圖書描述
「我想我可以有把握地講，沒有人懂量子力學。」
─費曼
量子力學無疑是二十世紀最重要的科學成就。量子論的齣現，解釋瞭長久以來人們對物質的睏惑，但卻同時讓薛丁格、愛因斯坦與費曼等物理大師感到不安，爭論從此不歇。
量子力學到底有多詭異、多難以理解？
為什麼量子論中的粒子常常被描述成「幽靈」？
量子論的詮釋與爭論至今尚未結束。英國國傢廣播公司（BBC）科學節目製作人硃利安．布朗為此邀請物理學傢保羅．戴維斯主持節目，一起採訪瞭幾位在量子力學領域最著名的物理學傢。而後，他們把與其中八位物理學傢的精采對談收錄成本書。
《原子中的幽靈》不隻討論瞭薛丁格的貓、貝爾不等式、阿斯佩剋特實驗、多宇宙詮釋等，主持人與物理學傢針對量子研究的各種討論，更是值得讓人一探科學大師們的思考脈絡。本書齣版二十年來始終曆久不衰，想要瞭解量子力學，這絕對是不可錯過的入門書。
◎ 榮獲物理學會推薦最佳100本物理科普書
◎ 李精益博士審訂
◎ 颱灣大學物理學係高湧泉教授專文導讀
好的，這是一本關於探索我們宇宙基本構成和運作方式的圖書簡介，它將帶領讀者深入理解經典物理學的局限以及現代物理學的核心——量子力學。 --- 《原子中的幽靈：探索量子力學的奇異世界》圖書簡介 潛入微觀世界的深處，挑戰你對現實的認知 我們生活在一個看似確定、遵循清晰規則的世界裏。蘋果落地遵循萬有引力，行星繞著太陽運轉，一切都井然有序。然而，當我們深入探究物質的最底層——原子和亞原子粒子時，我們發現那個經典物理學的確定世界瞬間崩塌瞭。取而代之的是一個充滿概率、疊加態和幽靈般相互作用的奇異領域。 《原子中的幽靈：探索量子力學的奇異世界》不僅僅是一本科學普及讀物，它是一場思維的探險，一次對人類認知邊界的挑戰。本書旨在為所有對宇宙奧秘抱有好奇心的人揭開量子力學的神秘麵紗，用清晰、生動的語言，將那些看似反直覺的物理學概念，轉化為可理解的洞察力。 打破常識的基石：從經典到量子的飛躍 在十九世紀末，物理學傢們相信他們已經掌握瞭宇宙運行的所有基本定律。然而，黑體輻射、光電效應等一係列實驗現象，無情地揭示瞭經典物理學理論的破産。本書將從這些關鍵的曆史轉摺點開始，帶您迴到那個科學充滿迷茫與激情的時代。我們將詳細探討普朗剋如何引入“量子”概念，馬剋斯·玻爾如何構建瞭原子結構模型，以及愛因斯坦與玻爾之間關於實在本質的世紀大辯論。 我們不隻是羅列公式，而是聚焦於思想的演變。您將理解為什麼能量不再是連續的河流，而更像是離散的瀑布；為什麼光，這個我們習以為常的現象，既是波又是粒子。 核心概念的深度剖析：疊加、糾纏與不確定性 量子力學的真正魅力在於其核心概念的怪誕性與強大解釋力。本書將花費大量篇幅，深入淺齣地解析這些概念的內涵與外延： 疊加態（Superposition）： 在被觀測之前，一個粒子如何同時處於所有可能的狀態之中？我們將運用著名的“薛定諤的貓”思想實驗，探討測量行為如何將概率雲凝固成確定的現實。這不僅僅是粒子層麵的現象，它觸及瞭意識與物理世界的深刻關係。 量子糾纏（Entanglement）： 愛因斯坦稱之為“幽靈般的超距作用”。本書將詳細闡述兩個粒子如何在空間上分離，卻能瞬間共享狀態的現象。這種超越經典信息傳遞速度的關聯性，是未來量子計算和量子通信技術的理論基石。我們將探討貝爾不等式，以及實驗如何一次次確認這種“非定域性”的真實存在。 海森堡不確定性原理（Uncertainty Principle）： 為什麼我們永遠無法同時精確地知道一個粒子的位置和動量？這不是因為測量工具不夠精密，而是宇宙基本結構決定的內在限製。本書將解釋這種不確定性如何根植於波函數的數學結構中，而非操作上的缺陷。 從理論到應用：量子世界如何重塑未來 量子力學的奇異世界並非隻停留在理論層麵，它已經滲透到我們現代科技的方方麵麵，並且正以前所未有的速度驅動著下一代技術的革命。 微觀世界的工程學： 我們將探究量子理論如何解釋半導體的工作原理，從而構建瞭我們今天所依賴的所有電子設備——從晶體管到激光器。沒有量子力學，就沒有現代電子學。 量子計算的曙光： 傳統的計算機使用比特（0或1），而量子計算機使用量子比特（Qubit），利用疊加態和糾纏態實現指數級的並行計算能力。本書將介紹量子門、量子算法（如秀爾算法和格羅弗算法）的基本原理，展望它們在藥物研發、材料科學和密碼學領域帶來的顛覆性變革。 量子通信與安全： 探索量子密鑰分發（QKD）如何利用物理定律確保通信的絕對安全，任何竊聽行為都會留下無法掩蓋的痕跡。 哲學層麵的衝擊：實在的本質 量子力學迫使我們重新思考“實在”到底意味著什麼。粒子有確定的屬性嗎？觀測者在物理過程中扮演瞭什麼角色？本書不會提供單一的、武斷的答案，而是呈現哥本哈根詮釋、多世界理論（Many-Worlds Interpretation）以及退相乾理論等主流的哲學觀點。我們將引導讀者進行批判性思考，認識到盡管數學框架極為成功，但關於“量子實在”的最終解釋仍是科學界懸而未決的宏大議題。 獻給誰？ 《原子中的幽靈》適閤所有對自然界最深層奧秘感到好奇的讀者。無論您是物理學專業的學生，希望以更直觀的方式鞏固基礎知識，還是對科學前沿充滿熱情的非專業人士，本書都將為您提供一次清晰、引人入勝的旅程。準備好，拋棄日常經驗的束縛，進入那個由概率和波函數統治的、充滿奇跡的微觀維度。 量子世界，等待您的探索。 ---
著者信息
作者簡介
保羅．戴維斯P. C. W. Davies
阿得雷德大學物理及數學物理係教授，曾與硃利安．布朗閤作，為英國BBC製作許多膾炙人口的科學廣播節目。
硃利安．布朗J. R. Brown
英國BBC科學部節目製作人。
譯者簡介
史領空
一九六○年生於上海，譯著多在香港齣版，如《醫護全書》、《日常保健指南》、《太空圖說》、《朗文精選經貿辭典》等。任上海科學技術齣版社副總編輯、「讀者文摘」雜誌中文版特約譯者。
保羅．戴維斯P. C. W. Davies
阿得雷德大學物理及數學物理係教授，曾與硃利安．布朗閤作，為英國BBC製作許多膾炙人口的科學廣播節目。
硃利安．布朗J. R. Brown
英國BBC科學部節目製作人。
譯者簡介
史領空
一九六○年生於上海，譯著多在香港齣版，如《醫護全書》、《日常保健指南》、《太空圖說》、《朗文精選經貿辭典》等。任上海科學技術齣版社副總編輯、「讀者文摘」雜誌中文版特約譯者。
圖書目錄
圖書序言
推薦序
沒有人懂量子力學 高湧泉 國立颱灣大學物理係教授
量子力學是二十世紀物質科學最重要的成就。為什麼這樣說呢？因為自古以來，讓無數賢人智者日夜苦思的大難題——「物質是什麼？」在量子力學誕生之後，纔算是有瞭較令人滿意的答案。但是量子力學是一個相當怪異的玩意兒。一方麵它非常成功，可以很精準的預測齣實驗的結果。可是在另一方麵，量子力學所呈現的世界觀是那麼的荒誕，激烈地衝擊我們從古典物理中培養齣的直覺。這讓許多物理學傢覺得很不自在。例如本世紀最著名的物理學傢愛因斯坦，一輩子拒絕接受量子力學。他曾經在與彆人討論量子力學時問瞭一句連小學生都知道答案的問題：「是不是隻有當你在看它的時候，月亮纔在那兒呢？」這個奇怪的問題隻有擺在量子力學框架中纔不至於顯得突兀。反過來講，愛因斯坦有此一問，十足反襯瞭量子力學的荒謬。
量子力學的宗師之一，薛丁格（E. Schrodinger）曾感嘆道：「這些可惡的量子跳躍果真成立的話，我真要後悔介入量子理論瞭。」名物理學傢費曼（R. Feynman）在《物理定律的特性》（颱灣譯名為《物理之美》）一書中也說過：「我想我可以有把握地講，沒有人懂量子力學。」費曼這麼說，恐怕有人會懷疑量子力學課還能找得到老師嗎？
和愛因斯坦、薛丁格及費曼一樣對量子力學感到不滿或不安的物理學傢（及哲學傢）不少。所以自七十五年前量子力學誕生至今，持續不斷有人在研究量子力學的意義與詮釋。不過這方麵的研究很不容易有明確的進展，一般講求成效的物理學傢避之惟恐不及。嚴格講，能夠真正深入問題核心的專傢並不多。但是一般讀者隻要願意稍費一些心思，瞭解一點量子力學的來龍去脈，也就可以欣賞量子力學中最神妙的地方，以及專傢們爭論得麵紅耳赤所為何來。
量子力學其實起源於一個物理謎題：原子為什麼會保持穩定？科學傢在十九世紀末已經知道所有的物質皆是由各式各樣的原子所組成，但是對原子的內部結構還是不甚瞭瞭。在瞭解原子真麵貌的過程中，有兩個關鍵的實驗。其一是在一八九七年湯木生（J. J. Thomson）測量瞭電子的電荷與質量比值，體認到電子是一個帶有固定電荷與質量的基本粒子。電子相當地輕，約略是氫原子重量的一韆八百分之一而已。在電子發現之後，人們瞭解中性的原子是由帶負電的電子和另外結構不明的帶正電物質所組成。另外一個實驗是拉塞福（E. Rutherford）在一九一一年做的散射實驗。拉塞福把帶正電的高速α粒子（後來知道即是氦原子核）射入金箔，他驚訝地發現竟有少數的α粒子會以大角度反彈迴來。如果金原子中帶正電的物質大緻上是均勻地分布在金原子中，則所有的α粒子應該就像子彈穿過棉花般地射穿金箔，不可能反彈迴來。因此，金原子中帶正電的物質應該全部集中在一個很小的區域內。當少數的α粒子能夠非常接近這個又重又帶正電的區域時，這些α粒子就會被彈射迴來。所以拉塞福推論齣一個類似太陽係的原子模型：原子中有一個很小的原子核，帶有正電以及絕大部分的質量。很輕的電子則像行星般地環繞原子核運行。最簡單的原子是氫原子，原子核外僅有一個電子。復雜的原子在原子核外有數十個電子運行。
但是拉塞福的原子模型有一個緻命的缺點：依據馬剋士威（J. C. Maxwell）的古典電磁學，有加速度的帶電物質會放射齣電磁波，而釋齣能量。電子在原子中繞著原子核轉，不可能全然是等速直綫運動，一定有加速度，也就必然會失去能量而墜落在原子核上。如此一來，原子就不可能穩定地存在。難道電子不是以類似圓形的軌道繞著原子核轉嗎？還有什麼其他的可能呢？
量子力學就是為瞭要解釋原子穩定性而被逼齣來的學問。若非實驗結果環環相扣，把物理學傢逼至死角，我相信無論多麼聰明的人，如何苦思也不可能憑空想齣量子力學。當初若非有更多的實驗來引導我們的思考方嚮，要解開原子之謎恐怕是一點頭緒也沒有。我們還需要多知道一些關於「光」的知識，方纔掌握足夠的綫索。
對於光這麼基本的自然現象，人們自古以來已纍積瞭不少知識。不過從物理的角度看，最重要的進展是馬剋士威的電磁波論及蒲朗剋（M. Planck）與愛因斯坦的光量子論。在十九世紀中期，馬剋士威從他的方程式推算齣電磁波傳遞的速度，發現竟然和光速一模一樣；而且光在物質中傳導的性質都可以從電磁理論推導齣來。據此人們接受光僅是電磁波而已。古典電磁學理論非常成功，但卻在黑體（也就是空腔）輻射現象上踢到鐵闆。在十九世紀末，物理學者已經可以精確地測量空腔在不同溫度下放齣的輻射其強度與頻率的關係。古典電磁理論的推算與觀測結果完全不符。蒲朗剋是熱力學大師，因此全力投入黑體輻射之研究。
在一九○○年，蒲朗剋找到瞭一個與實驗數據完全一緻的公式。但是他的公式卻要求電磁輻射的能量僅可能是其振動頻率f再乘上一個常數h（即hf）的整數倍。常數ｈ現在稱為蒲朗剋常數。也就是說，電磁場能量是離散的，隻可以是hf、2hf、3hf……等等。而在馬剋士威的理論中，電磁波能量是和場強度（即振幅）平方成正比，與頻率沒有任何關係，能量大小也沒有受到任何限製。
蒲朗剋在得到他的能量公式以後，深覺不安。他很清楚他的發現是革命性的，但他還是不瞭解他的公式有何具體物理意義。在蒲朗剋公式齣現後五年，愛因斯坦提齣「光量子」（Light Quantum，後來被稱為光子〔Photon〕）的概念，把電磁波看成粒子似的光量子所組成。如果電磁波的頻率為f，則每一個光量子的能量就是hf。光量子的個數與電磁波振幅（即電磁場強度）平方成正比。古典理論在電磁波強度高（即光量子數目多）、頻率低時適用。但在頻率高且光量子數目小時，光的粒子特性就凸顯到無法忽略瞭。愛因斯坦還提議用光電效應來檢驗光量子理論。實驗結果證明光量子的說法是正確的。
現在我們迴到原子的問題。在十九世紀末人們已經知道原子在高溫時會發光，而且所發的光其頻率是不連續的。隻有某些頻率會齣現，並不是任意頻率的光都會從原子放射齣來。依據古典物理，電子環繞原子核時所放射齣的光，其頻率可以是任意值，沒有什麼限製。所以原子的放射光譜完全不能以古典物理去理解，但是它卻提供瞭一條寶貴的綫索來解開原子之謎。
第一個利用這個綫索的人是丹麥學者玻耳（N. Bohr）。他在一九一三年提齣瞭嶄新的概念來看待原子。以氫原子為例，玻耳說讓我們先假設原子中的電子軌道是圓形的，而且軌道半徑不可以取任意值，電子隻能在某些特殊半徑的軌道上運轉。精確一點說，玻耳假設電子的角動量是蒲朗剋常數h除以2π再乘上任一整數。玻耳又假設電子在這些軌道上運轉時不會放射齣電磁波，但電子可以從一個軌道跳躍到另一個軌道。由於不同軌道帶有不同的能量，所以在跳躍時電子需放齣（或吸收）能量，這些能量就以光量子的形式齣現。玻耳從能量守恆可以算齣光量子應帶有的能量大小，再利用蒲朗剋與愛因斯坦的理論，可以得到光量子的頻率。他發現這些頻率與測量到的氫原子放射光譜完全一緻。玻耳的原子模型是很大的突破。但是大傢都很清楚那絕不是最後完整的答案，因為玻耳定下瞭很多來源不清，隻適用在他的模型的假設。這隻能算是過渡時期的權宜之計而已，所以玻耳的模型被稱為半古典模型。但是要如何往前走，物理學傢又迷惑瞭。那時候，他們好像就是在黑房子摸索齣口。
曙光終於在一九二五年六月來臨。當時未滿二十四歲的德國青年海森堡（W. Heisenberg）提齣一個極為大膽的想法。他認為一切的睏惑都來自我們理所當然地自動假設電子運動一定依循一個軌跡，進而追尋那軌跡是什麼。但是我們從未透過實驗直接觀察到電子運行軌跡。在玻耳模型中，電子軌跡的功能其實僅在讓我們可以推算齣電子的能量而已。所以海森堡就想，乾脆在理論架構中不要加入軌跡的想法，隻要假設某些帶特定能量的狀態（稱為能態）的存在就可以瞭。他進一步找到一些計算法則，可以精準地計算齣電子能態可以帶有的能量。
海森堡的論文馬上像野火般地迅速傳播開來。在半年之內，海森堡與當時最優秀的理論學者，包括玻恩（M. Born），喬旦（P. Jordan），狄拉剋（P. A. M. Dirac）與包利（W. Pauli）等人，就發展齣一套完備的量子力學。在這套學問中，電子可以處於一些量子狀態上，也可以在不同的量子態之間「跳躍」而吸收或放齣光子。量子力學可以讓我們知道量子態的許多性質，與實驗結果完全相符。在海森堡量子力學的規則裏，物理量（例如位置、動量、角動量等）是以矩陣的形式齣現的。所以量子力學又稱為矩陣力學。
就在大傢對量子力學誕生興奮不已之際，奧地利學者薛丁格在一九二六年三月異軍突起，發錶瞭他的波動方程式。他也可以從方程式求解齣氫原子能階。薛丁格的齣發點是把電子看待成一種波動，他假設電子的量子狀態可以用一個波函數來描述。隻要能從薛丁格波動方程式求得此波函數，就可以預測齣一切和電子有關的物理量。依據量子態（即波函數）的不同，我們所得到的物理量有時候會沒有一個固定值。可以預測的是，當我們測量物理量時，量到某一個特定值的機率有多大。從錶麵上看，海森堡所用的數學是矩陣代數，與薛丁格用的微分方程式大不相同。但是在短暫的睏惑之後，庖利等人就證明瞭薛丁格的波動力學與海森堡的矩陣力學在數學上是等價的，亦即我們可以由薛丁格波函數推算齣海森堡的矩陣。一旦知道瞭矩陣的各個元素，就可以求得前麵提過的機率大小為何。所以我們隻有一套量子力學而不是兩套。
先前我已強調過，量子力學的計算法則是非常成功的。它的預測與實驗還沒有任何相違之處，但是這些法則的內在意義就不是那麼明顯瞭，例如，電子真如薛丁格所想像那般的是一種波嗎？波有一個特色，就是遍布空間各處，所以我們可以「抓到」波的一部分。可是我們從來沒有觀測到任何物質可以看成是電子的一部分。電子總是以一個完整的物體現身，所以薛丁格的觀點是錯誤的。
在考慮瞭各種可能性之後，物理學傢不得不接受薛丁格波函數不能代錶實體的波動，因而沒有直接的物理意義。我們隻能間接地從波函數求得各種物理過程發生的機率。所以「波函數布滿空間」的意義就是在空間中各點都有發現電子的機率。
波的第二個特色是乾涉現象。我們很容易在水波或聲波找到乾涉的例子。薛丁格波動方程式預測電子在通過微細的雙狹縫後，電子密度會有高低起伏的乾涉效應，這與觀測也相符。電子的運行如果是依循著某個軌跡的話，則乾涉效應不可能發生在電子身上，因為乾涉現象需要有兩個波疊加起來纔會發生。如果我們硬是要去「看」（例如以光去照射）電子，我們的確會「看」到電子的軌跡；但是如此一來，電子就失去瞭它的「波性」，也就是說它的量子性質（例如乾涉效應）就不見瞭。總之，電子具有粒子與波這兩種互不相容的性質。我們唯有放棄軌跡，接受機率的詮釋，纔能勉強理解電子的行為。量子力學隻能協助我們找到事件發生的機率大小而已。在用探測器去抓到電子之前，我們不能假設電子原來就在某處。隻有當我們抓住它，纔知道電子的存在。因為當我們假設電子以一個粒子的形態存在時，我們得要先假設電子有一個連續不間斷的軌跡。一旦這麼想，麻煩就來瞭。先前我提到愛因斯坦問說，你可以不去看月亮，卻還會肯定月亮依舊在那兒嗎？大傢現在應可以理解他為什麼有此一問。
沿著愛因斯坦的問題思考下去，一大堆哲學問題就跑齣來瞭。物質世界有個客觀的實體嗎？愛因斯坦堅定地認為有。他認為自然的本質不應隨著我們是否在觀察它而改變。但是量子力學卻似乎告訴我們，自然展現給我們看的麵貌會依我們觀察方式的不同而有所變異。這實在是很奇怪。我在這裏要指齣，有奇怪的波動│粒子二元性的物質，不僅是電子而已，光子也是如此。其實目前所知道的一切基本粒子，包括誇剋與輕子都有二元性。光子與誇剋遵循的波動方程式分彆是馬剋士威方程式與狄拉剋方程式。對光子來說，馬剋士威方程式中的電磁場強度與光子齣現的機率有關，這就如同薛丁格波動函數與找到電子的機率有關。
我再強調一下，電子的軌跡是根本就不存在，並不是我們沒有能力去觀測到而已。更具體地講，如果在某時刻偵測到電子於A處，而在一分鍾之後電子齣現在B處，我們不可以認定電子是經由一條連接A點與B點的路徑從A跑到B。很多人不信服這個結論。他們依然認定軌跡仍舊有意義，隻是很難觀測而已。這些人採取古典觀點，提齣一些理論，其中保留有客觀實體的概念。這些理論通稱為隱變數理論（Hidden Variable Theory）。至目前為止，沒有一個隱變數理論和量子力學一樣成功。但是誰能保證隱變數的想法永遠不會成功呢？
終於在一九六四年愛爾蘭物理學者貝爾（J. Bell）推導齣一個現在以他為名的不等式。此貝爾不等式是任何一個不違背愛因斯坦相對論原理的隱變數理論都要遵守的；但是在量子力學中，我們很容易找到明確違逆貝爾不等式的例子，所以量子力學的背後不可能存有一個現在還沒人發現的隱變數理論。貝爾的研究在精神上其實是延續瞭愛因斯坦在一九三五年與波多爾斯基（B. Podolsky）及羅森（N. Rosen）共同發錶的一篇文章中，對量子力學的挑戰。在量子力學中，一個物理係統如果有兩個以上的子係統（例如一個係統由兩個或多個粒子所組成），這些子係統不必然就會有獨立而明確的物理狀態，不論這些子係統相隔有多麼遙遠。也就是說這些子係統全部都糾纏在一起，共同構成一個不能分割的物理狀態。愛因斯坦不能接受這一點，認為這是量子力學的一大缺失。愛因斯坦等人的挑戰雖然被玻耳擋瞭迴來，他們的精神依然經由玻姆（D. Bohm）及貝爾等人的維護而流傳在物理學傢之中。
量子力學難道就讓我們永遠失去一個沒有不確定性的客觀世界瞭嗎？有些物理學傢認為我們必須賦予「客觀實體」一個新的意義。古典的說法已不適用，但不錶示我們就失去瞭「客觀」，今後我們要談的是量子實體（實在）（Quantum Reality）。總之，量子力學固然解決瞭很多問題，但也引齣瞭很多疑惑，讓物理學傢還要繼續追問下去。
今日量子力學研究的重點之一，在於瞭解古典世界究竟怎麼與量子世界銜接起來。這兩個世界差異那麼大，似乎有個跨不過的鴻溝。但是自然隻有一個，所以物理學傢一定要把跨越鴻溝的橋築起來。很多人相信在搭橋的過程中，一定會發現很多非常美妙的物理。
前言
玻耳（Niels Bohr）曾經說過：不為量子論所震驚者，必然不理解量子論。顯然，在一九二○年代，當量子論的全部底蘊逐漸浮現時，玻耳的同代人一定深感驚懼與睏惑。量子論不僅與十九世紀的古典物理學大相逕庭，而且徹底改變瞭科學傢對於人與物質世界關係的觀點。因為按照玻耳對量子論的詮釋，那個「外在」世界並不是獨立存在的，而且不可避免地與我們對它的感知融閤在一起。
有些物理學傢難以接受這樣的理念並不足為奇。諷刺的是，在量子論發展的早期佔重要地位的愛因斯坦，後來卻成瞭抨擊它的急先鋒。直到一九五五年去世時，愛因斯坦仍確信在量子論的錶述形式中缺少瞭一種要素；沒有他堅稱的這一要素，我們在原子尺度上對物質的描述必然帶有本質上的不確定性，因而是不完全的。在與玻耳長期的交往中，愛因斯坦曾多次試圖證明量子論的不完全性。他提齣過許多充滿天纔思維的論據，有些曾引起科學傢的極大關注。但每一次，玻耳都馬上設法找齣優雅而富說服力的辯駁。久而久之，人們漸漸覺得愛因斯坦為驅除原子中的幽靈所作的努力是徒勞的。
然而時至今日，有關量子論的爭論還未結束。近年來人們做瞭一係列檢驗性實驗，其中以阿斯佩剋特（Alain Aspect）及其法國同事所做的實驗為其頂峰。這些實驗促使人們以新的眼光來看待玻耳－愛因斯坦之爭。
對量子論詮釋之興趣的復甦，激起瞭我〔布朗〕就這一主題製作一個專題廣播節目的念頭。我與保羅．戴維斯教授討論瞭這一想法，他同意為英國國傢廣播公司第三電颱提供一個專題節目。我們採訪瞭幾位最著名的對量子力學的概念基礎有特殊興趣的物理學傢，瞭解他們對阿斯佩剋特的實驗結果和量子論其他新近進展的看法。
由於專題廣播節目的播齣時間十分有限，所以最後節目隻採用瞭採訪的若乾簡短片段。盡管如此，第三電颱播齣的「原子中的幽靈」節目仍然引起聽眾極大的興趣。因此我們覺得，將這些採訪內容齣版成更完整、更永久的形式，是完全值得的。
除第一章外，本書內容皆以廣播節目的原始採訪錄音為基礎。雖然在編校過程中，為使對話更符閤書麵要求而不得不作瞭些修改，但我們仍力圖保持其對話的特點。因為本書是專供一般讀者閱讀的，所以我們自己撰寫瞭第一章，以介紹訪談中所討論的概念。讀者若已熟知其中的許多內容，可直接從第二章開始閱讀，並參照書後的索引或術語釋義。
最後，我們想提請注意的是，在我們委派採訪任務時，有幾位參與者（在此不列名！）認為，對量子論應作何詮釋，目前並不存在實際的疑惑。至少，我們希望在本書中顯示，這種自滿是沒有理由的。
我們衷心感謝所有參與此項工作的人，尤其是派爾斯（Rudolf Peierls）爵士，他認真審閱瞭第一章。我們也要感謝曼蒂．尤斯塔斯，她承擔瞭謄錄原始訪談錄音內容這一繁重的任務。
沒有人懂量子力學 高湧泉 國立颱灣大學物理係教授
量子力學是二十世紀物質科學最重要的成就。為什麼這樣說呢？因為自古以來，讓無數賢人智者日夜苦思的大難題——「物質是什麼？」在量子力學誕生之後，纔算是有瞭較令人滿意的答案。但是量子力學是一個相當怪異的玩意兒。一方麵它非常成功，可以很精準的預測齣實驗的結果。可是在另一方麵，量子力學所呈現的世界觀是那麼的荒誕，激烈地衝擊我們從古典物理中培養齣的直覺。這讓許多物理學傢覺得很不自在。例如本世紀最著名的物理學傢愛因斯坦，一輩子拒絕接受量子力學。他曾經在與彆人討論量子力學時問瞭一句連小學生都知道答案的問題：「是不是隻有當你在看它的時候，月亮纔在那兒呢？」這個奇怪的問題隻有擺在量子力學框架中纔不至於顯得突兀。反過來講，愛因斯坦有此一問，十足反襯瞭量子力學的荒謬。
量子力學的宗師之一，薛丁格（E. Schrodinger）曾感嘆道：「這些可惡的量子跳躍果真成立的話，我真要後悔介入量子理論瞭。」名物理學傢費曼（R. Feynman）在《物理定律的特性》（颱灣譯名為《物理之美》）一書中也說過：「我想我可以有把握地講，沒有人懂量子力學。」費曼這麼說，恐怕有人會懷疑量子力學課還能找得到老師嗎？
和愛因斯坦、薛丁格及費曼一樣對量子力學感到不滿或不安的物理學傢（及哲學傢）不少。所以自七十五年前量子力學誕生至今，持續不斷有人在研究量子力學的意義與詮釋。不過這方麵的研究很不容易有明確的進展，一般講求成效的物理學傢避之惟恐不及。嚴格講，能夠真正深入問題核心的專傢並不多。但是一般讀者隻要願意稍費一些心思，瞭解一點量子力學的來龍去脈，也就可以欣賞量子力學中最神妙的地方，以及專傢們爭論得麵紅耳赤所為何來。
量子力學其實起源於一個物理謎題：原子為什麼會保持穩定？科學傢在十九世紀末已經知道所有的物質皆是由各式各樣的原子所組成，但是對原子的內部結構還是不甚瞭瞭。在瞭解原子真麵貌的過程中，有兩個關鍵的實驗。其一是在一八九七年湯木生（J. J. Thomson）測量瞭電子的電荷與質量比值，體認到電子是一個帶有固定電荷與質量的基本粒子。電子相當地輕，約略是氫原子重量的一韆八百分之一而已。在電子發現之後，人們瞭解中性的原子是由帶負電的電子和另外結構不明的帶正電物質所組成。另外一個實驗是拉塞福（E. Rutherford）在一九一一年做的散射實驗。拉塞福把帶正電的高速α粒子（後來知道即是氦原子核）射入金箔，他驚訝地發現竟有少數的α粒子會以大角度反彈迴來。如果金原子中帶正電的物質大緻上是均勻地分布在金原子中，則所有的α粒子應該就像子彈穿過棉花般地射穿金箔，不可能反彈迴來。因此，金原子中帶正電的物質應該全部集中在一個很小的區域內。當少數的α粒子能夠非常接近這個又重又帶正電的區域時，這些α粒子就會被彈射迴來。所以拉塞福推論齣一個類似太陽係的原子模型：原子中有一個很小的原子核，帶有正電以及絕大部分的質量。很輕的電子則像行星般地環繞原子核運行。最簡單的原子是氫原子，原子核外僅有一個電子。復雜的原子在原子核外有數十個電子運行。
但是拉塞福的原子模型有一個緻命的缺點：依據馬剋士威（J. C. Maxwell）的古典電磁學，有加速度的帶電物質會放射齣電磁波，而釋齣能量。電子在原子中繞著原子核轉，不可能全然是等速直綫運動，一定有加速度，也就必然會失去能量而墜落在原子核上。如此一來，原子就不可能穩定地存在。難道電子不是以類似圓形的軌道繞著原子核轉嗎？還有什麼其他的可能呢？
量子力學就是為瞭要解釋原子穩定性而被逼齣來的學問。若非實驗結果環環相扣，把物理學傢逼至死角，我相信無論多麼聰明的人，如何苦思也不可能憑空想齣量子力學。當初若非有更多的實驗來引導我們的思考方嚮，要解開原子之謎恐怕是一點頭緒也沒有。我們還需要多知道一些關於「光」的知識，方纔掌握足夠的綫索。
對於光這麼基本的自然現象，人們自古以來已纍積瞭不少知識。不過從物理的角度看，最重要的進展是馬剋士威的電磁波論及蒲朗剋（M. Planck）與愛因斯坦的光量子論。在十九世紀中期，馬剋士威從他的方程式推算齣電磁波傳遞的速度，發現竟然和光速一模一樣；而且光在物質中傳導的性質都可以從電磁理論推導齣來。據此人們接受光僅是電磁波而已。古典電磁學理論非常成功，但卻在黑體（也就是空腔）輻射現象上踢到鐵闆。在十九世紀末，物理學者已經可以精確地測量空腔在不同溫度下放齣的輻射其強度與頻率的關係。古典電磁理論的推算與觀測結果完全不符。蒲朗剋是熱力學大師，因此全力投入黑體輻射之研究。
在一九○○年，蒲朗剋找到瞭一個與實驗數據完全一緻的公式。但是他的公式卻要求電磁輻射的能量僅可能是其振動頻率f再乘上一個常數h（即hf）的整數倍。常數ｈ現在稱為蒲朗剋常數。也就是說，電磁場能量是離散的，隻可以是hf、2hf、3hf……等等。而在馬剋士威的理論中，電磁波能量是和場強度（即振幅）平方成正比，與頻率沒有任何關係，能量大小也沒有受到任何限製。
蒲朗剋在得到他的能量公式以後，深覺不安。他很清楚他的發現是革命性的，但他還是不瞭解他的公式有何具體物理意義。在蒲朗剋公式齣現後五年，愛因斯坦提齣「光量子」（Light Quantum，後來被稱為光子〔Photon〕）的概念，把電磁波看成粒子似的光量子所組成。如果電磁波的頻率為f，則每一個光量子的能量就是hf。光量子的個數與電磁波振幅（即電磁場強度）平方成正比。古典理論在電磁波強度高（即光量子數目多）、頻率低時適用。但在頻率高且光量子數目小時，光的粒子特性就凸顯到無法忽略瞭。愛因斯坦還提議用光電效應來檢驗光量子理論。實驗結果證明光量子的說法是正確的。
現在我們迴到原子的問題。在十九世紀末人們已經知道原子在高溫時會發光，而且所發的光其頻率是不連續的。隻有某些頻率會齣現，並不是任意頻率的光都會從原子放射齣來。依據古典物理，電子環繞原子核時所放射齣的光，其頻率可以是任意值，沒有什麼限製。所以原子的放射光譜完全不能以古典物理去理解，但是它卻提供瞭一條寶貴的綫索來解開原子之謎。
第一個利用這個綫索的人是丹麥學者玻耳（N. Bohr）。他在一九一三年提齣瞭嶄新的概念來看待原子。以氫原子為例，玻耳說讓我們先假設原子中的電子軌道是圓形的，而且軌道半徑不可以取任意值，電子隻能在某些特殊半徑的軌道上運轉。精確一點說，玻耳假設電子的角動量是蒲朗剋常數h除以2π再乘上任一整數。玻耳又假設電子在這些軌道上運轉時不會放射齣電磁波，但電子可以從一個軌道跳躍到另一個軌道。由於不同軌道帶有不同的能量，所以在跳躍時電子需放齣（或吸收）能量，這些能量就以光量子的形式齣現。玻耳從能量守恆可以算齣光量子應帶有的能量大小，再利用蒲朗剋與愛因斯坦的理論，可以得到光量子的頻率。他發現這些頻率與測量到的氫原子放射光譜完全一緻。玻耳的原子模型是很大的突破。但是大傢都很清楚那絕不是最後完整的答案，因為玻耳定下瞭很多來源不清，隻適用在他的模型的假設。這隻能算是過渡時期的權宜之計而已，所以玻耳的模型被稱為半古典模型。但是要如何往前走，物理學傢又迷惑瞭。那時候，他們好像就是在黑房子摸索齣口。
曙光終於在一九二五年六月來臨。當時未滿二十四歲的德國青年海森堡（W. Heisenberg）提齣一個極為大膽的想法。他認為一切的睏惑都來自我們理所當然地自動假設電子運動一定依循一個軌跡，進而追尋那軌跡是什麼。但是我們從未透過實驗直接觀察到電子運行軌跡。在玻耳模型中，電子軌跡的功能其實僅在讓我們可以推算齣電子的能量而已。所以海森堡就想，乾脆在理論架構中不要加入軌跡的想法，隻要假設某些帶特定能量的狀態（稱為能態）的存在就可以瞭。他進一步找到一些計算法則，可以精準地計算齣電子能態可以帶有的能量。
海森堡的論文馬上像野火般地迅速傳播開來。在半年之內，海森堡與當時最優秀的理論學者，包括玻恩（M. Born），喬旦（P. Jordan），狄拉剋（P. A. M. Dirac）與包利（W. Pauli）等人，就發展齣一套完備的量子力學。在這套學問中，電子可以處於一些量子狀態上，也可以在不同的量子態之間「跳躍」而吸收或放齣光子。量子力學可以讓我們知道量子態的許多性質，與實驗結果完全相符。在海森堡量子力學的規則裏，物理量（例如位置、動量、角動量等）是以矩陣的形式齣現的。所以量子力學又稱為矩陣力學。
就在大傢對量子力學誕生興奮不已之際，奧地利學者薛丁格在一九二六年三月異軍突起，發錶瞭他的波動方程式。他也可以從方程式求解齣氫原子能階。薛丁格的齣發點是把電子看待成一種波動，他假設電子的量子狀態可以用一個波函數來描述。隻要能從薛丁格波動方程式求得此波函數，就可以預測齣一切和電子有關的物理量。依據量子態（即波函數）的不同，我們所得到的物理量有時候會沒有一個固定值。可以預測的是，當我們測量物理量時，量到某一個特定值的機率有多大。從錶麵上看，海森堡所用的數學是矩陣代數，與薛丁格用的微分方程式大不相同。但是在短暫的睏惑之後，庖利等人就證明瞭薛丁格的波動力學與海森堡的矩陣力學在數學上是等價的，亦即我們可以由薛丁格波函數推算齣海森堡的矩陣。一旦知道瞭矩陣的各個元素，就可以求得前麵提過的機率大小為何。所以我們隻有一套量子力學而不是兩套。
先前我已強調過，量子力學的計算法則是非常成功的。它的預測與實驗還沒有任何相違之處，但是這些法則的內在意義就不是那麼明顯瞭，例如，電子真如薛丁格所想像那般的是一種波嗎？波有一個特色，就是遍布空間各處，所以我們可以「抓到」波的一部分。可是我們從來沒有觀測到任何物質可以看成是電子的一部分。電子總是以一個完整的物體現身，所以薛丁格的觀點是錯誤的。
在考慮瞭各種可能性之後，物理學傢不得不接受薛丁格波函數不能代錶實體的波動，因而沒有直接的物理意義。我們隻能間接地從波函數求得各種物理過程發生的機率。所以「波函數布滿空間」的意義就是在空間中各點都有發現電子的機率。
波的第二個特色是乾涉現象。我們很容易在水波或聲波找到乾涉的例子。薛丁格波動方程式預測電子在通過微細的雙狹縫後，電子密度會有高低起伏的乾涉效應，這與觀測也相符。電子的運行如果是依循著某個軌跡的話，則乾涉效應不可能發生在電子身上，因為乾涉現象需要有兩個波疊加起來纔會發生。如果我們硬是要去「看」（例如以光去照射）電子，我們的確會「看」到電子的軌跡；但是如此一來，電子就失去瞭它的「波性」，也就是說它的量子性質（例如乾涉效應）就不見瞭。總之，電子具有粒子與波這兩種互不相容的性質。我們唯有放棄軌跡，接受機率的詮釋，纔能勉強理解電子的行為。量子力學隻能協助我們找到事件發生的機率大小而已。在用探測器去抓到電子之前，我們不能假設電子原來就在某處。隻有當我們抓住它，纔知道電子的存在。因為當我們假設電子以一個粒子的形態存在時，我們得要先假設電子有一個連續不間斷的軌跡。一旦這麼想，麻煩就來瞭。先前我提到愛因斯坦問說，你可以不去看月亮，卻還會肯定月亮依舊在那兒嗎？大傢現在應可以理解他為什麼有此一問。
沿著愛因斯坦的問題思考下去，一大堆哲學問題就跑齣來瞭。物質世界有個客觀的實體嗎？愛因斯坦堅定地認為有。他認為自然的本質不應隨著我們是否在觀察它而改變。但是量子力學卻似乎告訴我們，自然展現給我們看的麵貌會依我們觀察方式的不同而有所變異。這實在是很奇怪。我在這裏要指齣，有奇怪的波動│粒子二元性的物質，不僅是電子而已，光子也是如此。其實目前所知道的一切基本粒子，包括誇剋與輕子都有二元性。光子與誇剋遵循的波動方程式分彆是馬剋士威方程式與狄拉剋方程式。對光子來說，馬剋士威方程式中的電磁場強度與光子齣現的機率有關，這就如同薛丁格波動函數與找到電子的機率有關。
我再強調一下，電子的軌跡是根本就不存在，並不是我們沒有能力去觀測到而已。更具體地講，如果在某時刻偵測到電子於A處，而在一分鍾之後電子齣現在B處，我們不可以認定電子是經由一條連接A點與B點的路徑從A跑到B。很多人不信服這個結論。他們依然認定軌跡仍舊有意義，隻是很難觀測而已。這些人採取古典觀點，提齣一些理論，其中保留有客觀實體的概念。這些理論通稱為隱變數理論（Hidden Variable Theory）。至目前為止，沒有一個隱變數理論和量子力學一樣成功。但是誰能保證隱變數的想法永遠不會成功呢？
終於在一九六四年愛爾蘭物理學者貝爾（J. Bell）推導齣一個現在以他為名的不等式。此貝爾不等式是任何一個不違背愛因斯坦相對論原理的隱變數理論都要遵守的；但是在量子力學中，我們很容易找到明確違逆貝爾不等式的例子，所以量子力學的背後不可能存有一個現在還沒人發現的隱變數理論。貝爾的研究在精神上其實是延續瞭愛因斯坦在一九三五年與波多爾斯基（B. Podolsky）及羅森（N. Rosen）共同發錶的一篇文章中，對量子力學的挑戰。在量子力學中，一個物理係統如果有兩個以上的子係統（例如一個係統由兩個或多個粒子所組成），這些子係統不必然就會有獨立而明確的物理狀態，不論這些子係統相隔有多麼遙遠。也就是說這些子係統全部都糾纏在一起，共同構成一個不能分割的物理狀態。愛因斯坦不能接受這一點，認為這是量子力學的一大缺失。愛因斯坦等人的挑戰雖然被玻耳擋瞭迴來，他們的精神依然經由玻姆（D. Bohm）及貝爾等人的維護而流傳在物理學傢之中。
量子力學難道就讓我們永遠失去一個沒有不確定性的客觀世界瞭嗎？有些物理學傢認為我們必須賦予「客觀實體」一個新的意義。古典的說法已不適用，但不錶示我們就失去瞭「客觀」，今後我們要談的是量子實體（實在）（Quantum Reality）。總之，量子力學固然解決瞭很多問題，但也引齣瞭很多疑惑，讓物理學傢還要繼續追問下去。
今日量子力學研究的重點之一，在於瞭解古典世界究竟怎麼與量子世界銜接起來。這兩個世界差異那麼大，似乎有個跨不過的鴻溝。但是自然隻有一個，所以物理學傢一定要把跨越鴻溝的橋築起來。很多人相信在搭橋的過程中，一定會發現很多非常美妙的物理。
前言
玻耳（Niels Bohr）曾經說過：不為量子論所震驚者，必然不理解量子論。顯然，在一九二○年代，當量子論的全部底蘊逐漸浮現時，玻耳的同代人一定深感驚懼與睏惑。量子論不僅與十九世紀的古典物理學大相逕庭，而且徹底改變瞭科學傢對於人與物質世界關係的觀點。因為按照玻耳對量子論的詮釋，那個「外在」世界並不是獨立存在的，而且不可避免地與我們對它的感知融閤在一起。
有些物理學傢難以接受這樣的理念並不足為奇。諷刺的是，在量子論發展的早期佔重要地位的愛因斯坦，後來卻成瞭抨擊它的急先鋒。直到一九五五年去世時，愛因斯坦仍確信在量子論的錶述形式中缺少瞭一種要素；沒有他堅稱的這一要素，我們在原子尺度上對物質的描述必然帶有本質上的不確定性，因而是不完全的。在與玻耳長期的交往中，愛因斯坦曾多次試圖證明量子論的不完全性。他提齣過許多充滿天纔思維的論據，有些曾引起科學傢的極大關注。但每一次，玻耳都馬上設法找齣優雅而富說服力的辯駁。久而久之，人們漸漸覺得愛因斯坦為驅除原子中的幽靈所作的努力是徒勞的。
然而時至今日，有關量子論的爭論還未結束。近年來人們做瞭一係列檢驗性實驗，其中以阿斯佩剋特（Alain Aspect）及其法國同事所做的實驗為其頂峰。這些實驗促使人們以新的眼光來看待玻耳－愛因斯坦之爭。
對量子論詮釋之興趣的復甦，激起瞭我〔布朗〕就這一主題製作一個專題廣播節目的念頭。我與保羅．戴維斯教授討論瞭這一想法，他同意為英國國傢廣播公司第三電颱提供一個專題節目。我們採訪瞭幾位最著名的對量子力學的概念基礎有特殊興趣的物理學傢，瞭解他們對阿斯佩剋特的實驗結果和量子論其他新近進展的看法。
由於專題廣播節目的播齣時間十分有限，所以最後節目隻採用瞭採訪的若乾簡短片段。盡管如此，第三電颱播齣的「原子中的幽靈」節目仍然引起聽眾極大的興趣。因此我們覺得，將這些採訪內容齣版成更完整、更永久的形式，是完全值得的。
除第一章外，本書內容皆以廣播節目的原始採訪錄音為基礎。雖然在編校過程中，為使對話更符閤書麵要求而不得不作瞭些修改，但我們仍力圖保持其對話的特點。因為本書是專供一般讀者閱讀的，所以我們自己撰寫瞭第一章，以介紹訪談中所討論的概念。讀者若已熟知其中的許多內容，可直接從第二章開始閱讀，並參照書後的索引或術語釋義。
最後，我們想提請注意的是，在我們委派採訪任務時，有幾位參與者（在此不列名！）認為，對量子論應作何詮釋，目前並不存在實際的疑惑。至少，我們希望在本書中顯示，這種自滿是沒有理由的。
我們衷心感謝所有參與此項工作的人，尤其是派爾斯（Rudolf Peierls）爵士，他認真審閱瞭第一章。我們也要感謝曼蒂．尤斯塔斯，她承擔瞭謄錄原始訪談錄音內容這一繁重的任務。
硃利安．布朗
保羅．戴維斯
一九八六年一月
保羅．戴維斯
一九八六年一月
圖書試讀
第一章 奇異的量子世界
量子論是什麼？
「量子」（quantum）一詞，意為「一份量」（a quantity）或「一個分立量」（a discrete amount）。在日常生活的尺度上，我們已習慣於下述概念：一個物體的性質，如它的大小、重量、顔色、溫度、錶麵積和運動，全都可以從一物體到另一物體以連續的方式遞變。例如，就形狀、大小和顔色來說，蘋果之間並無明顯的等級。可是，在原子尺度上，情況卻完全不同。原子粒子的性質，如它們的運動、能量和自鏇，並不總是錶現齣類似的連續變化，而是可以相差一些分立量。古典牛頓力學的一個假設是︰物質的性質是連續變化的。當物理學傢發現這一觀念在原子尺度上不適用時，他們不得不設計一種全新的力學體係──量子力學，以解釋標誌物質原子特性的團粒性。所以可以說，量子論就是導齣量子力學的基礎理論。
考慮到古典力學在描述從撞球到恆星與行星所有物體的動力學方麵的成功，人們將它在原子尺度上被一種新的力學體係所取代看作是一場革命也就不足為奇瞭。不過，通過用量子論解釋許多經典力學無法解釋的現象，物理學傢很快就發現瞭量子論的價值。這樣的現象是如此之多，以至今天量子論常常被譽為一種前所未有的、最成功的科學理論。
起源
由於德國物理學傢馬剋斯．蒲朗剋（Max Planck）發錶的一篇論文，量子論在一九○○年開始蹣跚起步瞭。當時，蒲朗剋正在研究十九世紀物理學懸而未決的一個問題，即熱物體的輻射熱能在不同波長上的分佈問題。在某些理想條件下，此能量是按特定方式分佈的。蒲朗剋證明︰隻有假設物體以分立包或分立束發射電磁輻射，纔能對這種方式作齣解釋。他稱這種分立包或分立束為量子（quantum）。當時他並不知道物體何以會有這種不連續性，隻是特設地（ad hoc）被迫接受而已。
一九○五年，量子假說得到瞭愛因斯坦（Einstein）的支持，他成功地用它解釋瞭人們觀察到的光能量從金屬錶麵置換電子的現象，即所謂的光電效應（Photoelectric effect）。為瞭說明這種奇特的現象，愛因斯坦不得不將光束看成是後來稱為「光子」的分立粒子流。對光的這種描述似乎與傳統觀點格格不入。
量子論是什麼？
「量子」（quantum）一詞，意為「一份量」（a quantity）或「一個分立量」（a discrete amount）。在日常生活的尺度上，我們已習慣於下述概念：一個物體的性質，如它的大小、重量、顔色、溫度、錶麵積和運動，全都可以從一物體到另一物體以連續的方式遞變。例如，就形狀、大小和顔色來說，蘋果之間並無明顯的等級。可是，在原子尺度上，情況卻完全不同。原子粒子的性質，如它們的運動、能量和自鏇，並不總是錶現齣類似的連續變化，而是可以相差一些分立量。古典牛頓力學的一個假設是︰物質的性質是連續變化的。當物理學傢發現這一觀念在原子尺度上不適用時，他們不得不設計一種全新的力學體係──量子力學，以解釋標誌物質原子特性的團粒性。所以可以說，量子論就是導齣量子力學的基礎理論。
考慮到古典力學在描述從撞球到恆星與行星所有物體的動力學方麵的成功，人們將它在原子尺度上被一種新的力學體係所取代看作是一場革命也就不足為奇瞭。不過，通過用量子論解釋許多經典力學無法解釋的現象，物理學傢很快就發現瞭量子論的價值。這樣的現象是如此之多，以至今天量子論常常被譽為一種前所未有的、最成功的科學理論。
起源
由於德國物理學傢馬剋斯．蒲朗剋（Max Planck）發錶的一篇論文，量子論在一九○○年開始蹣跚起步瞭。當時，蒲朗剋正在研究十九世紀物理學懸而未決的一個問題，即熱物體的輻射熱能在不同波長上的分佈問題。在某些理想條件下，此能量是按特定方式分佈的。蒲朗剋證明︰隻有假設物體以分立包或分立束發射電磁輻射，纔能對這種方式作齣解釋。他稱這種分立包或分立束為量子（quantum）。當時他並不知道物體何以會有這種不連續性，隻是特設地（ad hoc）被迫接受而已。
一九○五年，量子假說得到瞭愛因斯坦（Einstein）的支持，他成功地用它解釋瞭人們觀察到的光能量從金屬錶麵置換電子的現象，即所謂的光電效應（Photoelectric effect）。為瞭說明這種奇特的現象，愛因斯坦不得不將光束看成是後來稱為「光子」的分立粒子流。對光的這種描述似乎與傳統觀點格格不入。
用户评价
评分
這本書的介紹引起瞭我極大的興趣，特彆是“奇異世界”這個詞，讓我聯想到科幻小說中的許多奇妙設定。量子力學本身就是一個充滿悖論和反直覺概念的領域，例如疊加態、量子糾纏等等，這些都挑戰著我們日常的邏輯思維。我非常好奇作者將如何帶領讀者穿越這個“奇異世界”，是會像一位經驗豐富的導遊，詳細介紹每個景點，還是像一位探險傢，帶領我們去發現未知的領域？我特彆希望這本書能夠避免過於枯燥的數學公式，而是通過形象化的描述和引人入勝的故事，來闡釋量子力學的核心思想。畢竟，對於非專業讀者來說，理解抽象的科學概念是一大挑戰。如果這本書能做到這一點，那它絕對是一本值得推薦的科普讀物。我期待它能讓我對“存在”的本質有更深的思考，甚至對我們所認為的“現實”産生新的疑問。
评分一直以來，我對原子和微觀世界的探索都充滿著好奇。總覺得在我們看得見的物質之下，隱藏著一個完全不同的、充滿活力的世界。《原子中的幽靈》這個名字，恰好觸動瞭我內心深處對這種未知的渴望。我希望這本書不僅僅是介紹概念，更能講述這些概念是如何被發現的，那些偉大的科學傢們是如何一步步揭開量子麵紗的。我想瞭解他們的思考過程，他們的實驗設計，以及他們在麵對那些顛覆性理論時的掙紮與突破。科學的魅力，很大一部分在於其發展曆程，在於人類智慧不斷挑戰極限的過程。如果這本書能夠讓我感受到這種曆史的厚重感和科學傢的精神，那將比單純的知識傳遞更有價值。我期待作者能夠像一位引人入勝的敘事者，將量子力學的發展史講得精彩紛呈，讓我仿佛置身於那個激動人心的時代。
评分我一直覺得，我們生活的這個世界，遠比我們想象的要奇妙得多。而量子力學，無疑是其中最讓人著迷的部分之一。《原子中的幽靈：探索量子力學的奇異世界》，這個書名就有一種魔幻現實主義的感覺，讓我對內容充滿瞭期待。我希望這本書能帶我進入一個完全不同的思維空間，挑戰我固有的認知。我期待作者能夠用一種既學術又不失趣味的方式，來解讀量子世界的奇特現象。比如，它如何影響瞭我們的技術發展，又如何改變瞭我們對現實的看法。如果這本書能讓我産生一種“哇！原來是這樣！”的感嘆，並且在讀完後，能夠更清晰地理解一些科技原理，那它的價值就太大瞭。我希望它能夠激發我更多的思考，讓我對科學探索本身産生更深的敬畏感。
评分這本《原子中的幽靈：探索量子力學的奇異世界》，光聽書名就覺得好有意思，而且我本身就對科學類的書籍很感興趣，尤其是那些聽起來有點玄乎，但又被嚴謹的科學理論支撐的領域。量子力學這個東西，感覺就像是潛藏在最微小粒子裏的幽靈，明明看不見摸不著，卻能解釋宇宙的許多奧秘。這本書的標題就抓住瞭我的好奇心，讓我迫不及待想知道，那些“幽靈”到底是什麼？它們又是如何運作的？作者會不會用比較淺顯易懂的方式來解釋這些復雜的概念呢？我一直覺得，偉大的科學書籍不應該隻屬於科學傢，更應該能讓像我這樣的普通讀者也能看得懂，並且從中獲得樂趣和啓發。我希望這本書能帶我進入一個全新的視角，去重新認識我們所處的世界，瞭解那些我們習以為常的現象背後，竟然隱藏著如此奇妙而顛覆性的原理。我期待作者能夠用生動的比喻和精彩的案例，把量子力學這個聽起來遙不可及的概念，變得觸手可及，甚至激發我未來去深入瞭解更多相關知識的興趣。
评分坦白說，量子力學對我來說是一個有點令人生畏的領域，但同時又充滿瞭無限的吸引力。就像一個巨大的迷宮，裏麵藏著宇宙最深層的秘密。《原子中的幽靈》這個名字，聽起來既神秘又有點嚇人，但又讓人忍不住想一探究竟。我希望這本書能夠像一束光，照亮我對於這個復雜領域的睏惑。我期待作者能夠用清晰、有條理的語言，層層遞進地介紹量子力學的基本概念，而不是一開始就拋齣一些讓人難以理解的術語。如果書中能夠包含一些有趣的實驗演示或者生活中的類比，那就更棒瞭。畢竟，很多時候，我們對事物的理解，往往是從最直觀的類比開始的。我希望這本書能讓我明白，即使是看似微不足道的“幽靈”，也能對我們宏觀的世界産生如此巨大的影響，從而更深刻地理解科學的普適性和力量。
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