曹天元的《量子物理史話－上帝擲骰子嗎》是我比較喜歡的一本科普書，尤其喜歡它華麗的文字，使它能夠在不失科學性的同時做到引人入勝，這正是最考驗科普作者能力的關鍵。下面是我摘抄的精彩片段。
自序
如果要評選物理學發展史上最偉大的那些年代，那么有兩個時期是一定會入選的：17世紀末和20世紀初。前者以牛頓《自然哲學之數學原理》的出版為標志，宣告了近代經典物理學的正式創立；而后者則為我們帶來了相對論和量子論，并最徹底地推翻和重建了整個物理學體系。所不同的是，今天當我們再次談論起牛頓的時代，心中更多的已經只是對那段光輝歲月的懷舊和祭奠；而相對論和量子論卻仍然深深地影響和困擾著我們至今，就像兩顆青澀的橄欖，嚼得越久，反而更加滋味無窮。
我在這里要給大家講的是量子論的故事。這個故事更像一個傳奇，由一個不起眼的線索開始，曲徑通幽，漸漸地落英繽紛，亂花迷眼。正在沒個頭緒處，突然間峰回路轉，天地開闊，如河出伏流，一瀉汪洋。然而還未來得及一覽美景，轉眼又大起大落，誤入白云深處不知歸路......量子力學的發展史是物理學上最激動人心的篇章，我們會看到物理大廈在狂風暴雨下轟然坍塌，卻又在熊熊烈焰中得到了洗禮和重生。我們會看到最革命的思潮席卷大地，帶來了讓人驚駭的電閃雷鳴，同時卻又展現出震撼人心的美麗。我們會看到科學如何在荊棘和沼澤中艱難地走來，卻更加堅定了對勝利的信念。
量子理論是一個極為復雜而又難解的謎題。她像一位神秘的少女，我們天天與她相見，卻始終無法猜透她的內心世界。今天，我們的現代文明，從電腦到激光，從核能到生物技術，幾乎沒有哪個領域不依賴于量子論。但量子論究竟帶給了我們什么？這個問題至今卻依然難以回答。在自然哲學觀上，量子論帶給了我們前所未有的沖擊和震動，甚至改變了整個物理世界的基本思想。它的觀念是如此的革命，乃至最不保守的科學家都在潛意識里對它懷有深深的懼意?，F代文明的繁盛是理性的勝利，而量子論無疑是理性的最高成就之一。但是它被賦予的力量太過強大，以致連它的創造者本身都難以駕馭，以致量子論的奠基人之一玻爾都要說：“如果誰不為量子論感到困惑，那他就是沒有理解量子論?！?/p>
掐指算來，量子概念的誕生已經超過整整100年，但不可思議的是，它的一些基本思想卻至今不為普通的大眾所熟知。那么，就讓我們再次回到那個偉大的年代，去回顧一下那場史詩般壯麗的革命吧。我們將沿著量子論當年走過的道路展開這次探險，我們將和20世紀最偉大的物理天才們同行，去親身體驗一下他們當年曾經歷過的那些困惑、激動、恐懼、狂喜和震驚。
天邊兩朵小小的烏云
如此多的新發現接連涌現，令人一時間眼花繚亂。每一個人都開始感覺到了一種不安，似乎有什么重大的事件即將發生。物理學這座大廈依然聳立，看上去依然那么雄偉，那么牢不可破，但氣氛卻突然變得異常凝重起來，一種山雨欲來的壓抑感覺在人們心中擴散。新的世紀很快就要來到，人們不知道即將發生什么，歷史將要何去何從。眺望天邊，人們隱約可以看到兩朵小小的烏云，小得那樣不起眼。沒人知道，它們即將帶來一場狂風暴雨，將舊世界的一切從大地上徹底抹去。而我們，也即將沖進這暴風雨的中心，去看一看那場天崩地坼的革命。
但是，在暴風雨到來之前，還是讓我們抬頭再看一眼黃金時代的天空，作為最后的懷念。金色的光芒照耀在我們的臉上，把一切都染上了神圣的色彩。經典物理學的大廈在它的輝映下，是那樣莊嚴雄偉，溢彩流光，令人不禁想起神話中宙斯和眾神在奧林匹斯山上那亙古不變的宮殿。誰又會想到，這震撼人心的壯麗，卻是斜陽投射在龐大帝國土地上最后的余暉。
科學史上的奇跡年
如果站在一個比較高的角度來看歷史，一切事物都是遵循特定的軌跡的，沒有無緣無故的事情，也沒有不合常理的發展。在時代浪尖里弄潮的英雄人物，其實都只是適合了那個時代的基本要求，這才得到了屬于他們的無上榮耀。
但是，如果站在廬山之中，把我們的目光投射到具體的那個情景中去，我們也能夠理解一個偉大人物為時代所帶來的光榮和進步。雖然不能說，失去這些偉大人物，人類的發展就會走向歧途，但是也不能否認英雄和天才們為這個世界所做出的巨大貢獻。
在科學史上，就更是這樣。整個科學史可以說就是以天才的名字來點綴的燦爛銀河，而有幾顆特別明亮的星辰，它們所發射出光芒穿越了整個宇宙，一直到達時空的盡頭。他們的智慧在某一個時期散發出如此絢爛的輝煌，令人嘆為觀止。一直到今天，我們都無法找出更加適合的字句來加以形容，而只能冠以“奇跡”的名字。
科學史上有兩個年份，便符合“奇跡”的稱謂，而它們又是和兩個天才的名字緊緊相連的。這兩年分別是1666年和1905年，那兩個天才便是牛頓和愛因斯坦。
哥本哈根解釋的核心
波恩的概率解釋、海森堡的不確定性原理和玻爾的互補原理，三者共同構成了量子論“哥本哈根解釋”的核心，至今仍然深刻地影響著我們對于整個宇宙的終極認識。
前兩者摧毀了經典世界的（嚴格）因果性，互補原理和不確定原理又合力搗毀了世界的（絕對）客觀性。新的量子圖景展現出一個前所未有的世界，它是如此奇特，難以想象，和人們的日常生活格格不入，甚至違背我們的理性本身。但是，它卻能夠解釋量子世界一切不可思議的現象。這種主流解釋被稱為量子論的“哥本哈根”解釋，它是以玻爾為首的一幫科學家作出的，他們大多數曾在哥本哈根工作過，許多是量子論本身的創立者。
哥本哈根解釋的基本內容，全都圍繞著三大核心原理而展開。
首先，（海森堡的）不確定性原理限制了我們對微觀事物認識的極限，而這個極限也就是具有物理意義的一切。
其次，因為存在著觀測者對于被觀測物的不可避免的擾動，現在主體和客體世界必須被理解成一個不可分割的整體。沒有一個孤立地存在于客觀世界的 “事物” （being），事實上一個純粹的客觀世界是沒有的，任何事物都只有結合一個特定的觀測手段，才談得上具體意義。對象所表現出的形態，很大程度上取決于我們的觀察方法。對同一個對象來說，這些表現形態可能是互相排斥的，但必須被同時用于這個對象的描述中，也就是（玻爾的）互補原理。
最后，因為我們的觀測給事物帶來各種原則上不可預測的擾動，量子世界的本質是“隨機性”（波恩的概率解釋）。傳統觀念中的嚴格因果關系在量子世界是不存在的，必須以一種統計性的解釋來取而代之，波函數Ψ就是一種統計，它的平方代表了粒子在某處出現的概率。當我們說“電子出現在X處”時，我們并不知道這個事件的“原因”是什么，它是一個完全隨機的過程，沒有因果關系。
有些人可能覺得非常糟糕：又是不確定又是沒有因果關系，這個世界不是亂套了嗎？物理學家既然什么都不知道，那他們還好意思呆在大學里領薪水，或者在電視節目上欺世盜名？然而事情并沒有想像的那么壞，雖然我們對單個電子的行為只能預測其概率，但我們知道，當樣本數量變得非常非常大時，概率論就很有用了。我們沒法知道一個電子在屏幕上出現在什么位置，但我們很有把握，當數以萬億計的電子穿過雙縫，它們會形成干涉圖案。這就好比保險公司沒法預測一個客戶會在什么時候死去，但它對一個城市的總體死亡率是清楚的，所以保險公司一定是賺錢的！
第五屆索爾維會議論辯
然而，1927年這場華山論劍，愛因斯坦終究輸了一招。并非劍術不精，實乃內力不足。面對浩浩蕩蕩的歷史潮流，他頑強地逆流而上，結果被沖刷得站立不穩，苦苦支撐。
1927年，量子革命的大爆發已經進入第三年，到了一個收官的階段。當年種下的種子如今開花結果，革命思潮已經席卷整個物理界，毫無保留地指明了未來的方向。越來越多的人終究領悟到了哥本哈根解釋的核心奧義，并誠心皈依，都投在量子門下。愛因斯坦非但沒能說服玻爾，反而常常被反駁得說不出話來，而且他這個“反動”態度引得了許多人扼腕嘆息。遙想1905年，愛因斯坦橫空出世，一年內六次出手，每一役都打得天搖地動，驚世駭俗，獨自創下一番轟轟烈烈的事業。當時少年意氣，睥睨群雄，揚鞭策馬，笑傲江湖，這一幅傳奇的畫面在多少人心目中留下了永恒的神往！可是，當年那個最反叛、最革命、最不拘禮法、最蔑視權威的愛因斯坦，如今竟然站在新生量子論的對立面！
愛因斯坦這一仗輸得狼狽。玻爾看上去沉默駑鈍，可是重劍無鋒，大巧不工，在他一生中幾乎沒有輸過哪一場認真的辯論。但是愛因斯坦不是那種容易被打敗的人，他逆風而立，一頭亂發掩不住眼中的堅決。他身后還站立著兩位，一位是德布羅意，一位是薛定諤。三人吳帶凌風，衣袂飄飄，在量子時代到來的曙光中，大有長鋏寒瑟，易水蕭蕭，誓與經典理論共存亡的悲壯氣概。
時光荏苒，一彈指又是三年，各方俊杰又重聚布魯塞爾，會面于第六屆索爾維會議。三年前那一戰已成往事，這第二次華山論劍，不知誰勝誰負？
對宇宙和諧秩序的癡癡信仰
1933年9月25日，埃侖費斯特在荷蘭萊登槍殺了他那患有智力障礙的兒子，然后自殺了。他在留給愛因斯坦、玻爾等好友的信中說：“這幾年我越來越難以理解物理學的飛速發展，我努力嘗試，卻更為絕望和撕心裂肺，我終于決定放棄一切。我的生活極度令人厭倦......我僅僅是為了孩子們的經濟來源而活著，這使我感到罪惡。我試過別的方法但是收效甚微，因此越來越多地去考慮自殺的種種細節，除此之外我沒有第二條路可以走了......原諒我吧。”
在愛因斯坦看來，埃侖費斯特的悲劇無疑是一個時代的悲劇。兩代物理學家的思想猛烈沖突和撞擊，在一個天翻地覆的飄搖亂世，帶給整個物理學以強烈陣痛。埃侖費斯特雖然從理智上支持玻爾，但當一個文化衰落之時，曾經為此文化所感之人必感到強烈的痛苦。昔日黃金時代的黯淡老去，代以雨后春筍般興起的新思潮，從量子到量子場論，原子中各種新粒子層出不窮，稀奇古怪的概念統治整個世界。愛因斯坦的心中何曾沒有埃侖費斯特那樣難以名狀的巨大憂傷？愛因斯坦遠遠地、孤獨地站在鴻溝的另一邊，看著年輕人們義無反顧地高唱著向遠方進軍，每一個人都對他說他站錯了地方。這種感覺是那樣奇怪，似乎世界都顯得朦朧而不真實。難怪曾經有人嘆息說，寧愿早死幾年，也不愿看到現代物理這樣一幅令人難以接受的畫面。
不過，愛因斯坦卻仍然沒有倒下，雖然他身在異鄉，他的第二個妻子又重病纏身，不久將與他生離死別，可這一切都不能使愛因斯坦放棄內心那個堅強的信仰，那個對于堅固的因果關系，對于一個宇宙和諧秩序的癡癡信仰。愛因斯坦仍然選擇戰斗，他的身影在斜陽下拉得那樣長，似乎是勇敢的老戰士為一個消逝的王國做最后的悲壯抗爭。
量子論的出現徹底改變了世界
量子論在物理界的幾乎每一個角落都激起激動人心的浪花，引發一連串美麗的漣漪。
它深入固體物理之中，使我們對于固體機械和熱性質的認識產生了翻天覆地的變化，更打開了通向凝聚態物理這一嶄新世界的大門。在它的指引下，我們才真正認識了電流的傳導，使得對于半導體的研究成為可能，而最終帶領我們走向微電子學的建立。它駕臨分子物理領域，成功解釋了化學鍵和軌道雜化，從而開創了量子化學學科。如今我們關于化學的幾乎一切知識，都建立在這個基礎之上。而材料科學在插上了量子論的雙翼之后，才真正展翅飛翔起來，開始深刻地影響社會的方方面面。在量子論的指引之下，我們認識了超導和超流，我們掌握了激光技術，我們造出了晶體管和集成電路，為一整個新時代的來臨真正做好了準備。量子論讓我們得以一探原子內部那最為精細的奧秘，我們不但更加深刻地理解了電子和原子核之間的作用和關系，還進一步拆開原子核，領略到了大自然那更為令人驚嘆的神奇。在浩瀚的星空之中，我們必須借助量子論才能把握恒星的命運會何去何從。最后，很有可能，我們對于宇宙終極命運的理解也離不開量子論。
量子論的出現徹底改變了世界的面貌，它比史上任何一種理論都引發了更多的技術革命。核能、計算機技術、新材料、能源技術、信息技術……這些都在根本上和量子論密切相關。牽強一點說，如果沒有足夠的關于弱相互作用力和晶體衍射的知識，DNA的雙螺旋結構也就不會被發現，分子生物學也就無法建立，也就沒有如今這般火熱的生物技術革命……如果要評選20世紀最為深刻地影響了人類社會的事件，那么可以毫不夸張地說，它應該被授予量子力學及其相關理論的創立和發展。
也許我們仍然不能從哲學意義上去真正理解量子論，但它的進步意義依舊無可限量。雖然我們有時候還會偶爾懷念經典時代，懷念那些因果關系一絲不茍，宇宙的本質簡單易懂的日子，但這也已經更多地是一種懷舊情緒而已。正如電影《亂世佳人》的開頭不無深情地說：“曾經有一片屬于騎士和棉花園的土地叫老南方。在這個美麗的世界里，紳士們最后一次風度翩翩地行禮，騎士們最后一次和漂亮的女伴們同行，人們最后一次見到主人和他們的奴隸。而如今這已經是一個只能從書本中去尋找的舊夢，一個隨風飄逝的文明?！彪m然有這樣的傷感，但人們依然還是會歌頌北方揚基們最后的勝利，因為我們從他們那里得到更大的力量，更多的熱情，還有對未來更執著的信心。
尾聲
我們的史話終于到了盡頭。量子論在奇妙的氣氛中誕生，在亂世中艱難地成長起來，與一些偉大的對手展開過激烈的交戰。它建筑起經天緯地的巨構，卻也曾在其中迷失方向而茫然徘徊不已。它至今使我們深深困擾，卻又擔負著我們最虔誠、最寶貴的愿望和夢想。它最終的歸宿是什么？超弦？M理論？我們仍不清楚，但我們深信會出現一個量子引力理論，把整個物理學最終統一起來，把宇宙最終極的奧秘驕傲地譜寫在人類的歷史之中。
在新世紀的開始，物理學終于又一次走到了決定命運的關頭。我們似乎又站在一個大時代的前沿，光輝的前景令我們怦然心動，激動又慌亂，幾乎不敢去想像那是一個怎樣偉大的景象。最終的統一似乎已經觸手可及，甚至已經可以聽得到它的脈搏和心跳。歷史似乎在冥冥中峰回路轉，兜了一個大圈之后又回到100多年前，回到經典物理一統天下時那似曾相識的場景。但這次的意義甚至更偉大：當年的牛頓力學和麥克斯韋電磁論雖然彼此相容，但它們畢竟是兩個不同形式的理論！從這個意義上說，龐大的經典帝國最多是一個結合得比較緊密的聯邦。但這次不同了，那個傳說中的萬能理論，它能夠用同一個方程去描述宇宙間所有的現象，在所有的領域中，它都實現了直接而有效的統治。這是有史以來第一次，我們有可能完成實際意義上的徹底統一，把所有大權都集于一身，從而開創一個真正磅礴的帝國時代。
人們似乎已經看到了天空中，金色的光輝再一次閃耀起來，神圣的詩篇再一次被吟誦，回響在宇宙的每一個角落。當這個日子到來的時候，物理學將再一次達到它的巔峰，登上宇宙的極頂。極目眺望，眾山皆小，一切都在腳下。雖然很清楚歷史上這樣的神話最終歸于破滅，霍金仍然忍不住在《時間簡史》里說：“在謹慎樂觀的基礎上，我仍然相信，我們可能已經接近于探索自然的終極定律的終點。”
但是，統一以后呢？是不是一切都大功告成了？物理學是不是又走到了它的盡頭，再沒有更多的發現可以作出了？我們的后代是不是將再一次陷入無事可做的境地，除了修正幾個常數在小數點后若干位的值而已？或者，在未來的某一天，地平線上又會出現小小的烏云，帶來一場迅猛的狂風暴雨，把我們的知識體系再一次砸爛，并引發新的革命？歷史是不是這樣一種永無止境的輪回，大自然是不是永遠也不肯向我們展現它最終的秘密，而我們的探索，是不是永遠也沒有終點？
這一切都沒有答案，我們只能義無反顧地沿著這條道路繼續前進。或許歷史終究是一場輪回，但在每一次的輪回中，我們畢竟都獲得了更為偉大的發現?？茖W在不停地檢討自己，但這種謙卑的審視和自我否定不但沒有削弱它的光榮，反而使它獲得了永恒的力量，也不斷地增強著我們對它的信心。人類居住在太陽系中的一顆小小行星上，他們的文明不過萬年的歷史，現代科學的創立不到400年。但他們的智慧貫穿整個時空，從最小的量子到最大的宇宙尺度，從大爆炸的那一刻到時間的終點，從最近的白矮星到最遠的宇宙視界，沒有什么可以阻擋我們探尋的步伐。這一切，都來自于我們對成功的信念，對于科學的依賴，以及對于神奇的自然那永無休止的好奇。
我衷心地希望各位在這次的量子旅程中獲得了一些非凡的體驗，也許它帶來困惑，但它畢竟指向希望。我必須在這里和各位告別，但量子論的路仍然沒有走完，它仍然處在迷宮之中，前途漫漫，還有無數未知的秘密有待發掘，我們仍然還要努力地上下去求索。而這剩下的旅程，必須由各位獨立去完成，因為前面尚沒有路，它要靠我們親手去開辟出來。
也許有一天，你的名字也會成為量子歷史的一部分，被鐫刻在路邊的紀念碑上，再一次召喚后來的過路人對于一段偉大時光的深切懷念。誰又知道呢？
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