有一天我们会原地消失，在另一个时空出现

谢谢阿方赠我这本《给孩子讲量子力学》，真的是好有意思的书。瑾宝小时候我曾经买过那本《quantum physics for babies》，熟悉了里面一个概念，就是在经典牛顿力学里面，能量是连续的。而在量子力学里面，能量是阶跃的。然而为什么会这样，怎么样才能实现阶跃，薛定谔的猫是什么东西，这些概念全都不懂。这本书，将量子力学的发展历史娓娓道来，概念也讲得很清楚。然而不得不说，想要明白量子力学，那还是差得远了。放弃吧，孩子还远远没有到能明白量子力学的地步。不过等到孩子们像我们这般大时，也许量子力学已经是一个人人都能熟知的概念了。

要讲量子力学，必须从经典力学开始讲起，这样就不得不提到牛顿先生，从一个砸到脑袋上的苹果发现了万有引力。有句话叫做：“人类一思考，上帝就发笑。”也许是上帝不愿意笑的那么频繁，于是就派遣了一些物理学家来到世上。这些大开脑洞的物理学家们，引领着人类慢慢靠近宇宙的真相，就像从密不透风的黑幕里掀开一条小小的缝，射进来光。有一个得了诺贝尔化学奖的物理学家卢瑟福对自己得了诺贝尔化学奖愤愤不平，原因是愤恨自己为什么得的不是物理学的奖。他说了一句名言：“科学研究，除了物理，其他都是集邮”。相信我，看完这本书，你会无比同意这句话，对这些物理学家们真的是崇拜得五体投地。

一、不确定性原理。所有微观世界中的粒子，包括原子，原子核，电子以及光子，全部都是量子的，他们不满足牛顿力学的规律。那么他们满足什么规律呢？答案是不确定性原理。在微观世界里，你无法同时测出物体的位置和动量。为什么会这样呢？为了测粒子的位置，我们首先得看见它。所谓的看见，就是让光打到物体上面，然后再反射进人眼或者显微镜里。而每种光都有自己的波长。如果光的波长比粒子的尺寸还长，那它就反射不回来了。而如果用波长比较短的光（能量也越大），它就会干扰到它原来的运动，这时候我们知道粒子的位置，却没法测准它的动量了。

二、物质为什么能保持稳定。现实中的物体都是由更小的原子组成的，如果用显微镜看这些物体，会发现在原子之间存在很多空隙，两个原子间的空隙大得不可思议。那为什么这些原子不会从空隙中掉下去呢？卢瑟福发现原子由带正电的原子核和一些带负电的电子组成。而原子中的电子，并不在一个个独立的轨道上运动，而像鬼影一样到处移动。换句话说，电子的位置是不确定的，任何时刻都会同时出现在很多地方，只有当我们去看的时候，才知道电子具体出现在哪里；如果不去看，电子就会同时呆在很多地方。两个原子之间既有相斥（物体不会塌陷），又有化学键使之相吸（不会爆炸）。

三、量子力学的作用。第一个应用是激光。光由光子组成。每个光子都有一定能量。但激光比较特别，它里面的每个光子的能量都是一样大的。所以激光的能量可以破坏特定的电子能量，激光脱毛，激光祛斑都基于这个原理。LIGO探测引力波的关键技术之一都也激光。那么激光是怎么产生的呢？激光产生的过程如同雪崩。当一个光子打入原子，可以诱导原子中的电子从高轨道跑到低轨道，同时发出跟第一个光子能量完全相同的新光子。这两个光子再打入两个新原子，就会跑出四个一样的光子。不断进行下去，就会形成一种原子的雪崩效应，产生大量的光子，这样产生出来的就是激光。第二个应用是半导体。这里面有一个摩尔定律非常出名，它说当价格不变时，每过两年，半导体芯片所容纳的晶体管数目会增加一倍。这意味着，一个芯片的计算能力每过两年就会翻一番目前最小的芯片尺寸已经做到只有纳米，照这个速度发展下去，到2030年，晶体管就会变得只有一个原子那么大。到那个时候，不确定性原理就会起作用，直接干扰到这些晶体管的运行。也就说，或许半导体芯片到2030年以后就会停止发展了。第三个应用还没出现在现实中，就是量子传输。1982年，三位物理学家发现一个重要的定理，叫量子不可克隆定理。他说的是，在量子世界，没有一个东西可以被完全的复制。虽然量子不可克隆定理禁止了微观世界中的拷贝，但却没有禁止微观世界中的传输。就是说，在量子世界中，你还是可以把一个微小物体的信息全部复制到一堆原材料里，从而造出一个一摸一样的东西，但是与经典世界不同的是，原来的物体一定会被破坏掉。最终的效果是，一个物体会从自己原来的位置消失，与此同时，另一个地方会出现一个一摸一样的东西。

四、量子计算机。经典计算机最基本的元器件是二极管，主要功能是开和关。而量子计算机不一样，根据不确定性原理，一个微观粒子既可以出现在一个地方，又可能出现在另一个地方。它有一个概率既可以是开的，也可以是关的。这种状态就和薛定谔的猫很像。这样，量子计算机的开关可以同时表达0和1这两个数字，所以量子计算机的计算能力会非常强大。

总的来说，这是一本很好的科普量子力学的书，作者功力深厚，旁征博引，物理学家们的传闻逸事很有趣，里面用到的比喻也生动无比。不足之处在于，在很多情况下假设我们知道基本的概念，而事实上不是物理学出身的并不会知道这些概念，更不用说明白原理，但已经很好了。毕竟，这只是一本240页的薄薄的书。要明白量子力学，那智商足够的情况下，估计要老老实实去读个学位才能入门吧。