本文将主要解释量子物理学不是什么,而不是它是什么......
1. “量子物理学是关于不确定性的”
量子物理学可能是人类有史以来设计的最精确的科学学科。它可以极其准确地预测某些属性,精确到小数点后 10 位,这在后来的实验中得到了准确证实。
这个神话部分源于维尔纳·海森堡的“不确定性原理”。他表明,同时测量两个量(例如粒子的速度和位置)的准确度是有限的。当量子物理学用于计算其他量时,例如能量或原子的磁性,它的精确度令人震惊。
2. “量子物理无法可视化”
量子物理学描述了通常“奇怪”且难以放入图片的对象:波函数、叠加态、概率幅度、复数等等。人们常说,他们只能通过数学方程和符号来理解。然而,当我们教授和普及它时,我们物理学家总是对它进行表述。我们使用图表、绘图、隐喻、投影和许多其他设备。这也一样,因为学生甚至像我们这样的资深量子物理学家都需要对被操纵物体的心理图像。有争议的部分是这些图像的准确性,因为很难准确表示量子对象。
与设计师、插画师和视频制作者合作,Physics Reimagined研究团队试图“绘制”各种形式的量子物理学:折叠活动、图画小说、雕塑、3D 动画等等。
3. “即使是科学家也不是很懂量子物理学”
作为该领域的领军人物之一,理查德·费曼( Richard Feynman)本人说:“我想我可以肯定地说,没有人了解量子力学。” 但他立即补充道:“我要告诉你大自然的行为是什么样的。” 该学科的创始人之一尼尔斯·玻尔 (Niels Bohr) 给出了一个很好的总结:“那些第一次接触量子理论时并不感到震惊的人,不可能理解它。”
物理学家在操纵量子形式主义时确实了解他们在做什么。他们只需要根据这个新领域及其固有的悖论来调整自己的直觉。
4. “一些杰出的理论家提出了量子物理学的整个概念”
量子物理学的整个历史表明恰恰相反:一开始,实验室实验抛出了意想不到的结果,例如光电效应、黑体辐射、原子的发光光谱。后来才出现了杰出的理论家,当时阿尔伯特·爱因斯坦、马克斯·普朗克、尼尔斯·玻尔和其他人试图提供解释。
随后进行了进一步的基础实验,包括从镍上奇怪地反弹的电子、磁场奇怪地偏离的银原子、低温下完美导电的金属等等。理论和概念再次出现:二元性、自旋或超导性被引入。理论与实践之间高效的“来回”交流是物理学的基础。除了极少数情况外,实验通常是最先进行的。
5. “爱因斯坦是量子物理学最大的敌人”
可怜的老阿尔伯特爱因斯坦经常被描述为量子物理学的恶毒反对者,这可能是因为他的名言“上帝不会与宇宙掷骰子”。然而他并不反对,而且,他创造了它!1905 年,爱因斯坦根据马克斯·普朗克( Max Planck)的工作撰写了他的基础文章“关于光的产生和转换的启发式观点”。在其中,他提出光是由称为光子的小型、个体和量化的物体构成的。这就是为他赢得诺贝尔奖的原因,实际上,并不是他在相对论方面的工作。
爱因斯坦可能因为他与尼尔斯·玻尔的讨论而赢得了这个声誉,特别是关于解释和量子现实的想法,因为他不接受非定域性的概念。后来,纠缠和违反贝尔定理的实验证明他是错误的,并表明没有隐藏变量。爱因斯坦完全理解量子物理学的相关性,他只是在其中的一些含义上遇到了一些问题,特别是在局域性方面。
6. “量子物理没有实际用途”
量子物理学可能是现代物理学中最有用的学科:一旦物理学家了解了光、原子和电子的工作原理,他们就能够操纵它们。激光、医院中的 MRI、LED、闪存、硬盘——最重要的是晶体管和电子设备——所有这些技术都是由量子物理学家发明的。
7. “量子物理学可能会解释某些替代疗法和其他奥秘”
许多相信超自然现象和某些“疗法”的人声称受到了量子物理学的启发。印度裔美国人迪帕克乔普拉是这种方法最著名的支持者之一。他发展了一种量子神秘主义,其中伪新时代灵性在科学术语中找到了凭据,例如“人类量子身体本质”、“具有控制论反馈回路的局部能量和信息场”以及“量子力学体”。然后他声称要在心智、意识、物质和宇宙之间建立量子关系。“量子疗法”还提供基于身体的护理协议,身体被视为“振动和能量场”,承载“振动状态”和“生物共振”。
这在两个方面是不诚实的。第一个技巧是使用科学术语来神秘化量子物理学,而实际上并不神秘。实验室实验和日常生活证明了它的有效性。另一方面,这些疗法或信念所描述的现象都没有任何科学依据。最重要的是,单词在量子物理学中表示非常精确的含义,它们在这些伪科学中完全被滥用。
当将量子特性外推到人类尺度时,会发现更多的作弊行为。绝对清楚,状态叠加或量子化等量子特性不适用于人类规模的生活世界。2012 年诺贝尔奖获得者Serge Haroche用他的实验证明了这一点。当一个物体与其环境相互作用过多并变得太大时,它就不再是一个量子物体。
但是,我不想评判那些希望测试这种方法的人,它属于信仰领域,而不是科学领域。当然,每个人都可以为所欲为。我只会要求人们不要假装它在量子物理学中有任何科学依据。任何此类声明都是错误的。