记录下这本书觉得不错的内容,以及读后感。

这本书讲量子物理的发展过程的。书名全名是量子物理史话,作者可能参考了国外一些书籍,比如宇宙密码。

量子物理起源是普朗克在研究黑体的时候提出能量是量子化的。E=hv,E是单个量子的能量,h是普朗克常数,v是频率。感觉就是普朗克猜了个最简单的公式,然后验证了下发现是对的...

爱因斯坦将量子这种观点带入到光电效应中,提出了光量子的想法,后来因为这个拿了诺贝尔奖。波尔将量子带入原子结构中,提出电子跃迁的想法,就是粒子围绕原子核转,都有个轨道,从一个轨道迁移到另一个轨道会伴随能量改变,相当于爬楼梯那样的势能。感觉他两就是把新出现的能量量子化想法带到某个领域,然后推理证明一下,就发现新大陆了。

再然后研究原子光谱问题的时候,海森堡想到了用矩阵来计算,这据说是他凭空想出来的,通过这个解决了原子光谱问题,并且根据这个,海森堡实验室的人包括波尔还有个谁一起发论文建立了量子力学。之后薛定谔提出了薛定谔方程,实质跟海森堡矩阵的理论一样,但是更简单。再之后海森堡从矩阵不满足乘法交换律想到了动量与位置测量顺序不同时结果不同,提出了测不准原理,也叫不确定性原理。就是说粒子的运动是无规律的,无法预测的。

有个很典型的现象,就是设计一个实验,光子从一个光源A发出,经过一个只有两个孔(B,C)的挡板,最后到达一个检测光子的终点D。根据孔的距离不同,发出光子中会有0% ~ 4%的光子到达终点D,这个值在孔的距离确定的情况下是确定的,比如4%。但是,这是在不知道光子是经过B孔还是C孔的前提下的。如果在B或者C中装上装置检测是从哪经过的,那么最终不管两个孔之间距离是多少,都会有2%的光子到达D,就是说本来4%的光子能到D,但是只要你去检测是B还是C经过的,这结果就变了。

海森堡实验室,也就是哥本哈根学派对此的解释是粒子的运动是随机的,不确定的,但是只要人去观察它,它的运动就确定了。这里的关键在于人的观察。根据这个推论,宇宙以前也是不确定的,当人出现后并去观察宇宙,宇宙才确定下来...就是说人的意识才是决定性的,很像王阳明的“汝未看此花时,此花与汝心同归于寂“。

对此其他还有非常多解释,其中最让我认同的是多世界理论,就是说粒子运动的任意可能性都存在,存在于无数个世界。不同世界之间的投影会有影响,比如假设粒子是三维空间的一个平面,某个世界是该平面在某直线的投影,两条直线之间互相也会有投影。但是如果这两条直线垂直,那么它两之间的影响就很小。可以看出低维空间两个世界之间投影影响很大。但是宏观世界的话,有非常多的粒子,这组成的系统可以看出非常多维的空间,两个高维空间之间很容易正交,这很容易理解,因为只要他们有一两维垂直或者接近垂直就行了。所以当不去观察光子的时候,它会受其他世界影响。但是一旦去观察它,它就属于宏观世界系统的一部分了,就不受其他世界影响了。这也叫退相干理论。

我个人觉得量子理论对信息论也就是计算机产生了很大影响。物质都是由原子构成的,为什么会产生生命呢。大概量子力学产生后不久,图灵机之类的想法也提出来了。冯诺依曼也有研究量子理论。既然世界都是由简单的粒子构成,那么AI由01构成也未尝不可。不过还有些区别,就是粒子有不确定性,按照退相干理论就是会受其他世界影响。目前的量子计算机貌似由用到类似原理,按多世界理论来说就是使用无数世界来一起计算,2^n的复杂度将为O(n)。或许只有量子计算机才能真正实现AI。

书里还提到了什么是科学。刚开始是可以证实的才是科学,后来发现不行,物理以前的理论总是被推翻。退而求其次要求科学是能被证伪的。但是这其实钻牛角尖的话没办法做到。怎么证明能被证伪呢...很多经典理论被证伪时都会找个假设来自圆其说,打补丁,比如发现了某行星轨道和预期不符,然后科学家根据这个假设存在另外一颗没被发现的行星,再后来才发现是经典力学出了错。还是奥卡姆剃刀原理好使,当两种说法都能解释相同的事实,应该相信假设少的那个。初看这原理好像没什么,书里举了个例子,没有证据表明上帝存在,一种说法是上帝存在,但是我们看不到,另一种说法是上帝根本不存在。前一种说法多了一种假设,我们应该相信后一种说法。

后面还有提到大一统。就是粒子内的电磁力、强作用力、弱作用力,以及引力,找到这四种力之间的规律,统一为一种力。引力大概属于广义相对论,前三种力勉强可以被量子场论解释了。近些年提出的弦论、超弦论、M论就是想统一这些力,将粒子视为一段弦。这个理论貌似不太靠谱,目前已经没很多人感兴趣了。

最后提到了二战原子弹,海森堡虽然不喜欢纳粹,但还是给德国造原子弹。波尔给美国造原子弹。大概1941年海森堡和波尔见过面,并劝说德国一定会胜利,他们在造原子弹,原子弹是可行的。但是后来海森堡因为计算失误,误以为需要非常多的铀,这没法开采出来。德国因此放弃造原子弹。再后来美国造出来了,扔到日本后,德国造原子弹的科学家都不敢相信。其中最早发现放射性现象的哈恩很生气,说海森堡是二流,早点卷铺盖回家吧。可怜的海森堡,要不是因为二战,他的评价应该会更高。另外世界说不定真的是存在无数可能的。如果海森堡没计算错,德国造出了原子弹,那最后世界会是什么样还未可知。虽然德国纳粹不一定就是邪恶,英美苏联也不一定就是正义,但是说不定美国也有原子弹后世界毁灭了。或许现在世界还没毁灭,就是因为目前世界是德国没造出原子弹的那个分支。

另外理解彗星说的不明白光为什么走直线了。果然是知道的越多,不明白的越多。光既然也是粒子,粒子运动既然是无规律的,为什么会走直线呢。《QED:光与物质的奇妙之旅》解释了几乎所有光的现象,原因大概是光的所有可能性之间会互相影响,共同作用,最后导致走直线的概率是几乎100%。但是如果让光走的可能性将为只剩一两个的时候,光就会乱走了,这就导致了光栅衍射之类的现象。这本书费曼讲的通俗易懂,虽然量子论为什么这样的根本原因还是没说...