《世紀幽靈:走近量子糾纏》以講故事的方式,帶領讀者一步一步走近神秘的量子世界,最后走近更為神秘的量子糾纏。
量子理論說起來神秘莫測,卻極大地影響了現(xiàn)代文明社會。計算機、網(wǎng)絡及通信技術近年來的突飛猛進,很大程度上可以說是建立在量子論發(fā)展的基礎上的。從1901年開始,一百多年的諾貝爾物理學獎中,百分之九十以上都頒發(fā)給了與量子論有關的課題。這個數(shù)字足以說明量子論對現(xiàn)代高科技功不可沒。如今,量子糾纏現(xiàn)象的研究正在帶動量子信息、量子計算等技術的發(fā)展,將有可能掀起新一輪的技術革命。
《世紀幽靈:走近量子糾纏》是一本深入淺出、老少皆宜的科普讀物!妒兰o幽靈:走近量子糾纏》的主要敘述部分基本不用數(shù)學,即使是非理科讀者也能讀懂。對于想深入了解量子論的讀者,可參閱附錄中的簡單數(shù)學推導,或者閱讀其他相關的圖書。
如果有人說,物理學界有一個一百多歲的“幽靈”,你會相信嗎?物理科學怎么會與“幽靈”搭上邊呢?事情的確很奇怪,但是,連偉人愛因斯坦當年也一直為量子論而導致的量子糾纏現(xiàn)象的“遠距幽靈作用”所困惑。如今,愛因斯坦逝世已經(jīng)超過半個世紀之久,可謎團仍未完全解開。因此,可以毫不夸張地說,量子理論就是這么一個“幽靈”。
它一次一次用不可思議的量子現(xiàn)象,將人們帶進層層迷宮。近百年來,它挑戰(zhàn)著人類哲學思維的極限,它糾結著無數(shù)科學家的神經(jīng);它既造福于文明社會,又擾亂學術界的安寧。如今,它又把“量子”這個桂冠,戴到了多種學科的頭上,似乎將引發(fā)信息學、密碼學、計算機科學、通信、網(wǎng)絡等研究領域的新一輪革命,向人們展示出了一個更為奇妙的未來世界。
本書盡量使用通俗的語言,向公眾介紹神秘而奇妙的“量子糾纏”。而要認識神秘的量子糾纏,首先要認識神秘的量子現(xiàn)象,認識以上我們所說的這個“百年幽靈”。
不管是學哪個專業(yè)的,大家大概都聽說過奇妙的量子現(xiàn)象。諸如測不準原理、薛定諤貓之類的,在日常生活中看起來匪夷所思的現(xiàn)象,卻是千真萬確地存在于微觀的量子世界。
許多人將聽起來有些詭異的量子理論視為天書,從而敬而遠之。有人感嘆說:“量子力學,太不可思議了,不懂啊,暈!”
不懂量子力學,聽了就暈,那是非常正常的反應。聽聽諾貝爾物理學獎得主、著名物理學家費恩曼的名言吧。費恩曼說:“我想我可以有把握地講,沒有人懂量子力學!”量子論的另一創(chuàng)始人玻爾也說過:“如果誰不為量子論而感到困惑,那他就是沒有理解量子論!奔热贿B費恩曼和玻爾都這樣說,我等就更不敢吹噓了。
因此,我們暫時不要奢望“懂得”量子力學。此書的目的是讓我們能夠多了解、多認識一些量子力學。也許不能“走進”,但卻能“走近”。因為量子論雖然神秘,卻是科學史上最為精確地被實驗檢驗了的理論,它經(jīng)歷了一百多年的艱難歷史,發(fā)展至今,可以說是到達了人類智力征程上的最高成就。身為現(xiàn)代人,如果不曾“了解”一點點量子論,就如同沒有上過因特網(wǎng),沒有寫過電子郵件一樣,可算是人生的一大遺憾啊。
這個世紀幽靈,披著層層的面紗,多少人想要描述其面紗下的容顏,從而創(chuàng)造出了對量子力學的種種詮釋。有的人想用統(tǒng)計來解釋它,有的人創(chuàng)造了多個平行世界的模型,有的人使用波函數(shù)塌縮,有的人提出隱變量理論,還有人倡導交易詮釋、隨機詮釋、退相干詮釋等等,各種詮釋數(shù)不勝數(shù),各種觀點莫衷一是。在本書中,我們將主要使用所謂“正統(tǒng)詮釋”,也就是以量子力學創(chuàng)始人玻爾為代表的哥本哈根學派的詮釋,來介紹量子力學,來帶你走近量子糾纏。
可是,人類什么時候才能真正揭開它神秘的層層面紗,看清它的廬山真面目呢?這個跨越世紀的幽靈!
序一
序二
前言
第一章 從“薛定諤貓”談起
第二章 量子“小妖精”
第三章 上帝擲骰子嗎?
第四章 世紀之爭
第五章 狄拉克的世界
第六章 糾纏著的妖精
第七章 哥本哈根最后一位大師
第八章 追尋愛因斯坦之夢
第九章 貝爾不等式
第十章 量子態(tài)、疊加態(tài)、糾纏態(tài)
第十一章 實驗室中的光子
第十二章 實驗給出最終判決
第十三章 幽靈成像和量子擦除
第十四章 何謂量子比特
第十五章 費恩曼先生敲邊鼓
第十六章 三光子之舞
第十七章 量子加密
第十八章 量子計算機
第十九章 量子隱形傳輸
第二十章 連續(xù)變量也糾纏
第二十一章 世紀幽靈的面紗
第二十二章 破解“薛定諤貓”
附錄A 狄拉克方程
附錄B 希爾伯特空間和狄拉克符號
附錄C 量子比特
參考文獻