《上帝掷骰子吗?》
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今天给大家讲一本非常优秀的科普读物,叫做《上帝掷骰子吗》。

听到这个这么晦涩的话题,很多朋友掉头就走。但是21世纪了,如果你不懂一点量子论的基础概念,你可能会和这个时代脱节。

给大家举两个小例子。第一个小例子,大家有没有看过《奇异博士》?那么如果没看过这部电影也没关系,也有很多关于平行宇宙的科幻小说或者是科幻电影。但是你知道平行宇宙的概念是从哪来的吗?真的是科幻小说家凭空想象的吗?显然不是,它其实来自于量子力学,量子论里面一个非常著名的实验以及它后面的假设。

再说《三体》,这是最近特别火的一本畅销科幻小说。那你真的把《三体》看懂了吗?举一个小例子,里边有一个就是三体人向地球发射了一个质子,就可以封住地球的所有科技进程,同时还实现了和地球在几十亿光年距离间的瞬间信息传输。那这是科幻的部分,还是它真实的有科学依据?我先卖个关子,后面咱们讲这本书里的时候,其实你都可以找到这些问题的答案。

再加上最近创业也很火,举一个小例子吧。最近无论是创业的人还是在企业里面的管理者,都会有一个明显的变化,就是从原来我们要把一件事情计划好再做,但现在就是要有一个大概的想法,以后用不停的试错和不停的迭代的方式去做我们的计划管理和更新。这是为什么?就是因为大家相信这个世界的根本已经变了。

原来我们相信世界是连续的,但我们现在相信世界是不连续的,是测不准的,是随机的,是概率的。以前的事件和未来的事件之间,是不存在绝对的因果关系,而这种世界观的颠覆,它来源于量子力学。

说了这么多,简单一句话:在未来,如果你要跟上时代的节奏和发展,你是必须要懂一些量子论的。市面上讲量子论和量子力学的书也是非常多,为什么我单单要给大家推荐这一本?是因为它根本就不像是一本科普读物,而它特别像另外一套书,就是《明朝那些事儿》。首先,作者就很像这位作者叫做曹天元,是一位不愿意透露具体身份的高人。不过最近他好像去了混沌研习社,给这些创业者们讲课,所以一定是一个高人。

第二个相似的地方就是,他们都是在网上先做的连载,首发在集中成册以后出版了现有的书。所以讲的非常有趣,非常接地气。只要你有初中的基础文化,你一定能把这本书看得懂。所以如果你想了解一下量子论,但只能看一本书的话,那这本书绝对是不二之选。

好了,翻开这本书,我保证你看前五页就一定会被它吸引。其实这本书包含了三条脉络。第一条脉络就是通过时间的维度,讲述了量子论的发展史,中间串起了很多历史上非常著名的事件。所以如果你是对历史比较有兴趣的朋友,你一定能看出很多有趣的事件和它背后产生的关联。

第二条主线其实就是告诉我们,量子论到底是什么,以及它对我们的人类文明进程产生了多么深远、多么重大的影响。这一块实际上有一点点烧脑,但我只是说一点点啊。如果你是一个理工男,对于量子论和科学,包括科幻本来就有很多的兴趣,那你一定可以在这里面找到非常多的趣味。

第三条线就是他在里面穿插了非常非常多的人物,当然都是历史上鼎鼎大名的科学家,从牛顿到爱因斯坦到波尔,到普朗克到薛定谔,这些鼎鼎大名的人物。他不光阐述了这些人对于科学和量子论的贡献,更重要的是他把它描述得非常像一个人,每一个人身上都有非常多的矛盾点和戏剧冲突,还有很多的小故事。

比如说,他可以告诉你,牛顿说苹果掉下来发明了万有引力,可能是假的,他只是个谣传。那爱因斯坦为什么前半生颠覆了所有的传统科学,发现了改变人类进程的相对论,同时也是量子论的奠基人之一,但到了后半生晚年,他却站到了量子论的对立面,拼命地反对他一手缔造出来的这个科学大厦。这些都是非常有意思的点。

同时,这本书的作者还有一种能力,我怀疑他是不是说过书。他的行文和文字非常像评书,里面有非常非常多渲染和引起你兴趣,以及让你产生情感共鸣的东西。所以呢,这本书虽然很厚,但我保证3~4天一定是可以把它看完的,非常非常有趣。

这本书给我本人最大的触动还是量子力学本身,以及它对我们这个世界带来的翻天覆地的变化。为什么量子力学和以往的科学发现有这么大的不一样?其实在量子力学之前,我们有牛顿的经典力学体系,还有爱因斯坦的相对论体系,他们都是不可逾越的高峰和伟大的经典。

但是大家注意,他们都在一个科学的范畴内,有一个最基础的假设,无论牛顿还是爱因斯坦,他们都相信,这个世界有一条终极的规律在左右着。只要我们找到那个终极规律,那世界就是连续的,是可预测的,并且是有因果规律的。

但是量子力学和量子论的发现,让科学正式进入了一种类宗教母模式。甚至很多人在了解量子论以后,非常容易地把量子论的很多推论和一些假设,以及一些科学的实验,去套上某些宗教的原理,甚至是套上很多迷信的色彩。但我们觉得这种肯定不是一个科学的态度。

但是从另外一个角度证明了的确,量子论是一个让科学家都没办法摸到头脑的东西。它是人类到现在为止最伟大的科学发现之一,但它的底层颠覆的是科学本身。这是一个非常讽刺,但也很无奈的结果。科学走到量子论这里,可能要检讨的不光是他的方法论,还有可能是它的基础假设,它的逻辑原点。

说到现在,我们还没有说到量子论到底是怎么改变我们的世界观。这就要提到几个量子论里边,让人完全无法接受,但又是铁铮铮事实的实验结果。

第一个实验就叫做电子双缝干涉实验。说到这个实验,没办法,我们一定要调动一点您初中的物理知识。大家都知道光是有波粒二象性的,就是它既是粒子又是波。所有的波又有一个特性,就是它会产生干涉。这个实验的原始实验就是光的干涉实验,把一束光打到一块不透明的板子上,而在这个板子上开两条纤细的小缝。那光通过这两条缝打到背后的墙上,是会出现两条光斑呢,还是会出现多条光斑?我们简单的做个判断,应该是出现两条光斑,因为其他都挡住了嘛,只有这两条缝光才能射进去。

但是实验结果证明,它会出现多条带有明暗相间的光斑,这就证明了光有衍射效果,它不是一种粒子,它还具有波的特征。那什么叫做电子双缝干涉实验呢?就是用电子数来模拟光线,同样做这个实验,做出来的结果非常出人意料,电子居然也出现了衍射条纹。也就是说电子它不是物质,它也是一种波,它不是一种真实存在的粒子,而是一种能量。

然后到了第二个阶段就更有意思,大家把电替换成小一点的碳原子,会出现同样的效果。总结一句话,这个实验的第一阶段,就已经证明了一个非常出人意料的事实,就是所有的物质都是一种能量,它都是一种波,而不仅仅是一种粒子。

那出人意料的其实还在后面。科学家们就想,那电出现干涉,是不是因为把电子移树打到这个屏幕上,所以它自己出现了干涉?那如果我把电子一个一个打,还会不会出现干涉条纹?当这个实验做完之后,发现把电子一个一个打一样会出现干涉条纹。那是谁和谁干涉的呢?如果要出现自己和自己干涉,它一定是在通过小缝之前,自己变成了两个电子,同时穿过了两条缝。这是一个违背我们常理的判断。

科学家打算用一个电子显微镜去看看,在打出一个电子经过那个双缝板的时候,它到底是经过了左边的缝,还是经过了右边的缝,还是它分裂成了两个电子同时穿过的这两条缝?最不可思议的是在这里,当科学家把这个电子显微镜放在实验仪器里边的时候,电子的这种干涉效应就消失了。也就是说它还原成了一种物质,它不再是一种波了。

这个实验说到这里,我觉得已经很晦涩了。再给大家总结一下,这个实验除了证明所有的物质都有波动性以外,更恐怖的是,科学家证明了一件事,就是人的观察本身会改变实验的结果。而且接着的推论就让人浑身起鸡皮疙瘩了:电子是所有基本粒子的一种,这个实验可以向外推广到所有的粒子。也就是说在人不观察的时候,所有的基础粒子都是一束波,而这束波是没有确切位置的,它是不存在的,或者换句话说它是无所不在的,它是存在在整个宇宙中任何一个位置的。

那它什么时候会变成一个粒子,有确定的位置,是因为有人对它进行了观察。再向下做一个推论,如果基础粒子都是这样,那所有的物质都是由基础粒子组成的,以此类推,就是所有的物质之所以存在,是因为人观察了它。

这本书里也说到一种非常极端的理论,就是月亮。当你看它的时候,它才在;当你转过头不看它的时候,它就消失了,它就变成一束波弥漫在整个宇宙当中。当你再回过头看它的时候,它瞬间又变成了一个物质本身,它又还原成了月亮。

我们把这个推论再向前推一步,那宇宙是不是由所有的粒子组成的?那也就是说宇宙现在的样子,其实是我们观察出来的。也就是说我们决定了宇宙长什么样子。这个在书里也有提到,现在有一个专有名词叫做参与宇宙。但反过头来,我们之前的认知又告诉我们,是宇宙万物创造了我们本身。那为什么我们又能够回过头来,用我们的观察去决定整个宇宙呢?想想都觉得这个命题是一个无解的命题。

到现在,全世界的科学家是没有办法解释这个实验的原因。我们只能接受这个结果,但关于这个实验的猜测解释倒是很多。比如说,有一种猜测就是电子是通过了A缝,也通过了B缝,同时也同时通过了A缝和B缝。但是在通过的那一瞬间,宇宙分裂了,分裂成了三个平行的宇宙。而宇宙A是电子从A缝打过去了,宇宙B是电子从B缝打过去了,而宇宙C是电子从两条缝变成波动状同时打出去了。

为什么我们观测不到其他几种现象?就是因为这件事情发生之后,你已经处在一个平行宇宙的一端,但另外的两个平行宇宙你是看不到的。大家知道所有的科幻小说里面的平行宇宙是从哪里来的吗?就是从电子双缝干涉实验的一种推论假设中衍生出来的一种科幻猜想而已。

同时再向后推动到我们的生命,有一个非常著名也非常有意思,在书中反复提到的假设,就是薛定谔的猫。在一个盒子里面放上一瓶毒药和一只猫,那这只猫肯定放进去是活的。接着呢,这瓶毒药是关联到一个粒子的。当这个粒子呈粒子状的时候,毒药就被释放出来,猫就死了。而如果这个粒子呈波动状的时候,那这个毒药就不被释放出来,猫就活了。

但是大家要注意,人不观察这个粒子的时候,这个粒子成的是一个它既是波又是粒子的不确定态。那那只猫到底是活了还是死了?照此类推,它唯一的可能性就是它既是活的,又是死的。

但把量子论这个看起来非常荒谬的实验连接到我们生命的时候,大家就觉得非常难以接受。同时由这个实验还衍生出了另外一个实验,我们可以在一件事情已经发生以后,去决定这件事情的结果。大家有兴趣的话可以看这本书的第九章,企图里面,他就讲了这么一个已经被真实做出来的实验。

而神奇的量子论,不光只有一个电子双缝干涉实验,还有一个1P2杨六的实验。实际上我再简单的说一下,它应该叫做量子纠缠。什么意思?当一个粒子分裂成两个粒子之后,它们两个会发生一种非常奇妙的纠缠关系。也就是说我们对一个粒子做任何一件事情,比如说让它转一圈,另外一个粒子马上立刻没有任何时间间隔的,就会反方向转一圈,无论它们的距离是一毫米还是100亿光年,只要它们产生了量子纠缠,距离对它们是无效的。

当你观察一个粒子,把它从一个波塌缩成一个粒子以后,那在另外一端,另外一个粒子也一定瞬间会做同样的动作,只不过有的时候它们的动作是对称的,是相协调的。这是什么概念?又要调动一点点大家的物理常识。大家知道,爱因斯坦的相对论规定了所有的物体是不能够超过光速的,但两个粒子之间传递有效信息,是可以超过所有的空间速度时间的。它们是没有时间间隔的,瞬时完成的信息传递是什么东西?用这么快的速度,没有一点时间间隔的,把一个信息从兄弟A传递到了兄弟B。

而这个神奇的还没完,我们再做另外一个推论,就是宇宙大爆炸是从一个基点,也就是说是一个密度非常高,但体积极小的粒子爆炸出来的。那以此推论,宇宙当中的所有粒子,是否都处在缠绕状态?只不过它是一个树状结构。当一层层的向上推论推论到底,它们其实是一种物质,现在所有物质表现出来的性状,其实归根到底是统一的。

说到这里,大家应该想到我们最开始说《三体》里面讲的,三体人把一颗质子打到地球,他们是怎么实现信息的瞬时没有任何延时的传输的?其实用的就是量子论里边这个量子纠缠的原理。而这个原理不是一个推论,在世界各地的实验室里都已经完成了对这个理论的实验检测,它是一个真实存在的现象。

但是话说回来,《三体》毕竟是小说,所以在《上帝掷骰子》这本书里,也对这种理论的实用性做出了一点点反驳。是因为三体人做了两个相互缠绕的质子,他把一个打到地球,另外一个留在了自己的星球。那他对一个质子做的所有的动作,都会瞬间反映在另外一个质子上,理论上是对的,但实际上他忽略的一点就是,地球人也同样会对质子产生观察。只要有观察,就会对这个粒子产生质的改变。那反过头来,这个粒子的控制权其实不在三体人,而是在所有对它产生观察的人或者是生命里边。

说完了这两个实验,大家有没有觉得,量子论把科学推到了这个高度,越来越接近某些宗教,特别是佛教的一些理论。比如说量子论说所有的物质都是波,在你不观测它的时候,它是弥漫在整个宇宙里边的,而佛教的一个最重要的教义就是这个世界是不存在的,万法皆空的。

但是我也读过一点佛学的书,所以有一点点了解。同时如果宇宙当中所有的粒子,都是原来一个粒子产生出来的,它们至今还处在缠绕状态的话,是否非常符合佛教说的众生平等?实际上我们所有的生命在最开始都是一种东西。而且参与宇宙,也就是说你的观察会决定宇宙走向,特别符合佛教里面讲的是万法唯心,所有的东西都是由你新生出来的,像是你意识产生出的投影啊。

我们今天不是讲佛学的书,但当你看了这本《上帝之骰子》,的确,它会把一个科学的事情讲得越来越像宗教。它充满了不确定性,原本我们认为非常熟悉、非常清楚的世界,反而现在变得非常的神秘莫测。而你再往深处想一想,这些神秘莫测的事情,会颠覆我们所有以往的世界观。

比如说,原来我们认为过去的事情会影响将来的事情,但一旦进入量子论的思维模式,我们会发现所有的事情是不连续的,过去的事情能不能决定未来的事情,这就是这本书为什么叫做《上帝掷骰子吗》。其实不光是我们这些吃瓜群众,真的这些量子力学、量子论的科学家们心中也是充满了疑惑,也有各种各样的矛盾。

这句话是怎么来的?是爱因斯坦和他的一生的对手,也是合作伙伴,量子力学共同奠基人波尔的一段对话。爱因斯坦就说,波尔难道上帝要掷骰子吗?不,亲爱的上帝不掷骰子。波尔回答,他说,亲爱的爱因斯坦别去指挥上帝应该怎么做。而霍金给他们两个更做了一个特别有意思的总结,叫做上帝不但掷骰子,他还把骰子扔到我们看不见的地方去了。

而这一点正是我觉得量子论本身的魅力所在,非常的不可知,非常的神秘而又非常的与众不同。这本书除了我刚才介绍的正片以外,其实它还有一个非常有意思的编外篇,在里面讨论一个非常有意思的历史谜题,就是为什么德国没有造出原子弹。

大家都知道,第二次世界大战开始之后,世界陷入了两派国家。一派就是纳粹的轴心国,另外一派就是我们的盟军。那我们普遍认为盟军这边是正义的,纳粹那边都是暴君。但是大家很难想到的是,其实科学家在这里边也必须站队。当然,很多科学家都选择了比较正义的这一方,站到了盟军这里,但也一定会有一批非常优秀的科学家,会选择为纳粹的轴心国服务。

尤其是纳粹德国,大家知道在整个战争开始的时候,纳粹德国拥有的是全世界密度最高的科学家群体。他们的科学尤其在量子力学和量子论的水平,绝对是世界前沿的。而研发原子弹最需要的科技成果,就是量子力学和量子论。那为什么这么一堆聪明的科学家,德国这么强大的科研实力,最后没有做出原子弹?这是一个世界谜题。

而在这个谜题里面还有一个最重要的人物,就是德国量子论科学家的领军人物,海森堡。海森堡是量子力学奠基人之一,就是那个和爱因斯坦吵架的波尔的学生,绝对是世界第一流、一等一的大师。而纳粹德国在1939年就开始,投入了巨大的精力去研发原子弹,但很遗憾,不能说很遗憾,应该是世界很庆幸他们一直没有研发出来。而且在1944年的时候停止了这项研究,反而是美国人和英国人研发出了原子弹,在1945年的8月6号,在广岛和长崎,第一次对人类实行了原子弹轰炸。这都是大家耳熟能详的故事。

那为什么它会成为一个世界上最大的谜题呢?就是因为从结果来看,我们的大科学家海森堡犯下了一个非常幼稚,甚至是高中初中学生才会犯的一个数学错误,导致这个原子弹没有造出来。那当二战结束以后,很多人去采访这位著名的科学家,他一口否认,说是德国人的技术实力不行。在他看来,就是因为我们的德国科学家有道德,我们觉得原子弹是一个反人类的东西,我们根本就不应该把它造出来。

当然这种言论,马上就激起了很多盟军科学家的愤慨。他们说,你们别把自己站在道德制高点,那是胡扯。你们就是因为算错了,你们就是因为实力不行,所以根本造不出原子弹。那这场架一直打了几十年,甚至一直到了199几年的时候,直到现在对这件事情也没有一个真实的判断。

但是说这件事情的书籍,以及演这件事情的话剧和音乐剧,比如说什么《海森堡之谜》啊,《海森堡的战争》啊,还有一个剧本叫做《哥本哈根》,讲的都是这件事情。而且随着时间的推进,和大家掌握的资料越来越多,这件事情还经历了很多次的反转。

比如说海森堡在过程当中就会拿出很多在1939年一直到1944年之间的证据,他就说,你看我们之前其实是没有算错的,我们给出了很多数据,都直接指向可以研发出原子弹,但我们是不愿意研发的,所以我们才向暴君希特勒给出了一份声明,说原子弹是不可能的。

但是呢,他也承认,的确,德国在一些原子弹的配件的生产供应,以及研发上,那是落后的。但对于原子弹本身,他们是领先的,绝对不落后于盟军。而盟军的这几位科学家呢,就说,你又开始胡说八道了。而且实际上就是你们这帮二流的人,没能研发出原子弹,而是我们这帮一流的科学家,最终在广岛引发了原子弹。

而海森堡这一派的科学家呢又来说,你们认为轴心国的纳粹是反人类的,他们是邪恶的,那你们在广岛和长崎投下的两颗原子弹,死的都是军人吗?你们就不反人类吗?我们为什么不研究原子弹,是因为我们也知道纳粹轴心国是不好的,但我必须效忠我的国家,于是我们就只能拖延研发原子弹的进程,而你们这些打着正义旗号的科学家,最终反而是研发出了这种反人类的核武器。

你看,这种嘴架吵得真的是公说公有理,婆说婆有理。但在1992年之前,绝大多数的史料的确证明,纳粹的科学家在计算当中是出现了一个失误,那这种证明更偏向于他们的确就是没有做出来。

直到92年的下半年,公布出了一份非常有意思的史料,就是在1939年一直到1944年中间,其实海森堡和他的师傅波尔见了一次面,两个人交流得非常不愉快。当然他的师傅波尔肯定是站在盟军这一边的。有证据表明,海森堡这次谈话是希望说服他的师傅波尔,不要再去研发原子弹,因为原子弹这种武器,它超越战争本身的道德底线,它会将人类毁灭。

所以他希望的是双方都不要研发这种武器,不要用一个更大的杀伤性的东西去左右这一场战争。那这个史料一披露,大家更多的就愿意相信,原来海森堡一派的纳粹科学家,不是没有这个实力,是他们真的不愿意研发这个原子弹。

但是到1998年,新的一些史料披露出来,当然又反驳了这个观点。到现在为止,用我们自己的科学家杨振宁那句话说,关于海森堡这个伟大科学家的专辑,到现在没有一个人能写得出来,也许它就会变成一个永远的谜题,留在我们的历史场合里面。