path integral)方法,用以计算量子体系在四维空间中的几率振幅。

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  - Highlight Loc. 4032 | Added on 星期五, 九月 16, 2011, 01:12 上午

  存在却绝对观测不到,这和不存在又有何分别呢?

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  - Highlight Loc. 4112-14 | Added on 星期五, 九月 16, 2011, 01:34 上午

  |Pxz-Pzy|≤1+Pxy 恭喜你,你已经证明了这个宇宙中最为神秘和深刻的定理之一。现在放在你眼前的,就是名垂千古的“贝尔不等式”。它被人称为“科学中最深刻的发现”,

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  - Highlight Loc. 4124-26 | Added on 星期五, 九月 16, 2011, 01:36 上午

  如果世界的本质是经典的,具体地说,如果我们的世界同时满足:1.定域的,也就是没有 超光速信号的传播。2.实在的,也就是说,存在着一个独立于我们观察的外部世界。那么 我们任意取3个方向观测A和B的自旋,它们所表现出来的协作程度必定要受限贝尔不等式 之内。也就是说,假如上帝是爱因斯坦所想象的那个不掷骰子的慈祥的“老头子”,那么

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  - Highlight Loc. 4124-28 | Added on 星期五, 九月 16, 2011, 01:36 上午

  如果世界的本质是经典的,具体地说,如果我们的世界同时满足:1.定域的,也就是没有 超光速信号的传播。2.实在的,也就是说,存在着一个独立于我们观察的外部世界。那么 我们任意取3个方向观测A和B的自旋,它们所表现出来的协作程度必定要受限贝尔不等式 之内。也就是说,假如上帝是爱因斯坦所想象的那个不掷骰子的慈祥的“老头子”,那么 贝尔不等式就是他给这个宇宙所定下的神圣的束缚。

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  - Highlight Loc. 4130-34 | Added on 星期五, 九月 16, 2011, 01:37 上午

  但是,量子论的预言就不同了!贝尔证明,在量子论中,只要我们把a和b之间的夹角θ取 得足够小,则贝尔不等式是可以被突破的!具体的证明需要用到略微复杂一点的物理和数 学知识,我在这里略过不谈了,但请诸位相信我,在一个量子主宰的世界里,A和B两粒子 在相隔非常遥远的情况下,在不同方向上仍然可以表现出很高的协作程度,以致于贝尔不 等式不成立。这在经典图景中是决不可能发生的。

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  - Highlight Loc. 4172-75 | Added on 星期五, 九月 16, 2011, 04:09 上午

  真的,也许只差那么小小的一步,我们就可以回到旧日的光辉中去了。那个从海森堡以来 失落已久的极乐世界,那个宇宙万物都严格而丝丝入扣地有序运转的伟大图景,叫怀旧的 人们痴痴想念的古典时代。真的,大概就差一步了,也许,很快我们就可以在管风琴的伴奏中吟唱弥尔顿那神圣而不朽的句子: 昔有乐土,岁月其徂。

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  - Highlight Loc. 4175-77 | Added on 星期五, 九月 16, 2011, 04:10 上午

  有子不忠,天赫斯怒。 彷徨放逐,维罪之故。 一人皈依,众人得赎。 今我来思,咏彼之复。 此心坚忍,无入邪途。 孽愆尽洗,重归正路。 瞻彼伊甸,崛起荒芜。

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  - Highlight Loc. 4265-67 | Added on 星期五, 九月 16, 2011, 04:21 上午

  我们似乎听到在遥远的天国,他和玻尔仍在重复那段经典的对白: 爱因斯坦:玻尔,亲爱的上帝不掷骰子! 玻尔:爱因斯坦,别去指挥上帝应该怎么做! 现在,就让我们狂妄一回,以一种尼采式的姿态来宣布: 爱因斯坦的上帝已经死了。

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