从干涉实验、化学反应到晶体管的科学之旅 - 《量子宇宙》读后感

在《量子宇宙》这本书中，作者没有讲述历史和发现的故事，而是从头到尾用公式推导来展示宇宙和现代物理学的壮美。

量子理论处理的是概率，而不是确定性。大自然在某些方面本质上就是由或然率支配的。计算粒子出现的概率是我们能做到的极限。

著名的干涉实验中，电子同时位于波中的所有位置，一个电子运动在无穷条可能的路径上，是叠加态。在量子宇宙中，只要有可能都会发生，量子可以跃迁到任何的位置，但是概率并不一样，量子有更大的可能达到某些状态，最后在宏观尺度，就呈现出特定的统计规律，就有了世界的确定性。

放射性衰变和基因突变类似的地方在于，并不需要什么外力触发，或者是宏图远谋，只是量子随机运动无穷多可能中发生了特定的一种。

量子不需要受到力的作用，也绝不会静止，随时运动是粒子的本质特征，唯一能确定的是概率。

可证伪的科学

科学理论不同于观点，其本质区别在于，科学理论必须是可证伪的。通过指明一组规则，判断理论适用范围内可能和不可能发生的情形，用规则做出预测，并通过观察来验证，只有预测和观察结果一致的理论才能存续。

量子物理的所有预测和理论，也只有在宇宙中得到验证，才能成为科学理论。经历从假说到理论的过程。

原子和电子的世界

我们看到的一切，生命、岩石、机械，还有每一颗恒星，都是上夸克和下夸克构成的原子核所组成的，电子则负责所有的化学反应。

原子的内部是如此的空旷而奇妙，如果站在质子上眺望空间，看到的只有一片虚无。

关于电子为什么以量子化的轨道运行，不会螺旋向内落向原子核，需要我们抛下偏见，而不是把微观世界的运行当做宏观尺度的缩小版，物理学研究的前沿，更是需要对世界如何运作持有完全开放的态度，量子世界，完全不是按照日常的经验来运作，没有可以参照的概念，只有学会接受、适应与实际经验相悖的世界观，才能理解量子物理。

这本书重点带着读者一起用公式推导了量子双缝干涉、电子轨道的量子化、还有化学键的形成，宇宙中最有趣的部分，还是电子的舞台，是电子的作用产生了所有化学反应，也是电子的跃迁，发出了我们看见的可见光。

是电子的避让使我们真正免于落入地面，并迫使电子占据不同的能级，使原子具有结构，最终产生化学键和大自然中看到的各种化学元素。

导体、绝缘体和半导体

电池引入微小的推力使电子加速，就像水往下流，因为最高能的电子有足够空间，能跃升到更高能级，所以成为电导体，而绝缘体之所以绝缘，是因为最高能的电子由于能量梯上的能隙被挡住无法到达更高能级。电阻可以看成是衡量电子通过原子晶格的不完全程度。

半导体的电流不像导体中那样由电子不受空着的涌下导线形成，它是电子流和空穴流的精巧组合。

在通过巧妙的设计和精巧的组合，就能制造出精确控制电流通过电路的微小器件，就是20世纪最重要的发明晶体管。

量子宇宙

粒子运动的概率法则是通过因果律传播的，宇宙中的每一个电子光子和质子都知道其他所有电子光子质子的存在，因果律决定了，不会有两个相同粒子能处在相同的状态。

虽然粒子可以在稍后时刻，出现在宇宙中任何其他位置，但是信息的传播是不能超过光速的，粒子的超距作用，并不能用来超光速传递信息。

量子力学再奇怪，也还没有奇怪到可以允许一粒沙子的粒子能独立的跃出火柴盒。沙子中的量子也并不是以相同的概率去到宇宙的所有地方，而是受到概率限制，更可能出现在某些地方，更有确定性的地方，就像薛定谔所说，单个粒子是完全随机不可预测的，正是因为如此，在宏观尺度的我们，需要足够大，才有足够的确定性和概率，有了可以存在和感知的世界。

我们体内的每个质子中子和电子都在不断的自由探索宇宙，我们得以存在的世界，是计算所有这些探索得到的总和。幸好原子能够以合理、稳定的排列，保持一个世纪，就是生命。