星辰大海，永不止步

1925年夏天，在荒蕪、偏僻、北風肆虐的黑爾戈蘭島上，23 歲的德國青年沃納·海森堡在此構建了“量子論”，揭開了擋在我們與真相之間的那道帷幕。這一偉大的科學革命，在人類的精神世界投下炸彈。當原本堅不可摧的事物受到質疑，就會打開新的道路，讓我們能夠看得更遠。

繼《七堂極簡物理課》后，意大利理論物理學家卡洛·羅韋利繼續帶來《量子物理如何改變世界》，今天夜讀，從作者詩意的語言中，走進量子理論的奇妙世界。

[意] 卡洛·羅韋利 著｜王子昂 譯

磨鐵·文治圖書｜浙江科學技術出版社

我和卡斯拉夫坐在離海幾步之遙的沙灘上。我們熱烈地交談了數個小時。一次研討會的下午休息期間，我們來到了香港的南丫島。卡斯拉夫是量子力學領域的知名專家。他在研討會上展示了對一個復雜思想實驗的分析。從密林邊緣的小徑到沙灘，隨后再到海邊，我們就此實驗進行了反復討論。最后我們的想法基本達成了一致。在沙灘上，我們看著大海，沉默良久。真是難以置信，卡斯拉夫喃喃道，人們如何能夠相信？就好像現實……從未存在過一樣……

▲ 卡洛·羅韋利與演員本尼迪克特·康伯巴奇，后者演繹電影《奇異博士》而對量子物理充滿興趣

在量子領域，我們已經走到了這一步。一個世紀以來，這一領域不斷涌現出舉世轟動的科學成果，還贈予了我們當代科技，為整個20世紀物理學提供了根基。認真回顧這一科學史上最為成功的理論，我們會不由得感到驚詫、困惑、難以置信。

曾有過那樣一個時刻，世界運行的基本原理似乎非常清楚：形形色色的事物歸根結底好像都是由物質微粒構成的，并只受寥寥幾種力的驅動。人類曾一度認為“摩耶”的面紗已被揭開：認為自己徹底看透了現實的本質。但這一狀況未能長久，因為許多事實與理論不符。

直到1925年夏天，一位23歲的德國青年來到北海上一座多風的島嶼——“圣島”黑爾戈蘭島，度過了一段坐立不安的孤單日子。在這座島嶼上，他發現了一種能解釋所有棘手事實的想法，并構建了量子力學的數學結構——“量子論”。這一理論的發明也許是有史以來最偉大的科學革命。這位青年的名字是沃納·海森堡（1901—1976）。這本書要講的故事，便是由他開啟的。

▲ 沃納·海森堡

量子論澄清了化學的根基，解釋了原子、固體、等離子體的運作方式，解釋了天空的顏色、大腦內部神經元的構造、恒星的運動、星系的起源……世界上成千上萬個方面的問題。從電子計算機到核電等最新科技的根基也是量子論。工程師、天體物理學家、化學家和生物學家每天都在運用量子論。量子論的基礎知識已經成了高中課堂的必修知識點。量子論從未出錯。它是現今科學的有力心臟。但它神秘莫測，還有些許令人不安。

量子論打破了世界是由沿固定軌道運動的微粒組成的這一我們原有的現實圖景，卻沒有說明，若非如此，我們又該如何認知這個世界。量子論的數學計算并不描述事實，它不會告訴我們“何物存在”。在量子理論的視角下，相距甚遠的物體之間似乎有著魔法般的聯系。物質被奇詭的概率波替代。

任何一個停下來問自己，量子論究竟告訴了我們關于真實世界的什么事情的人，都仍然滿懷迷惑。盡管愛因斯坦預見的一些想法將海森堡引到了正確的道路上，但他最終也沒能完全消化理解它們；20世紀后半葉偉大的理論物理學家理查德·費曼也稱沒有人理解量子。

▲ 《生活大爆炸》劇照

然而，科學就是如此：科學是探索全新的思考世界的方式，是不斷推敲質詢我們現有的概念的能力，是那股敢于反抗權威的、批判性的前瞻性力量，這力量有能力改變其本身的概念根基，從零開始重新描繪世界。

量子論的奇怪之處令人迷惑不解，但同時，它也為我們開辟了全新的認知現實的視角，讓我們得以窺見一種比從單純的物質主義視角看到的、由空間中的粒子構成的現實更加深刻微妙的現實。這是一種由關系而非物體構成的現實。

量子論為我們提供了全新的思路來重新思考宏大問題，比如現實的結構、經驗的本質、形而上學，或許甚至還有意識的本質。上述問題都是科學家和哲學家們熱烈探討的，也是我在本書中要談論的話題。

在荒蕪、偏僻、北風肆虐的黑爾戈蘭島上，沃納·海森堡揭開了擋在我們與真相之間的那道帷幕，而帷幕之后卻現出了一道深淵。本書要講的故事，就從海森堡萌生想法的這座島嶼開始，隨后將從現實的量子結構的發現逐漸擴展到探討范圍更寬廣、更為開放的問題。

▲ 《奇異博士2：瘋狂多元宇宙》

我的作品面向的，首先是不了解量子力學，但有興趣盡自己所能去理解量子力學是什么、意味著什么的讀者。我要盡可能地做到敘述簡潔，因此一切對把握問題核心并非不可或缺的細節，我都略而不談。我要盡可能地做到清晰易懂，因為我探討的是科學中最晦澀難懂的理論。與其說我講的是如何理解量子力學，不如說我只是解釋了為什么量子力學是如此難以理解。

但這本書也是為那些越是深入研究量子論，就越是感到疑惑的同僚——科學家和哲學家——而寫；為的是能夠讓正在進行中的、關于這個持續讓我們感到驚奇的物理理論的意義的探討繼續開展，也為了能夠獲得一個更為整體化地看待它的角度。本書為那些對量子力學已有所了解的讀者附加了許多注釋。同時，為使內文更具可讀性，更加精確的描述將在注釋的部分進行。

我在理論物理學領域的主要研究對象是理解空間和時間的量子性質，使量子論與愛因斯坦有關空間和時間的發現更加融貫一致。我發現自己在持續不斷地思考關于量子的事情。本書是我思考至今得到的成果。它并未忽視不同的觀點與意見，但也有它自己堅定的傾向性；它專注于介紹我認為最有效力，同時也為我們打開了最廣闊而有趣的前景的一種視角，即對量子論的“關系性”解讀。

▲ 《蜘蛛俠：平行宇宙》（2018）

在開始閱讀前，有一事需讀者悉知。未知的深淵永遠對人具有吸引力，也總是令人目眩神迷。認真思考量子力學，反思它給我們帶來的啟示的過程幾乎是一種近似迷幻體驗的經歷：它總是變著花樣要求我們放棄自己對世界的認識中被認為是堅不可摧、無懈可擊的東西，它要求我們接受現實與我們的想象有著深刻差異這一事實，要求我們不要懼怕深不可測的未知之物，要敢于將目光投入深淵。

......

世界不是連續的，而是粒子性的，它具有一個可測量的最小單位。不存在任何無限小的事物。它告訴我們，未來不是由過去決定的。

動蕩起伏的量子世界中，數十億個不連續的點狀變量被化約成了我們日常生活經驗中少量連續的、確定的變量。

用我們的尺度去觀察世界，就像從月球上觀察波濤洶涌的大洋，它就像是靜止的玻璃珠的平靜表面。因此，我們的日常經驗與量子世界是相互兼容的，用量子理論可以理解經典力學，可以理解我們通常情況下所認知的世界不過是由一些近似值構成的。就好像一個視力正常的智者能夠理解為什么一個近視的人無法看到在火上的鍋里的水會沸騰一樣。在微粒的尺度上，一把鋼刀的利刃也像狂風暴雨肆虐的白色沙灘邊緣一樣，是波動的、不確定的。能看到確定的世界的經典視角就是我們的近視視角。經典物理的確定性都只是概率。舊物理體系中明晰而確定的世界圖景不過是幻覺。

青年沃納·海森堡引起的概念爆炸比幾千噸 TNT 炸藥引發的爆炸更具有摧毀性，它把我們曾經用來理解現實的邏輯炸成了碎片。

萬物之中都存在著某種讓人迷惑的東西。堅實可靠的現實似乎被消解，從我們的指縫間流逝，流回了無盡的相互關聯之中。

寫完這幾行字，我停筆看向窗外。窗外還是有雪。加拿大這邊的春天來得晚。我的房間里燃著一處壁爐，我得起身添些木柴。我正在書寫現實的本質。我看著壁爐的火焰問自己，我所討論的是哪個現實？是這雪嗎？是這微弱的火苗嗎？還是我在書上讀到過的現實？還是只是我皮膚上感到的熱度，不知名的橙紅色閃爍，以及即將到來的藍白色破曉？

一時間，這些感覺也讓人感到混亂。我閉上眼睛，看到了波光粼粼、色彩明艷、如帷幕般的湖泊，而我仿佛要沉入這湖泊中。這也是現實嗎？紫色和橙色的形狀翩翩起舞，而我卻已不再身處其中。啜飲一口茶，我重新點燃火焰，微微一笑。我們是在變幻莫測的色彩海洋中航行，而我們手中有上好的地圖，可以協助我們找到方向。但我們思維的地圖與現實之間是存在距離的，就像航行者手中的航海圖與海浪之間是有距離的一樣——海浪猛烈撞擊在懸崖的白色礁石上， 礁石上方海鷗盤桓。

我們頭腦中組織結構的那層脆弱的面紗告訴自己，我們原先對現實的認知比一個蹩腳的導航工具好不到哪里去。我們想在它的指引下穿過無盡迷霧，了解這個萬花筒般光怪陸離的世界。我們對自己身處這樣的世界感到驚奇，將其稱為“我們的世界”。

我們可以對手中的航海圖滿懷信心，不去提什么問題，也能穿過迷霧，在它的彼岸如常地生活下去。我們可以保持沉默，感動并臣服于這世界的光芒和無限的美麗。我們可以走進實驗室，耐心地坐在桌前，點上一支蠟燭，或是打開一臺 MacBook Air電腦，與朋友或對手探討問題，回溯時光，退回到黑爾戈蘭島上進行計算，在黎明時爬上一塊礁石。或者，我們也可以喝口茶，重新點燃壁爐中的火焰，動筆書寫，嘗試與讀者們一起再多理解一些關于粒子的事情，重新拿起這張航海圖，為優化它的一小部分做出貢獻，再一次，重新思考大自然。

原標題：《量子物理是青年看待世界的方式，敢于將目光投向未知｜此刻夜讀》

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