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2021年08月20日 星期五
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《新量子世界》:未来与过去的双向奔赴

  沈科

  要出版一本商业化的科普读物,通常会严格控制文字数量(大约200页)、图表以及图片。这类书籍的受众需要有一定的相关知识积累,同时对科学也要怀有一定的兴趣。而另一种商业化科普则是工具书的出版,例如我们熟悉的百科全书、地图册等等,是科学世界里的“万物词典”。

  而《新量子世界》处于这两种类型之间,能让科普发烧友细细品读,也能激起普罗大众的好奇心。

  理论物理学家保罗·戴维斯说:十九世纪是机械时代,二十世纪在历史上将被称为信息时代,我相信二十一世纪将会是量子时代。

  《新量子世界》的前身,《量子世界》(The Quantum Universe)出版于1987年,当时出版的目的是把量子力学的原理介绍给读者们,量子力学理论与人们的生活息息相关,是很多“高技术”设备的工作基础理论。书中介绍了量子力学基本原理,重点解释了如何从量子力学的角度来理解原子、原子核、化学元素,以及宇宙。

  该书出版后曾受到著名物理学家理查德·费曼的衷心称赞和推荐。他本人非常强调清晰明白地把抽象的科学理论介绍给公众。近年来,量子力学在技术上取得了很大的进展,但却没有出现新的实验事实挑战传统的量子理论的权威性,也就是说,直到现在这本书的内容并不过时。

  新发现需要长期的积累与探索,而在下一个奇迹发现到来之前,人类在大量实践中已经可以熟练地控制量子体系了。在21世纪,我们将越来越熟练地在量子尺度上控制和操作物质,并将引起另一类新的引人入胜的应用——“纳米技术”。

  该理论的诞生和发展,极有可能已经在密码学中得到了实际应用。基于这种变化,在《新量子世界》中作者进行了许多的编辑,并更新了有关量子技术应用——即量子工程学的部分。

  量子工程学围绕着费曼在1959年的一次关于“进入一个物理新领域的邀请”的演讲,奠定了纳米技术领域的开端。他试图用两笔1000美元的奖金悬赏能够找到开辟物理新世界的人才,然而科研路漫漫,丰厚的奖金也不是那么容易给出去的,费曼在发放第二笔奖金时,距离第一笔发放时间足足过去了20年。

  另外,《新量子世界》中增加了“量子佯谬”的部分,分享了尼尔斯·玻尔(Niels  Bohr)与阿尔伯特·爱因斯坦(Albert Einstein)之间那一场没有完结的争论。满足在最近的十五年里,人们对理解量子力学这一理论越来越浓厚的兴趣。

  书中并不完全专注在物理世界。作者讨论了现在较为流行的休·埃弗雷特(Hugh Everett)的量子力学“多世界”理论,和沃切克·祖莱克(Wojtek Zurek)等提出的“退相干”机制,以在某种程度上解释量子测量问题。

  由科学家们开创的新量子世界,同样席卷了文艺界。在众多科幻作品中多多少少会涉及到量子力学,以视觉艺术的表现形式展现了量子力学的奥妙和魅力。在量子力学发展早期,科幻小说家们就努力把对原子的最新认识写进小说情节里。如我们熟悉的菲利浦·K·狄克(Philip K. Dick)的《仿生人会梦见电子羊》《高堡奇人》都是根据量子力学理论基础上发挥大胆想象的作品。由此衍生出来的影视也走向大众,受到了广大人群的接纳和喜爱,例如《星际迷航》《双面情人》等。

  《星际迷航》中的传送机,就是采用的量子传送。量子传送通过专用装置将物体分解成量子,再利用量子远距效应把原形量子的性质传送出去,到达目的地之后再把这些量子合成物体。量子信息与传统信息不同,它不可计量。其拥有更大的信息存储能力,而且无法被截获。因此使用量子信息传递将非常安全。量子传送利用量子纠缠技术,需要传输的量子态如同科幻小说中描绘的“超时空穿越”,在一个地方神秘消失,不需要任何载体的携带,又在另一个地方瞬间神秘出现。需要注意的是,这并不是瞬间完成的。

  《新量子世界》文理结合,很容易上手读。对于喜欢科学,对科学感兴趣的读者会起到科普和启发作用。即使对于物理专业的本科生和研究生,本书也是一本很好的综述性读物,有助于读者全面了解量子理论的发展历史,拓展知识的深度和广度,对这些科学家也有更多的认识,或许会在读者里诞生出下一个科幻作家、或旷世天才呢。

  (《新量子世界》【英】安东尼·黑、【英】帕特里克·沃尔特斯 著 湖南科学技术出版社出版)

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