第 1 节 序言(第1页)

杰出的科学家是广受欢迎和爱戴的教授,往往也是出色的科普作家。爱因斯坦在提出相对论后撰写的《狭义与广义相对论浅说》一书,以及费曼的著作,都是科学家做科普的著名例子。科普是一种更广泛意义上的教育,而且在某种程度上来讲难度更高,因为受众更广,读者水平和知识背景更加参差不齐。因此我对著作颇丰的科普作家张天蓉女士充满敬意。

要写好物理方面的科普著作,作者本人必须具有深厚的学术修养,真懂物理,起码懂得自己所写的主题。当下一个时髦的主题正是「量子」,有关量子的文章、报道乃至广告可谓铺天盖地、数不胜数。然而,何为量子,何为量子力学,何为量子纠缠,有几个人能说得清楚?又有多少是道听途说、人云亦云,乃至以讹传讹?

在我们生活的信息时代,量子是不可或缺的要素。我们身边的手机、电脑、电视,以及其他一切电子产品,无不建立在依据量子力学发展起来的凝聚态物理的基础之上。我们就生活在这样一个量子的世界中,每个瞬间都被量子效应环绕包围,须臾不可摆脱,时刻浸淫其中。可以说,所谓现代社会,就是量子力学打造的时代。

然而,关于什么是量子,什么是量子力学,什么是更加神秘的量子纠缠,我们太缺乏一本立论正确又深入浅出的科普读物,为广大读者祛魅解惑。就在此时,张天蓉这本书应运而生。

首先,对于「什么是量子」的问题,作者用一个楼梯的比喻进行了形象化的解释:经典世界就像斜坡,像长度这样的物理量可以连续变化,而量子世界就像楼梯,只能一级一级地上升或者下降。那么,像这样的「楼梯」一级有多高呢?对长度而言,这样一个最小的单位只有 1.6×10 –33 厘米,比原子的直径小得多。在构成我们周遭一切物体的物质世界中,这样的「楼梯」无处不在,只是它们的尺度太小,我们不能直接观察到。这样一来,读者便会明白,市面上五花八门的以某种小颗粒制品冒充「量子」的产品,其实都与量子没有任何关系。

其次,对于「什么是量子力学」的问题,这本书通过介绍经典的双缝干涉实验,给出了量子力学的一项基本特征。物理学家费曼认为,杨氏双缝电子干涉实验是量子力学的心脏,「包含了量子力学最深刻的奥秘」。这个奥秘就是量子的波粒二象性:在量子力学中,物体可以同时既是粒子又是波!电子是粒子,它可以如子弹一样一颗一颗地发射;电子也是波,能像光波一样产生干涉。一个世纪以来,已经有许多实验证明了
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