2017年9月6日 星期三

導師368_筆記《量子物理史話》


量子物理史話:上帝擲骰子嗎?


作者: 曹天元
出版社:八方
  • 出版日期:2014/03/21
  • 定價:399
  • 優惠價:79315


106.09.06(三) 新版都騙人的,明明就是2005年的東西,改了些局部就刷新出版日,不過這也無可厚非,2005的書,你買嗎?
這本筆記之後,在google drive裡躺了一陣子,其後想拿出來晒一晒,順便再瀏覽一次,竟發現重溫之路如此艱難,幾乎有一半看不懂(這還是我自己做的筆記哦)。今天趁勢硬上架吧,我要看另一本《瘋狂宇宙》了,兩本之間略有相通,而我目前心之所繫明明就是後者,何必硬要卡在這種虛妄的「完整性」呢? 這本先放過自己~

。 筆記《量子物理史話》。  
2016年底由「百度閱讀」APP結識此書,閱之即欲罷不能,12/23借來實體書隨即K畢,緊接著要做荒廢多年的筆記 (《優雅的宇宙》之後,多久了?) 卻原來,這本遠在11年前(2005)就出版了,網路連載甚至更早! 看看你這幾年在混什麼?
筆記前先憑記憶寫出:三次波粒戰爭。牛頓被胡克批而大怒反擊。赫茲某?實驗證實光∈電磁波。XX.楊的雙狹縫實驗>波。相對論。重力其實是空間彎曲所造成(狹or廣義?)>GPS定位靠它。哥本哈根派:波耳、海森堡、約爾當、狄拉克、…。量子論三柱:互補原理、不相容原理、測不准原理。薛丁格方程式。弦論、大一統、四種力。


CH1 黃金時代
一、卡爾斯爾厄(Karlsruhe),德國小鎮,出了赫茲、賓士。銅球實驗測得電磁波速為30萬km=光速,證實電磁波的存在,且光為電磁波一種(光為波)。赫茲37歲就死了。義大利人馬可尼據此發展出無線電。


二、一堆「光」的簡史(全略),費馬(業餘數學之王)歸結>光總是走最短路線。古希臘「微粒說」困難:1兩束光相撞WHY不彈開?2沒開燈前光粒子藏在哪?
波動說= 17世紀義人格里馬第讓光束穿過兩小孔投到幕上,發現影像邊緣有明暗條紋>聯想到水波>光可能是波動?  足球場「人浪」的例子極佳! IF光是波動,就易解釋兩束光互不干擾、明暗條紋等現象。 而光波長極短,可視為粒子。 難題:波的傳播要介質啊!太空中怎辦?人們假設「以太」(Aether)這種介質。
.以太= 亞里斯多德認為地球皆由四大元素(水火氣土)構成,而天上更完美、得由更pure的物質構成,即「第五原素」=以太。


三、光是波or粒?17世紀兩理論初起,笛卡兒《方法論》中仍心平氣和供大家檢閱。
第一次波粒戰爭= 胡克《顯微術》(劃時代偉著),波動說佔上風。 牛頓「色散實驗」被胡克猛批(代誌大條了)。。。牛頓隨即更猛回擊,也因為與胡克的恩怨,被推到微粒說一方。 荷蘭惠更斯《光論》,引入波前觀念,成功推導折射、反射定律。  1703年,胡克死去,牛頓當選皇家學會主席(從此統治它24年),隔年出版巨著《光學》,其實早就寫好,硬是等胡克死才出。吸收波動說優點,同時拋出一些波動無法解決的難題,還結合他的力學,力量↗。牛頓今非昔比矣,他已出版《數學原理》、發明微積分、是造幣局長、國會議員、皇家學會會長,神話一般的存在。
平方反比定律= 胡克要求牛頓承認胡的優先權,牛狂怒,刪掉《原理》中絕大多數關於胡克的引用,甚至拒絕出版第三卷。
胡克= 在牛頓定律中有關鍵地位,助發現波以耳定律,用自己顯微鏡發現植物細胞,發現彈簧定律,影響地質學30年,還是最牛的偉大建築師與規劃師= 1666年倫敦大火,他主持重建,如今多數著名古蹟皆出自他手。


四、湯馬斯.楊= 1773年生,天才,2歲能讀經典,6歲學拉丁文,16歲能說十種語言。 1807年(34歲),出版《自然哲學講義》,光的雙縫干涉實驗(史上最經典TOP5)。干涉= 若為粒子性,會累加;而光是干涉現象,為波動性 ⇒ 2波峰相加為明,2波谷相抵消為暗。
第二次波粒戰爭= 楊的論文遭諷刺嘲笑,20年間竟乏人問津。  1819年,法國科學院懸賞徵文「利用精密實驗確定光的繞射…」,本意是通過微粒說解釋光的繞射及運動以打擊波動說。 結果,菲涅耳以波動觀點解釋繞射,數學式嚴密完美;評審帕松不信,用此式推導圓盤繞射,發現中間會出現亮點,似乎很荒謬,but阿拉果(評審之一+菲涅耳同事)堅持做實⇒ bingo!  這給了微粒說致命一擊,一躍而成可與牛頓、惠更斯比肩的光學界傳奇。 未解決的偏振問題,菲再假設光為橫波,一舉攻克。
麥斯威爾(Maxwell)= 1856、61、65發表三篇電磁波論文,開天闢地,與牛頓比肩!他預言光只是電磁波的一種(剛好能被看見),後在1887年由赫茲證實。
阿拉果= 與菲涅耳互相啟發,對光學貢獻良多,可在最後不敢跨出「橫波」這步,以致「物理光學之父」的桂冠戴在當時仍為無名小卒的菲頭上。


五、麥式方程組在數學上極度優美、簡潔、深刻,公認為科學美的典範。
.物理學三大支柱=
力學= 1846年發現海王星,是牛頓力學最偉大勝利之一;
光學= 波動說一統天下,電磁理論更將之擴充到電磁世界;
熱力學= 三大定律已基本建立。 更令人驚奇者,此三者互相包容,緊密結合。
一位科學家曰:「物理學的未來,只能在小數點後面6位尋找。」普朗克的導師甚至勸他別浪費時間在物理學。
.赫茲的電磁波實驗= 1887年,一方面徹底完善電磁場理論,卻也埋下經典物理的毀滅種子(光電效應)。 赫茲觀察到:未受光照時,火花能跨越的空間大幅縮短。
.山雨欲來= 倫琴發現X射線,貝克勒爾發現鈾的放射,居禮夫人發現更多放射元素(釷、釙、鐳),JJ湯姆生發現電子,拉塞福發現元素嬗變。。。


CH2 烏雲
一、
.開爾文= 「動力學理論斷言,熱和光都是運動的方式。但現在這一理論的優美性和明晰性卻被兩朵烏雲遮住…」後來這比喻變得如此出名,每本物理書都引用。
烏雲1= 麥克生-莫立實驗= 探測光以太對地球的漂移速度 > 根本沒差!
烏雲2= 黑體輻射實驗和理論不一致,後面細講。
.前者導致相對論; 後者導致量子論。
.偉大的「意外」實驗= 1麥克生-莫立測以太; 2拉瓦錫測「燃素」; 3瑞立離析空氣中的氮>發現惰性氣體; 4貝克勒爾發現元素的放射性。


二、
威恩分布公式= (公式略),1894年提出,輻射能量分布定律公式。 讓人很不舒服,因為他用粒子方法去分析波動。 1899年,黑體加熱至1千度K,短波符合,長波就不行了。
瑞立-京士公式= (公式略),直接從麥斯威爾理論出發,搞出長波的公式。(短波不行)
普朗克黑體公式= 1858年生,他決定跳過假設與推導,先用內插法搞出個公式來,同時可用於長/短波。(當時普朗克已和黑體奮鬥6年)
世界科學中心= 17、18世紀英國,隨後法國,19世紀後半德國。  一戰德敗簽屈辱條約(真的很屈辱),科學卻始終保持世界最高 (不僅如此,其它各領域也超強);不幸,納粹上台,大批逃亡,一落千丈。


四、
量子假說= 普朗克發現,若要合理解釋新公式,必須假設 「能量在發射/吸收時,不可連續,必須切成一份份。」 ⇒ 推翻牛頓以來200多年的經典世界。
.E = h v 。E=一個量子能量,v= 頻率, h= 普朗克常數= 6.626*10^-34焦耳.秒。它竟是宇宙最重要三個基本物理常數之一! (另兩個為G和C)


五、
天命不歸= 先前的牛頓、麥斯威爾、愛因斯坦,皆是出手即壓倒性勝利;唯量子論命途多舛,充滿陷阱與荊棘。 最懷戒心的,恐怕就是普朗克自己;起初他只把這當做方便性的假設,根本不視其為物理真實;直到1915年,波耳模型取得空前成功~
海格力斯= 一出生就被拋在荒野,靠自己奮鬥。像極量子論。
對立面= 科學巨人們推動了它,卻因其驚世駭俗而站到對立面:瑞立、湯姆生、愛因斯坦、德布洛依、薛丁格等
科學家群像= 1900年,普朗克42歲,宣讀黑體輻射論文。 愛因斯坦大學剛畢業,曠了N堂課,被教授罵懶狗。 丹麥,15歲的波耳好鬥成性,作文和口齒很慘,科學卻資優。 薛丁格在維也納上高中,帥氣、功課好。 波恩背景和薛相似。 德布洛伊8歲,受貴族教育。 包立、海森堡剛出生。 費米、狄拉克也馬上要生了。


CH3 火流星
一、
光電效應= 赫茲的電磁波實驗中,發現若有光照,缺口的電火花就容易產生--原來是光會打出電子來。 BUT,和預想不同的是:頻率決定能否打出電子,光量決定能打出多少。 (照波動預想,應是相反)
.照麥斯威爾理論,能量累積是連續的,光照累積足夠能量以打出電子前,會經過一段時間。but實驗結果相反,幾乎是光一照就電子出。


二、
.瑞士的伯恩專利局= 「很有眼光」地顧用愛因斯坦。。。 1905年3/17,愛因斯坦的第6篇論文,拿到諾貝爾獎,開創量子論的全新時代。
.重溫矛盾= 電磁理論(波動論),光強度代表能量,光↗可打出更高能量的電子。BUT實驗顯示,頻率才是關鍵。 愛氏用 E= hv式子出發> v↗不就是E↗嗎! 而光變強,只是「光子」變多,當然能打出更多電子囉。
奇蹟年1= 1666年,牛頓回鄉躲瘟疫,為數學、光學、力學分別打下基礎 (微積分、光分解、萬有引力),單獨一項即可名列史上最偉大科學家之列!
奇蹟年2=1905年,愛因斯坦這年寫出六篇論文:1論光電效應,成為量子論基石。 2測量分子大小,贏得博士學位。 3、4關於布朗運動的論文,成為分子論理程碑。 5《論運動物體的電動力學》,後來被冠上「狹義相對論」之名。 6關於物體慣性和能量的關係,提出E=mc^2。  單是這年,就夠得三個諾貝爾獎,甚至諾貝爾獎是否夠格評價相對論,還很難說。
奇蹟年3=1932年,但這次是多人共享,科學已高度細化,以往單槍匹馬個人英雄主義已一去不返。


三、
第三次波粒戰爭= 愛因斯坦自評,只「光量子」這篇「非常革命」,甚至相對論都還不算。 1915年,密立坎想實驗證明光量子是錯的,卻恰好反證。
康普頓效應= 1923年,X射線受電子散射,一部份波長不變,另一部份波長變長> 照波動理論,波長應不變; 照E=hv,被電子撞的那部份能量↘,即h↘即波長↗,over。
索爾維會議= 索對物理和化學深感興趣,卻因病錯過大學,後來發明造蘇打新方法並賺大錢,贊助全球性科學會議,討論量子和輻射。第一屆1911,10/30
會議中,1拉塞福將遇到丹麥新星(波耳?)。 2德布洛伊將資料帶回家,被天才弟弟看見。 3愛因斯坦將為「h重症」困擾終身。


四、
.電子存在= JJ湯姆生研究陰極射線時發現的,他提出「葡萄乾布丁模型」,學生拉塞福則改進為「行星模型」(電子有墜毀風險),後來波耳再改進為「殼層模型」。
諾貝爾得主幼稚園= 拉塞福指導出至少十位諾獎得主,如今紐西蘭鈔票上有他頭像


五、
巴耳末公式= 元素被加熱時會放射出特定波長的光線,巴耳末導出經驗公式,好用,卻無人可解釋。 波耳看出其中的量子化意義> 電子只能在特定勢能間轉換,即「固定能階軌道」。
.量子物理三部曲= 1913年,波耳就上面的發現寫成三篇論文。

CH4 白雲深處
一、
.從一開始的被吐槽,到大量實驗支持。波耳儼然成為原子物理領頭人。不到兩年,殼層模型取得輝煌勝利,連一度拒絕承認量子意義的普朗克都回頭檢視自己當初的發現。 卻沒想到,波耳理論只是顆流星。。。
斯特恩-格拉赫實驗= 非但能量是量子化,連電子的方向都得量子化,只能上或下旋。
包立不相容原理= 每一層軌道,只能佔據數目固定的電子,滿了就要被擠到外層。
碎形宇宙= 原子放大10^17倍,相當於白矮星; 放大10^30倍,相當於銀河系


二、
異常季曼效應= 原子譜線在弱磁場下會有一種複雜分裂,要求引進量子數½,令人抓狂。
波耳理論= 力量僅限於僅一個原子的模型,甚至此模型也只能說清譜線頻率,其它抱歉。 到1923年止,人們一個又一個假設,弄得它像件打滿補丁的袍子,共興盛13年。 意義:揭開原子內部神祕面紗,挖掘出量子的力量,至今仍是相當好的近似。 此體系於1925年壽終正寢(海森堡和薛丁格下手)。
哥本哈根精神= 1921年,研究所落成,36歲的波耳任所長,吸引各地才華洋溢的年輕人,形成激情活力樂觀進取的學術精神。


三、
.以下很難分清主次線索,作者會以主題分,欲把握時間感請注意年代。
德布洛依波= 電子軌道分層,but why? 德想解放電子。他發現電子以速度V0前進時必伴隨一相波(速度=c^2/v0), 比光速還快!但不帶能量,所以OK。  啥?電子是波!?人們普遍不接受,德勉強靠出色答辯技巧獲得博士學位;直到愛因斯坦予以高度評價「揭開了大幕的一角」,人們才關注。 事實上,這是史上第一個只憑博士論文就拿到諾貝爾獎的。


四、
電子繞射實驗= 達維森+革末無意間做出,與X射線繞射一模一樣,證實德布洛依的預言。 GP湯姆生也做出同樣實驗。 (當年老爸JJ湯姆生發現電子這個「粒子」獲諾貝爾獎,兒子GP則因證實電子是「波」也獲獎,有趣)
.「德布洛依事變」將第3次波粒戰爭推向高潮。


五、
.威爾遜雲室= 一種儀器,塵埃或離子通過水蒸氣時,會凝成水珠串(像飛機噴射霧),用它觀察電子情形,符合經典粒子規律。
.玻色子= 印度人玻色寄信請愛因斯坦審閱論文:他將光看成不可分割粒子的集合,導出普朗克黑體公式。 愛將之發展為玻色-愛因斯坦統計法,服從此法者稱為「玻色子」,不服從包立不相容原理,在低溫下表現得不同,形成玻色-愛因斯坦凝聚現象。 微粒說之「里程碑式勝利」,原來只須將光子看成「全同的粒子」,黑體和其它許多難題即可迎刃而解。
.BKS理論= 1924年,波耳試圖調停,放棄光量子假設,嚐試應用對應原理,在波和粒子間建立對應,便可同時從兩者角度解釋能量轉換> 兩派都不接受,又被實驗否決,徹底失敗。
.1925年,物理學走到十字路口,迷茫又困惑,而新星海森堡將帶我們走出迷霧。
.被誤解的名言= 牛頓「如果我看得更遠,那是因為我站在巨人的肩膀上。」1它非牛頓原創,早在12世紀伯納德即說過,像是當時流行的套詞。 2有可能是要譏刺胡克的身材矮小。 這句也是牛頓「我只是海邊的小孩,撿起貝殼玩玩,卻還沒發現真理的大海」,原句出自彌爾頓《複樂園》,牛頓一生未見大海。
.牛頓= 近代科學史最重要奠基人,使科學擺脫婢女地位而獲完全獨立的象徵人物,有史以來第一個集大成的科學體系創立者。以此評判,「最偉大」當之無愧,伽利略、麥斯威爾、達爾文、愛因斯坦,均無法望其項背。


CH5 曙光
一、
。海森堡= 1901年生,大天才,各方面均強。1922年,波耳訪哥廷根做七次量子物理演講,海竟敢提出學術觀點的異議! 波耳此行最大收獲應是結識海與包立。 (1922>1924,才兩年,海竟由大二變成博士!?)
。黃金三角= 哥本哈根、哥廷根、慕尼黑 (量子物理)
。BKS理論= 每個原子附近都存在虛擬振動,為調解波動和微粒,竟拋棄物理學基石:能量與動量守恒!
。波耳= 量子論教父,電子殼層模型,善意微笑引導每個天才暢所欲言,天才們都折服於他的學識與人格,哲學氣息重。常邀海森堡去家裡品酒、散步於森林。(對照二戰兩人最後一次會面,不勝唏噓)
。新思潮(經驗主義)= 物理研究應限於能被觀察、被實踐的物件,而非純粹或推理。 (海受此影響,開始覺得波耳模型中電子軌道和頻率皆不可觀測,未免奇怪)
。氫原子譜線問題= BKS理論雖倒台,卻能很好解釋散射問題,海以此推算譜線強度,碰壁,最後丟一邊,改而先試著建立基本運動模型--走對了!Matrix


二、
.海森堡argue= 波耳用經典手法(傅立葉展開)處理電子頻率,海卻說:波耳模型中,可觀測的頂多是能級差,而非能級本身甚或頻率。
.Matrix= 若單獨能級X無法觀測,只能觀測X、Y兩能級之差,傅利葉展開也得從NVx轉成NVx,y ⇒ 嘿!二維矩陣  (作者「巴士票價」的比喻很優)。 海森堡不做任何假設或推論,只觀察,代價則是龐大二維結構。 甚至要求:所有物理規則都要改寫成這種表格形式。
.男孩物理學= 量子論幾乎就是年輕人的天下,愛因斯坦提出光量子時26歲,波耳殼層模型28歲,德布洛依相波31歲(非科班),包立25、狄拉克23、…,36的薛丁格和43的波恩簡直是老爺爺了。


三、
.用香港<>深圳公車票價例子說明矩陣,同時帶出矩陣乘法沒有交換律,即I*II ≠ II*I 。
.矩陣= 海森堡養病結束,帶著文稿找導師波恩,後者大吃一驚,原來1858年就發明了,當時叫「行列式」,用以簡潔求某些微分方程組,波恩和精通矩陣運算的助教約爾當在嚴格基礎上發展海森堡理論,進一步完善。 黎曼幾何也為後來時因斯坦提供大方便。 喬治.蓋莫夫《從一到無窮大》說,目前數學只有一個分支還沒派上用場,即數論。結果如今電腦加密都靠它。


四、
.波恩看了海森堡的想法,遇到包立,想與之合作,卻被吐:「我就知道你喜歡那種冗長而複雜的形式主義,但你那一文不值的數學只會損害海的物理思想。」哇靠,波恩曾是包的導師耶~ 後來改找約爾當(個性=包立*(-1))
.矩陣力學= 波恩+約爾當奠定基礎,在此體系下,普朗克常數和量子化成了自然界的內在稟性,牛頓傳統力學也被包含在內。
.論量子力學2= 海森堡後來加入,暱稱它為「三人論文」。 包立也改變態度,推導巴耳末公式(原子光譜),哈,用了最複雜的數學。
.波動方程= 半年後,薛丁格發佈,大家都鬆了口氣,不必再面對矩陣怪物。
.狄拉克= 父親很嚴肅,規定非說法語不可,小狄只好沉默。接觸到海森堡的新理論時,立即把握到:只有p*q ≠ q*p是重要的。
.約爾當=發表《論量子力學》1和2,量子力學的主要創立者,貢獻卻被低估。原因有:害羞內向又口吃,時年22歲,後來站到希特勒那邊。 成就很大,略。


五、
.帕松括號= 狄拉克想到它也不符合交換率,並證明從它出發同樣可導出新力學,新舊一脈相承,不必搞矩陣怪物。 結果,波恩+約爾當稍早已做出結果; 後來證明新力學和氫分子實驗吻合,又比包立慢幾天。
.電子自旋= 「反常季曼效應」中,要求½量子數,怪! 「包立不相容原理」要求四個電子數中,已知三個,第四個是啥? 當時在哥本哈根訪問的克朗尼格提出「電子繞自軸旋轉」的想法,卻被海與包打槍。 後來荷蘭兩個學生烏倫貝克+古茲密特也產生這想法,並寄給雜誌社,結果有人幫他們算,說電子會達光速10倍,想撤已來不及,懊惱得快哭了--結果其實還不賴。


CH6 殊途同歸
一、
.薛丁格方程式= 蘇黎世大學教授,不想去闖譜線迷宮,改由德布洛依的「相波」出發。 形象理解「為何電子只能在固定能階」= 軌道圓周長只能是電子波長的整數倍。 由此建立全新的力學體系= 波動力學。 全世界都為之歡呼,因它形象通俗、簡明易懂、從經典出發。


二、
.革命派= 從光譜線和不連續性出發(隱約可見微粒性),引入矩陣,波耳是教皇,核心為海森堡、波恩、約爾當。
.保守派= 從波動性出發,愛因斯坦是精神領袖,擁抱直觀解釋,試圖恢復經典力學形象化的優良傳統。
.後來各自證明,兩者完全等價,皆從哈密頓函數而來。 1930年,狄拉克的經典量子力學教材,完美統一兩者。
.薛丁格的女友= 薛是個段正淳式的花心蘿蔔,留下若干私生子,甚至過著一妻一妾的生活。 死前竟和安妮大合解~


三、
.矩陣派除了少數幾個自旋問題佔優勢,波動派幾乎搶走所有人氣,甚至波恩(海森堡的導師)也大加讚賞,不過,看法可不一樣哦
.φ函數= 薛丁格方程中的函數,代表電子的某種特性,連續,與位置有關,伴隨每個電子,如雲般擴散,是空間分佈函數。把電子拉開放大,會發現它是無數振動的疊加,是塗抹開的,像塗麵包的奶油。。。
.波恩不同意= 他說那應該是「骰子」


四、
.機率說= 電子本身不會像波一樣展開,但它的分佈機率則按照φ函數。 只有一個電子過雙狹縫時不會干涉,夠多時才會;單個電子雖隨機,總模式卻是確定的。 可憐的波恩要等28年後才因此獲諾貝爾獎。
.物理學家的信仰= 整個宇宙盡在掌握。 19世紀,拉普拉斯用牛頓方程算出行星軌道後,拿破崙問:「上帝在哪?」答:「陛下,我的理論不需要這個假設。」 宇從出生起,就有確定的命運,我們現在無法知道,只因資訊太少。


五、
.機率說的弱點= 單顆電子只過了其中一縫,它怎知另一縫?怎知波峰波谷的分佈? 又,假設電子過右縫瞬間,立即關閉左縫,干涉條紋也會不見,那麼,電子如何得知的?
.薛丁格來訪五個月後,波耳突然覺得:波動理論非常出色啊!簡潔、明確、看來不壞。


CH7 不確定性
一、
.大略回顧:1普朗克由黑體公式出發得出不連續性。 2愛因斯坦的光量子。 3德布洛伊的相波。 4海森堡的矩陣。 5薛丁格的波動方程式。 6波恩的機率論。
.測不准原理= 連恩師波耳都倒向薛丁格那邊,海森堡還真的當眾哭了。 回去潛思,由矩陣不等式突破,p*q≠q*p, ⇒ 先測動量(p)後測位置(q),和對調過來測的結果是不同的! ⇒ 我們無法同時測得這兩個數據,因為在電子尺寸下,光子太大顆,會對被觀測物造成嚴重影響。 還得出 △p*△q > h/4π ,這對互相影響的量,被稱為「共軛量」。 陸譯已改為「不確定性原理」。


二、
.用了很多方法,略,總之是無法測準啦。
.海又找出一對共軛量: △E*△t > h
.暴脹理論= 宇宙最初就這麼誕生的,谷史出了本科普書介紹它,並說「宇宙本身就是頓免費午餐」。


三、
.波耳問:你這測不準原理,是從粒子or波來考量?海壓根沒考慮波。 波耳曰:動量p=h/λ (有波長),E=hv (有頻率),都有波的身影啊! ⇒ 不確定性是建立在波粒雙重性上,對某方了解越多、另方就越少。 but波耳也體認到:此原理是量子論最核心的基石之一。
.互補原理= 波耳曰:我不關心大自然的「本來」是什麼,我只關心能夠「觀測」到的它是什麼。 作者舉了手機換殼、色盲看白馬等例。 一旦觀察方式確定了,電子的表現形式就確定了,波/粒子這兩觀念在同一時刻是互斥的,在更高層次上卻又被納入一個整體。 第三次波粒戰爭收場~
.哥本哈根解釋的核心= 1波恩的機率說。 2海森堡的測不準。 3波耳的互補原理。


四、
.真相只有一個?= 電子穿過雙狹縫時,波動性佔上風;打在屏幕上時,卻是粒子性接管。 ⇒ 我們的結論和觀測行為本身大有聯繫! 又例,看白馬= 其中隱含一個默認的觀測行為「正常人眼」,若是色盲來看呢?蜜蜂來看呢?(它對紫外光很敏感,卻看不見波長>黃光者)。 再例,「H」是英文或是國字「工」?
.波耳名言:如果誰沒有為理子論感到困惑,那他就是沒有理解量子論。
.奧卡姆剃刀原理= 14世紀修士威廉,奧卡姆是其出生地。 > 當兩種說法都能解釋同一件事,要相信假設少的那個。


五、
.collapse(崩陷/塌陷)= 原本優美遵循薛丁格方程式的電子,在我們觀測那瞬間,就崩陷成一粒。你測一次,它就崩一次。 作者舉例超讚:令孤沖破去沖虛道長的劍團光(波動)> 令孤沖揮劍直入硬拚,這就是一次測量行為> 兩劍相交,就是沖虛的劍光崩陷啦!
.照哥本哈根解釋,根本不存在「電子」,只存在「我們與電子間的觀測關係」。


CH8 決戰
一、
.伏打(Volta)= 1745年生於義大利北部科摩(Como)(我去過!),成就偉大到電壓單位以之命名,我卻不知他有何事蹟(汗顏)。 為了科摩會議而簡介一下他。「互補原理」在此公開亮相。
.阿基米德測皇冠= 假的!實際推導,真假冠排水量差不到0.1cm,鬼才量得出。就算要造假,也得用到他的偉大發現「浮力原理」> 天秤兩端,一擺皇冠,一擺與之等重的黃金,再入水,若皇冠摻銀有假,體積較大,入水後浮力也大,天秤將傾。
.第五次索爾維會議= 1927年,大咖到齊,最著名,合照堪稱「物理全明星夢幻隊」。議程簡直就是量子論的微縮史,可分三派:1實驗派(康普頓等)、2哥本哈根派(波耳、波恩、海森堡)、3反對派(愛因斯坦、德布洛伊、薛丁格)。 愛氏終於輸了,輸在內力不足,量子革命爆發已三年,更多人虔心皈依,愛氏常被駁得說不出話,卻又死撐,這個「反動」態度引起許多人扼腕嘆息。 埃倫費斯特氣得說:「愛因斯坦,我為你感到臉紅!你把自己放到了和那些徒勞想推翻相對論者一樣的位置上了。」
.布魯諾= 被綁在羅馬鮮花廣場燒死了,「你們在宣判時,比我聽到判決還要恐懼。」哥白尼日心說因他而推廣,而他卻非因科學、頂多是因哲學理由而支持此說。 當時科學和迷信是分不開的,即使牛頓,也有多不勝數的神學著作與煉金活動。


三、
.第六屆索爾維會議= 愛氏又提出思想實驗:光子飛出箱子耗時△t,減輕△m,能算出△E(=mc^2),此二者皆知,那△E*△t>h不成立! 波耳想了一夜。。。量m時要用彈簧秤,位移△q,有廣義相對論的紅移效應,又導出海氏測不準關係式,反將一軍~
.派斯《愛因斯坦曾住在這裡》:「1925年以後,就算愛氏改行釣魚度過餘生,對科學界也沒什麼損失。」


四、
.第七屆索爾維會議= 1933年,(該年1/30,德國將總理職委給一個叫希特勒的奧地利人),愛因斯坦沒參加,這次主題是原子物理,而它正是建立在量子論的基礎上。薛丁格和德布洛伊參加了,卻也沒發言。
.EPR弔詭= 1935年愛因斯坦再出招:大粒子衰變成兩粒小的,分開直飛到宇宙邊緣時,觀察右邊那粒測得其自旋,已飛到另一邊的左邊那粒如何立刻旋成反方向?有心電感應嗎? 波耳的反擊:在觀測前,無論分隔多遠,仍是一個整體。 換句話說,在愛氏「經典實在觀」看來,量子論是不完備的,簡直是廢話;而在波耳的「量子實在觀」看來,則非常合邏輯。 (既生愛、何生波)
.量子論革命= 引發一系列進展,半導體、核能、鐳射、電子顯微鏡、積體電路、分子生物學,成為有史以來最成功的物理理論。 已無人再關心愛VS波的爭執了。
.比薩斜塔扔球= 伽利略到底有沒有在塔上扔兩個球證實同時落地無關輕重? 此說唯一來源是其弟子維瓦尼的記錄,而維成弟子時已據此實驗50年,且書中充滿誇大不實的吹噓,可信度低。


五、
.薛丁格的貓= 箱中原子衰變而放出中子,一連串反應最終打破毒氣瓶毒死貓,but,在我們觀察前,原子處在疊加態,未知衰變否,那貓呢?又死又活嗎? 這實驗雖比EPR簡單,卻嗆得多,哥本哈根派只得吞下這杯苦酒。 後來還有個哄傳很廣的論調:「當我們不觀察時,月亮是不存在的。」 貝克來主教:「存在就是被感知。」 王陽明《傳習錄》:「你未看此花時,此花與汝同歸於寂;你來看此花時,則此花顏色一時明白起來。」 此貓很受大眾歡迎,常出現在劇本、漫畫、音樂中,和牠常搭檔的是「巴夫洛夫的狗」。


CH9 歧途
一、
.馮鈕曼= 電腦奠基人,20世紀最傑出數學家,傳奇太多,略,大家都承認他是百年罕見的天才。1932年出版《量子力學的數學基礎》,至今仍是經典教材。
(特地google一下,真強! 從小就以過人的智力與記憶力而聞名。馮‧諾伊曼一生中發表了大約150篇論文,其中有60篇純數學論文,20篇物理學以及60篇應用數學論文。 書只看一遍就差不多能背誦,多年後依舊背得出)
106.02.07昨天趁寒假最後一週,「獨自」去泡四稜!此生至目前最大進步~ 還真可悲,生命中的重擔太少…呸呸呸,應該是惜福,讓你最大進步都只是個獨自去泡溫泉而已 (何時要去幫助需要者呵?) 歷經阿蟑太忙、小三結婚後,幾乎斷了山伴…昨天是個里程碑,斷又怎樣?自己爬就好啦!不過「百度閱讀」也幫了大忙 (靜讀天下也參一腳),聽著有聲書,冗長的車程似乎也不再那麼難熬。回程更是好整以暇,調好自己的步調,下山去龍潭天川吃牛肉麵就花了三個鐘頭,回家時,一。點。也。不。累。! (隔天不用上班也佔很大功勞就是)  哇哈哈!以後就這樣啦~ 想爬,就自己去,沒什麼囉嗦的。 最難跨出的那步是出門前一天,想東想西總覺著麻煩;其實仔細回思,即使和蟑或三約,同樣的心境也會上演哪!好吧也許沒那麼重,或是與人約的責任感部份轉移了焦慮感。。。焦個屁啊!四稜耶!去過幾次了?你都數不清咧~ 還焦什麼?
第三次去全家拿書,任之堂主人的《醫間道》,心急呀~ 原以為今早可以痛快閱讀,馬的書卻還沒到;也罷,加緊利用時間做完《量子物理史話》的筆記,快沒動力了。這兩天中醫好書大量湧現,閱之不及。 《如何高效閱讀》真該痛下苦功練它一練! 目前看到最震撼的觀點:記憶力和理解力是不同的,記憶力就像是大腦的肌肉,越練才越壯! 有好朋友講講這些心情or廢話當然很好啦,如果沒有,就把日記當成好朋友吧,順便練文筆、練打字--不蓋你,打字真的有種爽感,坐禪般的快感哈~
.馮諾曼指出:觀測的儀器本身也由不確定粒子組成,模糊狀態疊加而已,直到「人眼」觀察才算告一段落(崩陷)。 在他看來,波函數只是希爾伯特空間中的向量,崩陷則是某方向的投影。
.作者曰:異乎尋常的聲明需要特別堅強的證據支持。據作者所知,尚無特異功能通過可重覆的雙盲檢驗。


二、
.學習= 過程中戰戰競競,一直到熟悉以後,由小腦接管,才變成下意識、不花大腦力氣的反射動作。 (泰:「閱讀時的記憶力」也有可能這樣練嗎?變成反射?)
「意識」大約有半秒的延遲,相當慢;鋼琴家的演奏往往不假思索。
.意識= 大腦中原子的特定排列,例:一堆字母是雜亂原子,排成《老人與海》就是資訊、排在腦裡就是意識了。 那麼,如果電腦照我們腦原子的排法、同樣的反應模式,可說它有意識嗎? (圖靈檢驗)
(泰:關於意識的形而上論述我沒興趣,只想吃乾貨,跳過吧)
.牛頓的蘋果= 萬有引力提出後都沒講,直到50年後,牛頓才宣揚這個故事,WHY?蘋果讓人聯想到伊甸園,有濃厚的天啟意味。


三、
.宇宙在第一個有意識生物誕生前,都只是波函數疊加嗎?
.延遲實驗= 惠勒在愛恩斯坦百週年誕辰提出的思想實驗:光束先通過半透鏡,分成兩小束(互呈90度),再用全反射鏡使兩束打到同一個觀測點。 then,可用「在該點插入半透鏡」與否,來延遲決定光是通過兩條路or只通過一條。(書上解釋與我理解恰相反,不細究)
.參與性宇宙模型= 加強版的人擇原理。宇宙本身沒有個確定答案,直到人們的觀測參與建構。
.宇宙的膨脹= 恰到好處,若稍快,物質四散無法組成行星;若稍慢,物質會全部吸在一起,我們目前正好處於臨界速度。 要準到什麼程度?約為1/(10^55)。什麼概念?從宇宙左端打中宇宙右端的蒼蠅(相隔300億光年),準確性也只不過1/(10^30)。 類似的超級精準宇宙常數,還可舉出幾十個!
.平方反比定律(ISL)= 不是蘋果K頭一瞬間這麼簡單,事實上它有著明確而艱難的漫長軌跡。1離心力概念、2平方反比思想、3離心力定律、4轉為向心力定律、5平方反比定律、6萬有引力定律。


四、
.多世界解釋(WMI)= 電子通過雙狹縫時,世界分成兩個,一個世界中電子穿過左邊、另一個穿過右邊。 有人評:未免太不經濟,為了一顆電子,產生許多「平行宇宙」的廢料。
.瓦特的水壺蒸汽= 事實上,瓦特出生前20年就有蒸汽機,他只是改良,其中率扯到大量物理、化學、機械知識,和水壺蒸汽沒屁關係。
.凱庫勒的蛇= 蛇咬自尾⇒ 苯是環狀分子!這是他臨死前幾年才提出的,查他筆記和資料,不能發現這樣一個「突破」的日子。 有個說法:這麼編,來掩蓋他從其他化學家工作中得到的啟發。
.愛因斯坦的小板凳= 只在中國流行。愛氏自述3歲才會說話,似乎有學習困難;事實上,愛因斯坦在中學時的拉丁文和希臘文成績都很好。  
.再一個名詞「暈輪效應」,台灣好像譯成「月暈效應」?


五、
.WMI大意= 其實不是「分裂」,這詞用得不好;宇宙只有一個,非常高維,崩陷其實只是投影在某個維度。 實相只有一個,但有許多「分身」。
.希爾伯特向量空間= 3維空間可用3個變數(a,b,c)描述唯一點 ⇒ 位置和動量各3個向量=6個點=6維空間的某一點 ⇒ 貓身上有n個粒子=6n維空間中的一點。 好處:描述一個點,比一隻貓簡單多了。 精髓= 複雜系統的狀態可簡化成某種高維空間的一個點或向量。
.WMI的假定= 任何孤立系統都必須嚴格按照薛丁格方程式演化。。。孤定?很難吧!有一個例外,就是宇宙本身
.假設有個質點人a,他的生活範圍就是某條線段A;另一質點人b生活於線段B;現有某向量,a和b只能分別感知到投影到A和B。  我們的世界是個宇宙,另外還有好多宇宙,全部合成一個「多宙」.

以下氣力放盡,沒再筆記。。。


CH10 回歸經典
一、


CH11 不等式的判決
CH12 新探險
外篇: 海森堡&德國原子彈計劃
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