量子簡史：探索不確定的世界（簡體書）

★囊括2022年諾貝爾物理學獎得主安東•蔡林格量子糾纏實驗，詳細記錄實驗過程。

★解讀物理學家量子力學百年探索之路，從愛因斯坦到海森伯、薛定諤，再到霍金；談笑間帶你瞭解宇宙奧秘與科學趣聞，禪宗與量子、薛定諤的貓、愛因斯坦的錯誤等。

★諾貝爾物理學獎得主基普•S.索恩重磅推薦，評價本書是“關於物理學和宇宙學重大發展階段的精彩小插曲，將科學與人類歷史完美結合”，《愛因斯坦的夢》作者艾倫•萊特曼作序推薦。

★ 本書可讀性強，分為量子、計算、物質、宇宙四個部分，每部分下每章又獨立成文。讀者可以轉換成物理學家的視角，重走物理學家探索之路，踏上不斷探索空間、時間和物質的旅程。

《量子簡史》向讀者介紹了物理學家仍在不斷探索中的標誌性事件，以使我們從根本上理解空間、時間和物質。凱澤將我們帶入了那個飽受社會和政治帶來的各種不確定命運的時代。偉大的物理學家阿爾伯特•愛因斯坦、埃爾溫•薛定諤、斯蒂芬•霍金以及其他物理學先驅們仍在不懈地追尋自然世界中的不確定性，他們試圖通過自己的努力來解釋一個混沌的世界。
本書分為量子、計算、物質、宇宙四個部分，每個部分內的每篇文章又相對獨立，但各篇放在一起又能產生更多的體驗。讀者可以轉換成物理學家的視角，進入不斷探索空間、時間和物質的旅程。

大衛•凱澤

麻省理工學院的科學史和物理學教授，已出版《嬉皮士救了物理學：讀心、禪和量子》等多部物理學專著。他的作品經常出現在《自然》《科學》《紐約時報》和《紐約客》雜誌上。

凱澤用散文寫作，時而熱情高漲，時而引人入勝——在這裡為我們提供了一系列關於物理學和宇宙學重大發展階段的精彩小插曲。他的小插曲將科學與人類歷史完美結合，並深刻地描述了本書能為不同的讀者帶來樂趣和啟發：從科學類新讀者到科學和歷史專業類學生，再到專業的科學家和歷史學家。
——基普•S.索恩（2017年諾貝爾物理學獎得主、加州理工學院費曼理論物理學榮譽教授）

物理學史分析的佳作……文筆嫺熟，令人閱讀愉快。
——《自然》
大多數為廣大公眾編寫的科學史圖書都是對科學史的狹隘理解。大衛•凱澤的作品是一個例外……他對現代物理學的發展進行了睿智而深刻的概述。這本引人入勝的讀物將使專家和非專業人士更深入地瞭解地緣政治和東方神秘主義等各種現象如何在過去一個世紀塑造了物理學。
——《科學》
本書描繪了一幅非常令人信服的畫面，闡述了公共政策層面的戰略決策如何塑造了物理學家研究宇宙的方式……這是一個很好的故事。
 ——《福布斯》
書中充滿了驚人的統計數據、評論以及生動的類比和隱喻……這些引人入勝、發人深省、讀起來很有趣的文章足夠緊湊，以至於你一晚上就可以讀完。它們會讓你以新的方式思考熟悉的物理概念。本書會讓所有讀者更加瞭解物理學是如何發展到現階段的。相信你會喜歡這本書的。
——《美國物理學雜誌》
一部慷慨激昂的作品，融合了凱澤的學術理念……一本包羅萬象的量子物理科普書。
——《今日物理》

序 言
物理學總是那麼迷人，每個時代都有偉大的思想者為它傾倒，像牛頓、愛因斯坦或海森伯。
秋天，落葉的味道透過窗子傳進來。我們十幾個人，圍坐在一張長桌旁，這些人中有學院副院長、戲劇導演、劇作家、金融家、漂亮的女演員，以及幾位物理學家。大衛•凱澤端坐在主持人的位置上，衣著得體，神情專注。我們正在討論一部即將在附近的劇院演出的科學新劇，目前劇本還沒完成，這部新劇將是一次科學與藝術的美妙交匯，是牛頓、愛因斯坦冰冷的方程式與契訶夫、王爾德感人心扉的劇作之間的交融。嚴謹中帶著隨性，理性中充滿情感，科學與藝術並存。每年我們總會在這裡聚幾次，像這樣在兩個世界中徜徉。
凱澤教授作為一名物理學家和科學史學家，這幾年來又多了一個一流的劇作家的名頭，他的文章和書不僅有許多前沿的科學理念，還記錄了眾多科學家生活的點滴故事，以及對科學相關體制和文化的深入思考。這些都在本書中以一篇篇精彩紛呈的文章逐一呈現。為什麼會有這麼多物理學家坐在這裡呢？
現代物理學試圖將整個世界歸結為基本粒子和力——用最簡潔的方式解釋世界。我覺得，這體現了人類對所處的世界建立秩序的深切願望。這裡說的世界，不僅指的是牛頓和愛因斯坦所定義的物理世界，還包括了紛繁複雜的有機世界。格式塔心理學家說，我們人類不可避免地傾向於將世界歸納為一種有意義的模式，哪怕這種行為只是一種幻覺。例如，我們會把天空雜亂無章的繁星，看作某種圖形，並把它定義為一個星座。如果我們看到一個殘缺的圓圈，我們大腦中會傾向於填補缺失的那部分。柏拉圖把世界歸結為水、火、土、氣四種要素；古印度人則認為：火與骨頭和語言相關，水與血和尿相關，大地與靈和肉相關；亨利•亞當斯更是想從能量和熱力學第二定律的角度去解釋人類文明歷史的起起落落。這些都說明，我們是模式的追求者，也是模式的製作者，物理是這種追求的終極方式，藝術也是。這就是為什麼今天會有這麼多的物理學家坐在這裡 。
雖然，具有心靈的人類同時創作出了科學與藝術，但現代科學的成功，更大程度上應當歸功於不帶情感的人類理性地對冰冷世界的邏輯思考。1969年負責首次登月計劃的科學家計算了火箭推力和軌跡，使航天器可以準確進入月球軌道。這些計算不會包含宇航員的任何情緒或個人生活的參數。
一個與此相關的問題是：科學通常不關注它自己（人類）發現歷史的敘事。在這個意義上，科學是不同于人文學科的。人文學科的知識主體可以稱為“橫向的”，所有時代的開創性作品都被認為是同樣重要的，沒有一個時代的作品被認為是優於其他時代的。例如，當我們學習哲學時，我們可能從孔子、柏拉圖和亞裡士多德開始，向尼采和羅素髮展，或者在文學上，我們可能會從《伊利亞特》和《奧德賽》開始，逐步過渡到《了不起的蓋茨比》。但不能說，《了不起的蓋茨比》就比《伊利亞特》有任何更“正確”或高明的地方。相比之下，科學的發展則是垂直進行的。一般認為，每個時期的科學理論、方法和知識都可以改善或取代之前時期的理解。在預測行星軌道和引力現象時，愛因斯坦的引力理論比牛頓引力理論更準確。一名理科研究生在進入該領域的“前沿”研究之前，他更關注的是該領域的最新成果，而一般沒有時間，也沒有興趣去圖書館研究塵封的學科發展歷史。現在大學關於熱力學的教科書——《熱物理學》中滿是描述現代對熱的理解，比如分子和原子的隨機運動方程，而不會有一個詞提到曾經流行一時的燃素說，更不會提到本傑明•湯普森（1753—1814）的精彩故事。本傑明•湯普森曾是新罕布什爾州的教師，在獨立戰爭後因支持英軍而逃往英國，成為巴伐利亞軍隊的領袖。在慕尼黑軍工廠監督火炮管生產期間，湯普森發現，熱是運動而不是物質。湯普森在1798年倫敦皇家學會的文章中寫道：“在平凡生活的事務和職業中，機會常常蘊含在思考大自然的奇特行為中……當考慮到是槍管中兩種金屬表面的摩擦使銅槍變熱時，在一瞬間，我被擊中了！”
但與通常理解的科學書籍不同，本書充滿了伴隨科學發現而產生的戲劇性的歷史橋段。
樹葉的氣味和它們的顏色提醒著我，人類豐富的感官給了我們一個不真實的世界圖景——這幅不真實的圖景正在被現代物理學徹底修正。我們瞭解到，與直覺不同，地球正在高速自轉，並圍繞太陽旋轉。我們瞭解到，與直覺不同，我們每秒鐘都接收到無數X射線、無線電波和伽馬射線，而這些是肉眼看不到的。我們瞭解到，在原子的微觀世界中，粒子的行為是它們可以同時出現在多個地方，而且相互糾纏影響，這顯然違反了日常的因果概念。最後的發現是量子物理學的主題，也是凱澤新書的主題：如果我們必須質疑我們感官感知的有效性，如果我們必須放棄對“現實”的直觀理解，如果我們必須接受對物質世界新的描述方式，那麼讓我們至少用本書中迷人的人類故事來理解。

艾倫•萊特曼

序 言 / 1
前 言 / 5

量 子
量子的性格 / 3
既活又死——上帝不做選擇 / 15
中微子的“味道” / 24
星光為證，愛因斯坦錯了 / 38

計 算
從黑板到炸彈 / 55
沸騰的電子 / 68
該死的謊言和統計數字 / 77
如何教授量子力學 / 94
禪宗與量子 / 112

物 質
白日夢 / 129
無中生有 / 138
狩獵希格斯粒子 / 145
兩個“場”的碰撞 / 152

宇 宙
尋找外星人 / 173
《引力》令人著迷 / 184
宇宙進化之爭 / 196
不再孤獨的心 / 215
從引力波中學到的 / 227
告別霍金 / 233

致 謝 / 239
注 釋 / 243