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锁定老帖子 主题：上帝掷骰子吗——量子物理史话(转载)
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| 作者 | 正文 |
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发表时间：2004-06-10
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页，25万字，当时真是不敢想象。这不是专业的科普，事实上，我更注重的是历史方面而不是科学方面，不过读者可以在其中获得一个基本的量子论的科学概念。我努力使它成为极通俗的读物，事实上，我仅仅假定读者具有初中的数学水平和一点点高中物理知识（如果你具有以上水平但仍看不懂某些内容，那一定是我写作的问题^_^）。即使是对数理完全不通，我也希望你可以从中得到一点启示。但不可避免地，运用日常化的语言会使一些描述显得牵强附会，不符合物理上的概念。所以再次强调，这不是专业的科普，如果想获得对量子论更好更准确的认识，各位还是参考一些专业书籍。上帝是数学家，唯一能够描述宇宙的语言是数学！我们的史话也非专业的科学史，它仅仅是供各位茶余饭后消遣的读物而已，如果有人竟然凭借这个系列而证明了某些“伟大理论”，那我可受宠若惊，担当不起。其实，我和各位一样是门外汉，只要各位能够和我共同分享一些由量子论带来的激动和惊奇，我便已经心满意足。 这个系列是本人业余时间在网上完成的，一来水平问题，二来毕竟业余时间有限，所以无疑存在为数众多的bugs。虽然我努力使描述符合历史与事实（一般来说，除了一些明显的虚构情节外，本文中的历史场景都是有依据的），但有些地方确实没能查阅更多的资料以进一步核实（比如我曾经想啃完那6本大块头的量子力学发展史，不过最终还是留下一些没看完）。我已经发现了一些错误之处，在将来的修订中会改正过来，也希望各位指出更多的地方。另外，由于写了很长时间，所以没有很好地规划，比如第4章只写了4节，而有些重要的方面却忘了描写，或者没法插进现有的叙事结构中去。比如玻色-爱因斯坦统计，斯特恩-格拉赫实验，量子加密术，等等。现在这个只是初稿，其中有些章节很罗嗦，有些地方枯燥无味，有些比喻莫名其妙，还有一些名词翻译的问题，以及一些东拼西凑的痕迹，修订的时候我会试图解决这些问题，并配上一些插图。 我有意使文字风格靠近同龄人的语境，也就是7，80年代的风格。这是一种取巧的办法，因为这些是网上的主要人口，不过我很高兴它带有一些网络特色。为了追求可读性，在不改变基本事实的前提下，我有的时候做了一点文字上的夸张（比如历史上的玻尔-爱因斯坦之争很可能没有我所描写得那样戏剧化），我为此表示抱歉，也希望这不会损害读者对我的信心。这篇文字主要还是在网上流行（因为有人辛苦转贴，所以它似乎流传很广），有些读者很希望它可以出版，也许修订后有人真的愿意出版它，不过由于本人的效率低下，这一天似乎还遥遥无期，呵呵。 关于本文任何的意见，比如知识错误，信息过时，文字风格，遗漏与补充，哲学观与讨论，都可以发信到castor_v_pollux@yahoo.com，我很乐意听取各位的意见，也算是网络文字的一种互动形式。 最后，把这篇文章送给那个女孩，以回赠她曾经送给我的那些可爱笑容。 CAPO 2004.5 主要参考资料： I. 书（中文名的是中译本，没有出版社的是网上版）： The Historical Development of Quantum Theory I-VI, Jagdish Mehra&Helmut Rechenberg, Springer 1982- 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 Quantum Theory, Keith Hannabuss, Oxford 1997 不错的量子力学教科书 Quantum Theory, David Bohm, Constable 1951 玻姆经典的量力教科书 The Strange Story of the Quantum, Banesh Hoffmann, Dover 1959 霍夫曼的经典量子科普，虽然年代久远，但对我们的史话借鉴颇多 100 Years of Planck’s Quantum, Ian Duck&E.C.G. Sundarshan, World Scientific 2000 量子百年回顾，收集了量子发展史上的经典论文 Beyond the Quantum, Michael Talbot, Bantam Books 1988 关于量子思想和发展史的评述 The Construction of Modern Science, R.S. Westfall, Cambridge 1977 介绍早期近代科学的发展，可以找到光学和力学的发展史 Never at Rest, R.S. Westfall, Cambridge 1980 牛顿的标准传记，着重参考他发展光学的历史 The Newton Handbook, Gerek Gjertsen, Routledge&Kegan Paul 1986 关于牛顿的细节琐事，可以找到有关他的名言的资料 The Man Who Knew Too Much, Stephen Inwood, MacMilan 2002 最新的胡克传记，参考了胡克的有关事迹 Thomas Young, Natural Philosopher, Alexander Wood, Cambridge 1954 杨的标准传记 Niels Bohr: Gentle Genius of Denmark, Spangenburg&Moser, Facts on File 1995 最新的玻尔传记 Niels Bohr: The Man, His Science & The World They Changed, Ruth Moore, Knopf 1966 老的玻尔标准传记，简洁精悍 Niels Bohr’s Times: in Physics, Philosophy and Polity, Abraham Pais, Oxford 1991 派斯的关于玻尔的书，在一些问题上有补充价值 Uncertainty: The Life and Science of Werner Heisenberg, David Cassidy, Freeman 1992 海森堡的标准传记，着重参考矩阵力学和不确定原理的创立过程 Niels Bohr: A Centenary Volume, French & Kennedy, Harvard 1985 关于玻尔的有关回忆和资料，哥本哈根研究所的故事 尼尔斯•玻尔哲学文选，戈革译 戈革先生是公认的玻尔专家，强烈推荐，可领略玻尔的博大思想 物理学与哲学, Heisenber, 范岱年译 网上的海森堡的译作，可参考关于哥本哈根解释 Schrodinger: Life and Thought, Walter Moore, Cambridge 1989 薛定谔的标准传记，着重参考波动力学的创立过程 Dirac: A Scientific Biography, Helge Kragh, Cambridge 1990 狄拉克的标准传记 爱因斯坦传，聂运伟 我手里反而没有爱因斯坦的合适资料，这个是网上流行的爱因斯坦传 In Search of Schrodinger’s Cat, John Gribbin, Wildwood House 1984 Gribbin的名著，一本量子力学极简史 Schrodinger’s Kittens and the Search for Reality, John Gribbin, Weidenfeld&Nicolson 1995 上一本的续作，介绍了一些新的发展 Copenhagen, Michael Frayn, Methuen 1998 《哥本哈根》一剧的剧本 Heisenberg and the Nazi Atomic Bomb Project, Paul Rose, UC Berkeley 1998 Hitler’s Uranium Club, Jeremy Bernstein, AIP 1996 以上两本是关于海森堡和德国原子弹计划的详尽历史分析 The Emperor’s New Mind, Roger Penrose, Oxford 1989 彭罗斯关于计算机人工智能和精神的名著。其中也讨论了量子论，量子引力等问题。 Speakable and Unspeakable in Quantum Mechanics, J.S. Bell, Cambridge 1987 贝尔的论文集 The Ghost in the Atom, P.Davis&J.Brown, Cambridge 1986 BBC在阿斯派克特实验后对于量子专家们的访谈记录 The Metaphysics of Quantum Theory, Henry Krips, Oxford 1987 量子论的形而上学讨论，有包括Stapp在内的主要不同见解者的介绍 The Philosophy of Quantum Mechanics, Richard Healey, Cambridge 1989 关于量子哲学的讨论 The Intepretation of Quantum Mechanics, Roland Omnès, Princeton 1994 Omnès的量子教科书，有各种量子解释的全面介绍和讨论，主要有退相干历史的说明 The Fabric of Reality, David Deutsch, Allen Lane 1997 德义奇的通俗著作，可找到量子计算机和多宇宙的详尽介绍 The Quark and the Jaguar, Murray Gell-Mann, Freeman 1994 盖尔曼的通俗作品，可以找到退相干历史的通俗解释 时间简史（A Brief History of Time）, S.Hawking，许明贤、吴忠超译 大家都熟悉的名作。可参考关于打赌的某些片断，以及一些量子引力问题 Black Holes and Time Warps, Kip Thorne, W.W.Norton 1994 主要讲黑洞问题，但可找到霍金打赌的一些片断 时间之箭（The Arrow of Time）, P.Coveney&R. Highfield 这个是的网上中译本，主要讲时间之矢的问题，有量子论的一般介绍 Superstrings, A Theory of Everything? P.Davis&J.Brown, Cambridge 1988 BBC对于超弦专家们的访谈记录 The Elegant Universe, Brian Greene, W.W. Norton 1999 畅销的介绍弦论的新科普书 20世纪物理学史, 魏凤文&申先甲, 江西教育出版社1994 不错的20世纪物理史简介，参考量子场论的发展 物理学思想史，杨仲耆&申先甲，湖南教育出版社1993 一本物理学通史 波普尔文集 网上有相当全的波普尔文集，可以参考他对于量子论的看法 II. 文章 D. Cassidy, Phys. Today July 2000, p28 有关海森堡1941年在哥本哈根同玻尔的会面 Max Tegmark, Fortschr. Phys. 46 p855 Tegmark宣传MWI的文章 Aspect et al, Phys. Rev. Lett. 49 p91 阿斯派克特的实验报告 A. Aspect, Nature 398 p189 阿斯派克特亲自写的关于贝尔不等式实验的简史 Anton Zeilinger, Nature 408 p639 Tegmark&Wheeler, Scientific American Feb 2001, p68 以上两篇是量子论百年的回顾和展望 Yurke&Stoler, Phys. Rev. Lett. 68, p1251 Jennewein et al, Phys. Rev. Lett. 88, 017903 Aerts et al, Found. Phys. 30, p1387 Rowe et al, Nature 409, p791 Z.Zhao et al, Phys. Rev. Lett. 90 207901 Hasegawa et al, oai:arXiv.org:quant-ph/0311121 Pittman&Franson, Physical Review 90 240401 一些关于贝尔不等式和量子通讯实验的报告 J.W.Pan et al, Nature 403 p515 潘建伟等人关于GHZ测试的报告 Ghirardi, Rimini&Weber, Phys. Rev. D34, 470 GRW模型 Wojciech H. Zurek, Rev. Mod. Phys. 75 p715 Wojciech H. Zurek, Phys. Today 44 p36 Zurek关于退相干理论的全面介绍 R.B. Griffiths, Phys. Lett. A 265 p12 退相干历史的介绍 Ghirardi, Phys.Lett. A265 p153 Bassi&Ghirardi, J.Statist.Phys. 98 p457 Bassi&Ghirardi, Phys.Lett. A257 p247 Ghirardi等人对于DH解释的质疑 Jim Giles, Nature 420, p354 科学家打赌的文章 III. 网页 许多参考过的网页不记得地址了，不过我一般尽量引用比较可靠的资料。以下是一些经常光顾的网页地址，可能有遗漏。 http://www.nbi.dk 玻尔研究所的官方网站 http://en.wikipedia.org/wiki/Main_Page 维基百科 http://arxiv.org/ 康奈尔大学的电子论文数据库 各大科学杂志的主页，比如http://www.nature.com，http://www.sciencemeg.org，http://www.aip.org/pt，http://www.sciam.com等等 http://www-gap.dcs.st-and.ac.uk/~history/index.html 圣安德鲁大学的科学家传记网页 http://www.nobel.se/ 诺贝尔奖电子博物馆 http://www.fortunecity.com/emachines/e11/86/qphil.html 量子哲学与物理实在 http://www.quantumphil.org/ 有关量子纠缠和量子哲学的网站 http://home.earthlink.net/~johnfblanton/physics/epr.htm EPR与物理实在 http://www-physics.lbl.gov/~stapp/stappfiles.html 斯塔普的网页，有各种关于量子论和量子意识的文章 http://www.hep.upenn.edu/~max/everett/ 埃弗莱特的网上传记 http://www.hedweb.com/everett/everett.htm 多世界解释FAQ http://superstringtheory.com/ 号称官方的超弦网站 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，巴尔末提出了氢原子光谱的经验公式 1887年，赫兹证实了麦克斯韦电磁理论，但他同时也发现了光电效应现象 1893年，黑体辐射的维恩公式被提出 1896年，贝克勒耳发现了放射性 1896年，发现了光谱的塞曼效应 1897年，J.J.汤姆逊发现了电子 1900年，普朗克提出了量子概念，以解决黑体问题 1905年，爱因斯坦提出了光量子的概念，解释了光电效应 1910年，α粒子散射实验 1911年，超导现象被发现 1913年，玻尔原子模型被提出 1915年，索末菲修改了玻尔模型，引入相对论，解释了塞曼效应和斯塔克效应 1918年，玻尔的对应原理成型 1922年，斯特恩-格拉赫实验 1923年，康普顿完成了X射线散射实验，光的粒子性被证实 1923年，德布罗意提出物质波的概念 1924年，玻色-爱因斯坦统计被提出 1925年，泡利提出不相容原理 1925年，戴维逊和革末证实了电子的波动性 1925年，海森堡创立了矩阵力学，量子力学被建立 1925年，狄拉克提出q数 1925年，乌仑贝克和古德施密特发现了电子自旋 1926年，薛定谔创立了波动力学 1926年，波动力学和矩阵力学被证明等价 1926年，费米-狄拉克统计 1927年，G.P.汤姆逊证实了电子的波动性 1927年，海森堡提出不确定性原理 1927年，波恩作出了波函数的概率解释 1927年，科莫会议和第五届索尔维会议召开，互补原理成型 1928年，狄拉克提出了相对论化的电子波动方程，量子电动力学走出第一步 1930年，第6届索尔维会议召开，爱因斯坦提出光箱实验 1932年，反电子被发现 1932年，查德威克发现中子 1935年，爱因斯坦提出EPR思维实验 1935年，薛定谔提出猫佯谬 1935年，汤川秀树预言了介子 1938年，超流现象被发现 1942年，费米建成第一个可控核反应堆 1942年，费因曼提出路径积分方法 1945年，第一颗原子弹爆炸 1947年，第一个晶体管 1948年，重正化理论成熟，量子电动力学被彻底建立 1952年，玻姆提出导波隐变量理论 1954年，杨-米尔斯规范场，后来发展出量子色动力学 1956年，李政道和杨振宁提出弱作用下宇称不守恒，不久被吴健雄用实验证实 1957年，埃弗莱特提出多世界解释 1960年，激光技术被发明 1963年，盖尔曼等提出夸克模型 1964年，贝尔提出贝尔不等式 1964年，CP对称性破缺被发现 1968年，维尼基亚诺模型建立，导致了弦论的出现 1970年，退相干理论被建立 1973年，弱电统一理论被建立 1973年，核磁共振技术被发明 1974年，大统一理论被提出 1975年，τ子被发现 1979年，惠勒提出延迟实验 1982年，阿斯派克特实验，定域隐变量理论被排除 1983年，Z0中间玻色子被发现，弱电统一理论被证实 1984年，第一次超弦革命 1984年，格里芬斯提出退相干历史解释，后被哈特尔等人发扬 1986年，GRW模型被提出 1993年，量子传输理论开始起步 1995年，顶夸克被发现 1995年，玻色-爱因斯坦凝聚在实验室被做出 1995年，第二次超弦革命开始 |
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发表时间：2004-06-21
天啊，武侠小说。
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发表时间：2004-06-22
robbin,能不能好事做到底，帮所有的文章都打成包下载啊，喜欢看，但是太长了，一次看不完。
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发表时间：2004-06-22
asdmonster 写道 robbin,能不能好事做到底，帮所有的文章都打成包下载啊，喜欢看，但是太长了，一次看不完。
你不能自己做吗？一定要我来做？ |
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发表时间：2004-06-23
哇塞!不炸眼看了四小时,看不动了,明天继续~
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发表时间：2004-06-25
不会吧,我才花了1个半小时,不过基本不懂.好象基本上是说量子理论有三种不同的描述方法,但量子理论背后的理论是什么呢?提到隐变量(其中提到了冯犯了一个错误),退相干??(这跟费曼提出的路径积分法有什么联系呢!?),人工选择,超弦;之后有人做了物理中不定域的现象的实验(其中提到了一个叫贝尔的人提出贝尔不等式),接着有人提出了超弦.量子理论好象最让人头痛的是理论定域性,还有一个什么忘了.卡卡,乱总结了一通.
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发表时间：2004-08-06
会不会以后出现超弦尺度下的另一种理论一举推翻整个量子理论体系，让我们重归经典抑或把我们带领到更为难堪的迷宫中？测不准是量子的重要基石，可是万一在更小尺度上他可以测得，那又如何呢？任何物理实验都有误差，量子理论虽然看上去很美，但毕竟我们的实验从来没有在足够小的尺度上进行过，可是万一有一天，在小尺度完全推翻了经典的量子理论，建立起更美丽的理论的时候，那时候说不定基本粒子都是一颗颗恒星，一颗颗行星，那时候或许我们会回来耻笑量子理论如同耻笑经典物理理论一样。历史好像已经证明，除非我们能够生活在更小尺度上，否则不可能证明量子理论是错误的；历史也证明，看起来牢不可破的理论终究有一天会全线溃败，历史在进行，时代在进步，真相永远只有一个，不过或许我们永远追求不到真正的真相吧。
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发表时间：2004-08-06
flytinge 写道 真相永远只有一个
这句话其实也可以归于理性的狂妄自大。我们又如何知道“真相只有一个”呢？我们曾经见到过真相吗？ |
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发表时间：2004-08-06
呵呵，按照量子理论，真相只是我们观测到的真相。即便有很多真相，我们也只能观测到一个，其他真相是没有意义的。
逻辑上N个真相可以归结为一个真相。无数的经验告诉我们，真相只有一个，就算有两种不同的正确理论，也可以归到一个视点更高的理论框架下面。或许量子论可以接纳广义相对论而衍生出更新的更为合理的一个理论呢。所以真相只有一个。就如同波粒之争被归结成量子论一样。当然这里的真相是我们主观意义上的真相，但是如此推演下去，真相就只能是一个，不能是两个三个，也不能没有真相。 说实话，我对量子论那种怪异的论调有点怀疑，当然不能怀疑量子论的实用性，这没有意义，人家几乎所有的实验都没有找出证据，连爱因斯坦也不行。。。但是又死又活的猫(状态叠加)、人择原理、平行世界、多历史，这些东西看起来都是如此的怪异不合常理。这些东西都从那个该死的“不确定性”上推导出来的。要是量子论在大尺度上再显得那么合理的话，恐怕我们真的会有量子自杀、平行世界等等，所幸的是只有广义相对论才显得合理。所以我们的世界才没有被破坏掉。但是这一切是不是我们个人主观的假相，谁也不知道。 |
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发表时间：2004-08-06
其实，正如处于史前文明的人无法对牛顿的力学理论举出反例一样，现阶段说量子论是不对这种话是疯狂的，没有意义的。
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