你也能懂：量子力学极简旅游手册（1）

来源：力学学报 【在线投稿】栏目：综合新闻时间：2020-11-02

“虽然人们并不完全会因为科学而幸福，但如今没有了科学人们可不怎么能幸福得起来”

——庞加莱

中央政治局的第二十四次集中学习之后，大家打开微信和“学习强国”，想来至少被“量子力学”刷过一次屏。很多人一边翻着手机，一边发出灵魂三问：“我是谁、我在哪儿、我这是在干什么？”

那么，量子力学究竟难不难？难。玻尔有名言曰：“如果谁没有对量子力学产生困惑，那他就没有真正搞懂量子力学”。但玻尔是个中大佬，这位人生赢家因为量子力学甚至成了丹麦国宝，并在波本哈根整出了一整栋房子和一众大佬，史称“波本哈根学派”。我们普通人自不必和他比，要简单理解量子力学也并非空中楼阁。比如去年我去以色列旅游，导游告诉我们：“你要光知道耶路撒冷是基督、犹太和伊斯兰教等泛亚伯拉罕一神教的共同圣城，作为导游带以色列旅行团肯定是不合格的，但作为普通游客来说，你已经不枉这次旅行了。”那么下面，请允许我做一次“导游”，带诸位简要浏览一下“量子力学”这座宏伟大厦的几个“著名景点”，诸位也把它当做一次旅游，轻松拓展知识面、顺便理解中央政治局学习量子力学的高瞻远瞩，提高一下政治站位。

（作为极简旅游手册，同时由于上半篇不涉及场论、宇称不守恒、标准模型和弦论，因此作者有能力坚决落实霍金同志“不要写公式！”的至理名言，全篇甚至连最著名的爱因斯坦质能公式都不会有，保证各位游客看得舒心，玩得放心。）

让我们首先走入前厅，看到硕大而优美的Quantum挂在门厅。

什么是量子？

让我们来看看这三句话：

“克服重重困难，我国GDP今年实现了正增长，增长率为2.1%”

“今年我单位人均工资水平增长了5.212%”

“隔壁老王家今年人口增长了3.2%”

第一句话大家都觉得没什么问题，第二句话个别同志可能已经觉出不对味了，如果你是隔壁老王，看到这第三句话你都想打人了：“我家拢共才三口人，合着我家的人口今年就多个了脑袋或者胳膊不成？”

那么问题出在哪儿？出在单位上。众所周知目前的人民币最小单位是0.01元，而人之所以能成为人，最小单位是“个”。也就是说，在人民币这个概念里，分就是它的量子，在家庭或者国家这个概念里，人就是它的量子。当一个单元能保证它的物质或物理量特性的最小化，这个单位就可以被称为“量子”。那么，当时Quantum这个词究竟怎么会被用到物理学上表示量子呢？让我们移步第一个景点“开尔文馆”，开始我们的旅程。

导游路上插话：量子的辞源。

Quantum，源自拉丁文，原意是“多少”，再文雅一点叫“几何”。去过意大利买东西的人，这句是必要学的：“Quanto costano？”这东西几个钱呀（Quanto是Quantum的阳性词）？可惜利玛窦老先生早就已经把Geometry翻译成“几何”了，无奈其后只能翻译为“量子”。据说这个词和“干部”一样，都是日本舶来语，但出处已不可考，据信国内最早提及“量子”一词的是郑贞文先生于1933年翻译的《化学与量子》一书。

另外，Quantum的原意还有“舒适度、安全感”这一层意思。因此，有一部007电影叫《Quantum of solace》，被错误翻译成“007大破量子危机”，可把我当年看得莫名其妙：哪儿说到量子力学了？

“这哪是乌云，是大厦开工的电闪雷鸣！”

1900年4月27日，功勋卓著的物理学元老开尔文勋爵，在皇家研究所自信满满地发表了一篇题为《在热和光动力理论上空的十九世纪乌云》，演讲中他提到：“动力学理论断言，热和光都是运动的方式。但现在这一理论的明晰性和优美性却被两朵乌云遮蔽，显得黯然失色了……”这两句话我给大家不恰当地翻译一下：由牛顿奠基的经典力学已经很完备了，就差这两朵小乌云了。一般我们看物理学，能被用作单位的名字，都是很了不起的名字，比如后来被用作热力学温度单位的开尔文勋爵（人家名字里可是货真价实有个Sir）。老人家的这句话，又好、又不好。好就好在不愧是物理学元老，看问题极其准确：这两朵乌云，一朵叫黑体辐射，一年后催生了量子力学；一朵叫迈克尔逊莫雷实验，基本证明了没有“以太”这玩意儿，五年后出现了相对论。而量子力学和相对论的建立，使牛顿的物理学大厦变成了新的两座大厦里的一间房间。坏就坏在这句话是在太过于经典，以至于所有物理学史作者永远开篇就要把老人家拿出来说道一下，甚至在一百二十年以后还要被一个民警拿出来说事儿，这叫怎么个事儿嘛！当然，今天我们详细说第一朵乌云，第二朵待我以后有兴趣的话，写《相对论简史》的时候再拿出来讲一遍。