狗都能学会的量子物理,你还能不懂?


说到量子物理,你能想到什么?

粒子?波?各种难懂的定律?还有什么?

很多人认为量子物理学离我们很远。不能带来经济收入,也没法用在聚会上作为谈资,更不能用来找对象,升职加薪。

但它构成了我们的世界,组成了我们的生活,甚至于我们自己。如果想要了解我们生活的世界,理解我们的世界正在发生的事情,我们自身的发生的事情。那么量子物理就是一切的基础,它比化学更小,更加微观,可以说是一切的基础。

但量子物理真的很难学,也很枯燥。我曾经买过几本有关量子物理的书,看到困得掉眼泪都没看完。除了记得粒子和波的关系和特点外,什么都没记住。

但是这本书却让我真正的开始对量子物理有些了解,那就是《如何跟你的狗聊量子物理》。

是不是觉得这个名字颇具挑衅感,要是狗都能学的会,我怎么就学不会呢?

不过打开书后,却发现真的可能有点人不如狗了,尤其是这里的狗说,即使是笨狗都知道相对论的时候,我开始对自己产生了怀疑。

为了赢过狗,我硬着头皮开始看这本书。看着看着,就被里面有趣的举例和论证吸引住,开始第一次理解量子物理。

这本书是用狗的日常来揭示量子的世界,将那些复杂难懂的概念用兔子、松鼠、狗狗来进行替代。虽然不能说完全看懂,但是也让我这个物理考过37分(120满分)的好奇宝宝稍微理解了些里面的概念。

比如量子隧穿。

这个概念通常的解释是像电子等微观粒子能够穿入或穿越势垒的量子行为,尽管位势垒的高度大于粒子的总能量。

这个概念反正我是真看不懂。

在这本书中是这么解释的,对于一个非常窄的屏障,存在一定的概率在电子进入禁区的另一侧找到它们。穿过这个屏障之后,电子就不再被阻止了,它们带着和开始时相等的能量离开屏障,回到空旷的空间。

观察实验的人将看到很小一部分,比方说百万分之一的入射粒子只是简单地穿过屏障,好像屏障根本不存在一样。

因为电子穿过了甚至连进入都不允许的进去,从某种意义上说,它们从屏障下面潜了进去。

好吧,这里我还是有点似懂非懂,加上示意图,稍微感觉有点理解了。

作者又补充了一句,就像坏狗在栅栏下面挖洞一样。

哎,一下子似乎就明白是怎么回事了!

又比如量子的纠缠态。通常的解释是复合系统中不能被写作它的分系统状态的张量积的状态称为纠缠态。

这到底......是什么玩意。每个字我都认识,连在一起完全不知道是什么!

量子纠缠的解释可能要稍微好一点,通常的解释为不论两个粒子间距离多远,一个粒子的变化都会影响另一个粒子的现象,即两个粒子之间不论相距多远,从根本上它们还是互相联系的。

这解释听起来还有些浪漫。

再进一步举例的话,就有点看不懂了。

一个无自旋的粒子分裂成两个粒子,它们的自旋一定相反,但在观测到它们的自旋前,它们是随机的,对一个粒子的观测会瞬间影响到另一个粒子。

感觉这个举例反而让概念变得更模糊了,光看概念还能理解下。

比起来,这本书里的例子就好理解多了。作者举的例子是两只狗,它们都可以处于两种状态之一,醒着或睡着了。如果两只狗是彼此完全分开的,那么在这个有两只狗的系统中可以有四种状态:两只狗都睡着、两只狗都醒着,杜鲁门醒着或者阿弟睡着了以及杜鲁门睡着了而阿弟醒着。

但是要把两只狗放在一起,让它们互动,这两只狗就会建立一种关联。如果杜鲁门睡着了,阿弟醒着。那么阿弟会叫醒杜鲁门。反之亦然。这样就会发现,要么两只狗都醒着,要么两只狗都睡着了,不会有一只醒着而另一只睡着的情况。四种状态变成了两种状态。

这样的关联就能让我们知道一只狗的状态而不用去测量另一只狗的状态了。如果知道阿弟醒着,那么杜鲁门也一定醒着。

书中这样的例子有很多,将晦涩的量子物理学概念转化为生活中容易被理解的例子帮助读者理解。用非常轻松有趣的语言,轻松活泼的展现着量子物理的世界。

如果你对自然科学感兴趣,如果你想从微观上更加了解这个世界,如果你是个科幻迷的话,那么从这本书中你能学到从粒子上看太阳镜是如何工作的,多重宇宙是如何存在,测不准原理又是什么,空间传送是否可能实现等等有趣的知识。

当然,对于普通人的我们而言,可能属于有趣而无用的知识吧。不过这也让我们更加了解我们所生活的世界,想一想其实也是件很有趣的事情。

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