量子物理是青年看待世界的方式，敢于将目光投向未知

星辰大海，永不止步

1925年夏天，在荒芜、偏僻、北风肆虐的黑尔戈兰岛上，23 岁的德国青年沃纳·海森堡在此构建了“量子论”，揭开了挡在我们与真相之间的那道帷幕。这一伟大的科学革命，在人类的精神世界投下炸弹。当原本坚不可摧的事物受到质疑，就会打开新的道路，让我们能够看得更远。

继《七堂极简物理课》后，意大利理论物理学家卡洛·罗韦利继续带来《量子物理如何改变世界》，今天夜读，从作者诗意的语言中，走进量子理论的奇妙世界。

[意] 卡洛·罗韦利 著｜王子昂 译

磨铁·文治图书｜浙江科学技术出版社

我和卡斯拉夫坐在离海几步之遥的沙滩上。我们热烈地交谈了数个小时。一次研讨会的下午休息期间，我们来到了香港的南丫岛。卡斯拉夫是量子力学领域的知名专家。他在研讨会上展示了对一个复杂思想实验的分析。从密林边缘的小径到沙滩，随后再到海边，我们就此实验进行了反复讨论。最后我们的想法基本达成了一致。在沙滩上，我们看着大海，沉默良久。真是难以置信，卡斯拉夫喃喃道，人们如何能够相信？就好像现实……从未存在过一样……

▲ 卡洛·罗韦利与演员本尼迪克特·康伯巴奇，后者演绎电影《奇异博士》而对量子物理充满兴趣

在量子领域，我们已经走到了这一步。一个世纪以来，这一领域不断涌现出举世轰动的科学成果，还赠予了我们当代科技，为整个20世纪物理学提供了根基。认真回顾这一科学史上最为成功的理论，我们会不由得感到惊诧、困惑、难以置信。

曾有过那样一个时刻，世界运行的基本原理似乎非常清楚：形形色色的事物归根结底好像都是由物质微粒构成的，并只受寥寥几种力的驱动。人类曾一度认为“摩耶”的面纱已被揭开：认为自己彻底看透了现实的本质。但这一状况未能长久，因为许多事实与理论不符。

直到1925年夏天，一位23岁的德国青年来到北海上一座多风的岛屿——“圣岛”黑尔戈兰岛，度过了一段坐立不安的孤单日子。在这座岛屿上，他发现了一种能解释所有棘手事实的想法，并构建了量子力学的数学结构——“量子论”。这一理论的发明也许是有史以来最伟大的科学革命。这位青年的名字是沃纳·海森堡（1901—1976）。这本书要讲的故事，便是由他开启的。

▲ 沃纳·海森堡

量子论澄清了化学的根基，解释了原子、固体、等离子体的运作方式，解释了天空的颜色、大脑内部神经元的构造、恒星的运动、星系的起源……世界上成千上万个方面的问题。从电子计算机到核电等最新科技的根基也是量子论。工程师、天体物理学家、化学家和生物学家每天都在运用量子论。量子论的基础知识已经成了高中课堂的必修知识点。量子论从未出错。它是现今科学的有力心脏。但它神秘莫测，还有些许令人不安。

量子论打破了世界是由沿固定轨道运动的微粒组成的这一我们原有的现实图景，却没有说明，若非如此，我们又该如何认知这个世界。量子论的数学计算并不描述事实，它不会告诉我们“何物存在”。在量子理论的视角下，相距甚远的物体之间似乎有着魔法般的联系。物质被奇诡的概率波替代。

任何一个停下来问自己，量子论究竟告诉了我们关于真实世界的什么事情的人，都仍然满怀迷惑。尽管爱因斯坦预见的一些想法将海森堡引到了正确的道路上，但他最终也没能完全消化理解它们；20世纪后半叶伟大的理论物理学家理查德·费曼也称没有人理解量子。

▲ 《生活大爆炸》剧照

然而，科学就是如此：科学是探索全新的思考世界的方式，是不断推敲质询我们现有的概念的能力，是那股敢于反抗权威的、批判性的前瞻性力量，这力量有能力改变其本身的概念根基，从零开始重新描绘世界。

量子论的奇怪之处令人迷惑不解，但同时，它也为我们开辟了全新的认知现实的视角，让我们得以窥见一种比从单纯的物质主义视角看到的、由空间中的粒子构成的现实更加深刻微妙的现实。这是一种由关系而非物体构成的现实。

量子论为我们提供了全新的思路来重新思考宏大问题，比如现实的结构、经验的本质、形而上学，或许甚至还有意识的本质。上述问题都是科学家和哲学家们热烈探讨的，也是我在本书中要谈论的话题。

在荒芜、偏僻、北风肆虐的黑尔戈兰岛上，沃纳·海森堡揭开了挡在我们与真相之间的那道帷幕，而帷幕之后却现出了一道深渊。本书要讲的故事，就从海森堡萌生想法的这座岛屿开始，随后将从现实的量子结构的发现逐渐扩展到探讨范围更宽广、更为开放的问题。

▲ 《奇异博士2：疯狂多元宇宙》

我的作品面向的，首先是不了解量子力学，但有兴趣尽自己所能去理解量子力学是什么、意味着什么的读者。我要尽可能地做到叙述简洁，因此一切对把握问题核心并非不可或缺的细节，我都略而不谈。我要尽可能地做到清晰易懂，因为我探讨的是科学中最晦涩难懂的理论。与其说我讲的是如何理解量子力学，不如说我只是解释了为什么量子力学是如此难以理解。

但这本书也是为那些越是深入研究量子论，就越是感到疑惑的同僚——科学家和哲学家——而写；为的是能够让正在进行中的、关于这个持续让我们感到惊奇的物理理论的意义的探讨继续开展，也为了能够获得一个更为整体化地看待它的角度。本书为那些对量子力学已有所了解的读者附加了许多注释。同时，为使内文更具可读性，更加精确的描述将在注释的部分进行。

我在理论物理学领域的主要研究对象是理解空间和时间的量子性质，使量子论与爱因斯坦有关空间和时间的发现更加融贯一致。我发现自己在持续不断地思考关于量子的事情。本书是我思考至今得到的成果。它并未忽视不同的观点与意见，但也有它自己坚定的倾向性；它专注于介绍我认为最有效力，同时也为我们打开了最广阔而有趣的前景的一种视角，即对量子论的“关系性”解读。

▲ 《蜘蛛侠：平行宇宙》（2018）

在开始阅读前，有一事需读者悉知。未知的深渊永远对人具有吸引力，也总是令人目眩神迷。认真思考量子力学，反思它给我们带来的启示的过程几乎是一种近似迷幻体验的经历：它总是变着花样要求我们放弃自己对世界的认识中被认为是坚不可摧、无懈可击的东西，它要求我们接受现实与我们的想象有着深刻差异这一事实，要求我们不要惧怕深不可测的未知之物，要敢于将目光投入深渊。

......

世界不是连续的，而是粒子性的，它具有一个可测量的最小单位。不存在任何无限小的事物。它告诉我们，未来不是由过去决定的。

动荡起伏的量子世界中，数十亿个不连续的点状变量被化约成了我们日常生活经验中少量连续的、确定的变量。

用我们的尺度去观察世界，就像从月球上观察波涛汹涌的大洋，它就像是静止的玻璃珠的平静表面。因此，我们的日常经验与量子世界是相互兼容的，用量子理论可以理解经典力学，可以理解我们通常情况下所认知的世界不过是由一些近似值构成的。就好像一个视力正常的智者能够理解为什么一个近视的人无法看到在火上的锅里的水会沸腾一样。在微粒的尺度上，一把钢刀的利刃也像狂风暴雨肆虐的白色沙滩边缘一样，是波动的、不确定的。能看到确定的世界的经典视角就是我们的近视视角。经典物理的确定性都只是概率。旧物理体系中明晰而确定的世界图景不过是幻觉。

青年沃纳·海森堡引起的概念爆炸比几千吨 TNT 炸药引发的爆炸更具有摧毁性，它把我们曾经用来理解现实的逻辑炸成了碎片。

万物之中都存在着某种让人迷惑的东西。坚实可靠的现实似乎被消解，从我们的指缝间流逝，流回了无尽的相互关联之中。

写完这几行字，我停笔看向窗外。窗外还是有雪。加拿大这边的春天来得晚。我的房间里燃着一处壁炉，我得起身添些木柴。我正在书写现实的本质。我看着壁炉的火焰问自己，我所讨论的是哪个现实？是这雪吗？是这微弱的火苗吗？还是我在书上读到过的现实？还是只是我皮肤上感到的热度，不知名的橙红色闪烁，以及即将到来的蓝白色破晓？

一时间，这些感觉也让人感到混乱。我闭上眼睛，看到了波光粼粼、色彩明艳、如帷幕般的湖泊，而我仿佛要沉入这湖泊中。这也是现实吗？紫色和橙色的形状翩翩起舞，而我却已不再身处其中。啜饮一口茶，我重新点燃火焰，微微一笑。我们是在变幻莫测的色彩海洋中航行，而我们手中有上好的地图，可以协助我们找到方向。但我们思维的地图与现实之间是存在距离的，就像航行者手中的航海图与海浪之间是有距离的一样——海浪猛烈撞击在悬崖的白色礁石上， 礁石上方海鸥盘桓。

我们头脑中组织结构的那层脆弱的面纱告诉自己，我们原先对现实的认知比一个蹩脚的导航工具好不到哪里去。我们想在它的指引下穿过无尽迷雾，了解这个万花筒般光怪陆离的世界。我们对自己身处这样的世界感到惊奇，将其称为“我们的世界”。

我们可以对手中的航海图满怀信心，不去提什么问题，也能穿过迷雾，在它的彼岸如常地生活下去。我们可以保持沉默，感动并臣服于这世界的光芒和无限的美丽。我们可以走进实验室，耐心地坐在桌前，点上一支蜡烛，或是打开一台 MacBook Air电脑，与朋友或对手探讨问题，回溯时光，退回到黑尔戈兰岛上进行计算，在黎明时爬上一块礁石。或者，我们也可以喝口茶，重新点燃壁炉中的火焰，动笔书写，尝试与读者们一起再多理解一些关于粒子的事情，重新拿起这张航海图，为优化它的一小部分做出贡献，再一次，重新思考大自然。

原标题：《量子物理是青年看待世界的方式，敢于将目光投向未知｜此刻夜读》

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