上帝掷骰子吗 - (TXT全文下载)

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书籍内容：

上帝掷骰子吗――量子物理史话

序

如果要评选物理学发展史上最伟大的那些年代，那么有两个时期是一定会入选的：17世纪
末和20世纪初。前者以牛顿《自然哲学之数学原理》的出版为标志，宣告了现代经典物理
学的正式创立；而后者则为我们带来了相对论和量子论，并最彻底地推翻和重建了整个物
理学体系。所不同的是，今天当我们再谈论起牛顿的时代，心中更多的已经只是对那段光
辉岁月的怀旧和祭奠；而相对论和量子论却仍然深深地影响和困扰着我们至今，就像两颗
青涩的橄榄，嚼得越久，反而更加滋味无穷。

我在这里先要给大家讲的是量子论的故事。这个故事更像一个传奇，由一个不起眼的线索
开始，曲径通幽，渐渐地落英缤纷，乱花迷眼。正在没个头绪处，突然间峰回路转，天地
开阔，如河出伏流，一泄汪洋。然而还未来得及一览美景，转眼又大起大落，误入白云深
处不知归路……量子力学的发展史是物理学上最激动人心的篇章之一，我们会看到物理大
厦在狂风暴雨下轰然坍塌，却又在熊熊烈焰中得到了洗礼和重生。我们会看到最革命的思
潮席卷大地，带来了让人惊骇的电闪雷鸣，同时却又展现出震撼人心的美丽。我们会看到
科学如何在荆棘和沼泽中艰难地走来，却更加坚定了对胜利的信念。

量子理论是一个复杂而又难解的谜题。她像一个神秘的少女，我们天天与她相见，却始终
无法猜透她的内心世界。今天，我们的现代文明，从电脑，电视，手机到核能，航天，生
物技术，几乎没有哪个领域不依赖于量子论。但量子论究竟带给了我们什么？这个问题至
今却依然难以回答。在自然哲学观上，量子论带给了我们前所未有的冲击和震动，甚至改
变了整个物理世界的基本思想。它的观念是如此地革命，乃至最不保守的科学家都在潜意
识里对它怀有深深的惧意。现代文明的繁盛是理性的胜利，而量子论无疑是理性的最高成
就之一。但是它被赋予的力量太过强大，以致有史以来第一次，我们的理性在胜利中同时
埋下了能够毁灭它自身的种子。以致量子论的奠基人之一玻尔（Niels Bohr）都要说：“
如果谁不为量子论而感到困惑，那他就是没有理解量子论。”

掐指算来，量子论创立至今已经超过100年，但它的一些基本思想却仍然不为普通的大众
所熟知。那么，就让我们再次回到那个伟大的年代，再次回顾一下那场史诗般壮丽的革命
，再次去穿行于那惊涛骇浪之间，领略一下晕眩的感觉吧。我们的快艇就要出发，当你感
到恐惧或者震惊时，请务必抓紧舷边。但大家也要时刻记住，当年，物理史上最伟大的天
才们也走过同样的航线，而他们的感觉，和我们是一模一样的。

第一章 黄金时代

一

我们的故事要从1887年的德国开始。位于莱茵河边的卡尔斯鲁厄是一座风景秀丽的城市，
在它的城中心，矗立着著名的18世纪的宫殿。郁郁葱葱的森林和温暖的气候也使得这座小
城成为了欧洲的一个旅游名胜。然而这些怡人的景色似乎没有分散海因里希•鲁道
夫•赫兹（Heinrich Rudolf Hertz）的注意力：现在他正在卡尔斯鲁厄大学的一间
实验室里专心致志地摆弄他的仪器。那时候，赫兹刚刚30岁，也许不会想到他将在科学史
上成为和他的老师赫耳姆霍兹（Hermann von Helmholtz）一样鼎鼎有名的人物，不会想
到他将和卡尔•本茨（Carl Benz）一样成为这个小城的骄傲。现在他的心思，只是
完完全全地倾注在他的那套装置上。

赫兹的装置在今天看来是很简单的：它的主要部分是一个电火花发生器，有两个相隔很近
的小铜球作为电容。赫兹全神贯注地注视着这两个相对而视的铜球，然后合上了电路开关
。顿时，电的魔力开始在这个简单的系统里展现出来：无形的电流穿过装置里的感应线圈
，并开始对铜球电容进行充电。赫兹冷冷地注视着他的装置，在心里面想象着电容两段电
压不断上升的情形。在电学的领域攻读了那么久，赫兹对自己的知识是有充分信心的，他
知道，随着电压的上升，很快两个小球之间的空气就会被击穿，然后整个系统就会形成一
个高频的振荡回路（LC回路），但是，他现在想要观察的不是这个。

果然，过了一会儿，随着细微的“啪”的一声，一束美丽的蓝色电花爆开在两个铜球之间
，整个系统形成了一个完整的回路，细小的电流束在空气中不停地扭动，绽放出幽幽的荧
光。

赫兹反而更加紧张了，他盯着那串电火花，还有电火花旁边的空气，心里面想象了一幅又
一幅的图景。他不是要看这个装置如何产生火花短路，他这个实验的目的，是为了求证那
虚无飘渺的“电磁波”的存在。那是一种什么样的东西啊，它看不见，摸不着，到那时为
止谁也没有见过，验证过它的存在。可是，赫兹是坚信它的存在的，因为它是麦克斯韦（
Maxwell）理论的一个预言。而麦克斯韦理论……哦，它在数学上简直完美得像一个奇迹
！仿佛是上帝的手写下的一首诗歌。这样的理论，很难想象它是错误的。赫兹吸了一口气
，又笑了：不管理论怎样无懈可击，它毕竟还是要通过实验来验证的呀。他站在那里看了
一会儿，在心里面又推想了几遍，终于确定自己的实验无误：如果麦克斯韦是对的话，那
么在两个铜球之间就应该产生一个振荡的电场，同时引发一个向外传播的电磁波。赫兹转
过头去，在实验室的另一边，放着一个开口的铜环，在开口处也各镶了一个小铜球。那是
电磁波的接收器，如果麦克斯韦的电磁波真的存在的话，那么它就会穿越这个房间到达另
外一端，在接收器那里感生一个振荡的电动势，从而在接收器的开口处也激发出电火花来
。

实验室里面静悄悄地，赫兹一动不动地站在那里，仿佛他的眼睛已经看见那无形的电磁波
在空间穿越。铜环接受器突然显得有点异样，赫兹简直忍不住要大叫一声，他把自己的鼻
子凑到铜环的前面，明明白白地看见似乎有微弱的火花在两个铜球之间的空气里闪烁。赫
兹飞快地跑到窗口，把所有的窗帘都拉上，现在更清楚了：淡蓝色的电花在铜环的缺口不
断地绽开，而整 ............

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