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春天的早晨，从窗户涌进来的空气带着花园里的清新气息，这个 “奇迹”是如何发生的？

分子如何被微风吹动，又如何经鼻子转化成令人感到愉悦的气味？

每天早晨醒来的“我”是谁 ？当这个“我” 睁开双眼时，周围的宇宙又是什么？

……

在这个量子力学的时代，关于我们的存在以及我们与这个世界之间关系的这些基本的问题，仍是未解之谜。而爱因斯坦和其他现实主义者相信：量子力学理论是不完备的。

在《量子力学的真相(爱因斯坦尚未完成的科学革命)》一书中，斯莫林教授用3幕故事带领我们走进量子力学的世界，了解那些自量子力学诞生以来就一直困扰着人们的概念问题和严重分歧。 幕他会讲述我们在探究量子力学发展轨迹时所需的基本的量子力学概念。第二幕他将带我们追溯了从20世纪50年代开始的现实主义量子力学方法的复兴，并且阐述它们的优缺点。斯莫林认为：正确且完备的量子力学理论不仅能够解决量子引力的问题，还能给出一套完整的宇宙学理论。第三幕斯莫林将介绍包括自己在内的当代物理学家为构建现实主义的万物理论所付出的努力。

量子力学，是一个充满悖论与神秘色彩之地，欢迎所有人来到新的科学时代。

前言

量子物理学，一个充满悖论与神秘色彩之地

幕 量子力学的真相

01 热爱隐藏的大自然

02 量子

03 量子的变化方式

04 量子的共享方式

05 量子力学无法解释的事物

06 反现实主义的胜利

第二幕 现实主义的重生

07 德布罗意和爱因斯坦:现实主义的挑战

08 戴维·玻姆:现实主义的又一次尝试

09 量子态的物理坍缩

10 魔幻现实主义

11 批判现实主义

第三幕 量子力学

12 革命的替代品

13 经验教训

14 步，原理

15 因果论观点

结语 完成爱因斯坦未竟的革命

致谢

术语表

注释

美国知名理论物理学家，圈量子引力论创始人之一，被誉为“现今具原创力的理论学家之一”。拥有罕布什尔学院学士学位和哈佛大学博士学位，在普林斯顿高等研究院、圣巴巴拉理论物理研究所以及芝加哥大学做博士后；曾任教于耶鲁大学、雪城大学和宾夕法尼亚州立大学。现任加拿大圆周理论物理研究所研究员、滑铁卢大学物理系客座教授、多伦多大学哲学系研究生导师。

畅销书作家，著有《时间重生》等多本科普图书，因其对“前沿物理大众科普的卓越贡献”，荣获由美国物理教师联合会颁发的克洛普 • 斯特格纪念奖（Klopp Steg Memorial Award）。

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量子力学解释了物质的性质，比如是什么让金属成了导体，而让另一些物质成了 缘体。量子力学还解释了光和放射性，这是核物理学的基础。没有量子力学，我们就无法理解恒星是如何发光的，也无法发明电子芯片或激光，而我们有许多技术以芯片或激光为基础。量子力学是我们用来书写量子物理学标准模型的语言，它包含了我们所知的有关基本粒子及其赖以产生相互作用的基本力的一切。 根据我们目前研究早期宇宙的 理论，所有物质以及所有 合并成了星系的物质结构，都会在早期宇宙快速膨胀的过程中因真空空间的量子随机性而突然诞生。你或许无法 理解这番话背后的含义，但或许可以在脑海中生成一幅大概的画面。无论如何，倘若这就是事实，那么如果没有量子物理学，一切都将不存在了，只会剩下空空如也的时空。 尽管量子力学取得了如此辉煌的成就，其核心仍是一个极难解决的谜题。量子世界的行为方式对于我们的直觉来说是一种挑战。你常常可以听到这样的说法：在量子世界中，一个原子可以同时处于两个地点，但这还只是量子世界怪异性的开始，这种理论的完整描述可比这一说法奇怪得多。如果原子可能在这里，也可能在那里，那么从某种程度来说，我们就必须称它的状态是同时处于这里和那里，即原子处于一种“叠加态”（superpositionstate）。 如果你是刚接触量子世界，你一定会好奇“原子在某种程度上同时处于这里和那里”是什么意思。对这一问题提出质疑是明智之举，因为这正是量子力学的核心谜团之一。就目前来说，你只需要知道这是量子力学的未解之谜，并且我们创造了一个叫作“叠加态”的术语就行了。接下来。我们就会揭开它的神秘面纱。 当我们说某个量子粒子处于既在这里又在那里的叠加态时，我们指的是物质那种像波一样的性质。因为波是一种可以扩散出去的扰动，所以当然可以既在这里又在那里。 我们刚刚谈论的是基本粒子，但其实包括原子和分子在内的任何量子都既有粒子的性质，又有波的性质，这就是所谓的“波粒二象性”。我们可以通过下面这个例子细细品味这种特性背后的含义。如果我们通过实验寻找某个原子，得到的结果会是它在确定的某处。然而，在各次测量之间，也就是当我们不去寻找这个原子的时候，我们就不可能准确预测它的位置。这就像是找到粒子的概率或倾向在我们没有寻找它时像波一样扩散开来，但只要我们再次搜寻，它就一定会出现在某处。 你可以想象我们在和原子玩捉迷藏。我们“睁开眼睛”——启动探测器，接着就观察到了它出现在某处，但当我们闭上双眼时，它就扩散成了一道概率波，而当我们再次“睁开眼睛”时，原子就一定会再次在某处出现。 量子世界特有的另一大特征叫作“纠缠”（entanglement）。如果两个粒子发生了相互作用，然后又分开，它们仍会共享某些性质，而且这些性质不能拆分成可以分别由这两个粒子单独享有的形式。从这个意义上说，虽然它们分开了，但仍交织在一起。 P4-5

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我认为，爱因斯坦之所以不把量子力学当作权威理论，是因为他对科学有着极高的追求。超越主观意见并发现自然世界的真实图景，即用一些永恒的数学定律揭示现实的本质，这一愿景驱动着他前进。对爱因斯坦来说，科学的宗旨就是捕捉世界的真谛，而且这种真谛是独立于我们而存在的，与我们对它的看法与了解没有任何关系。

新理论必须打破一个常识性假设——物体只会与空间上较为接近的其他物体发生相互作用，这个假设被称为局域性。

对立是一种很奇怪的现象，即存在这样一种量子态：我们知道两个粒子之间存在何种关系，却对它们自身究竟处于何种状态一无所知，我们称这类状态为“纠缠”。纠缠是量子理论引入物理学的一种全新现象，在经典物理学中找不到任何与之对应的现象。

书籍介绍

春天的早晨，从窗户涌进来的空气带着花园里的清新气息，这个 “奇迹”是如何发生的?

分子如何被微风吹动，又如何经鼻子转化成令人感到愉悦的气味?

每天早晨醒来的“我”是谁 ?当这个“我” 睁开双眼时，周围的宇宙又是什么?

……

在这个量子力学的时代，关于我们的存在以及我们与这个世界之间关系的这些基本的问题，仍是未解之谜。而爱因斯坦和其他现实主义者相信：量子力学理论是不完备的。

在《量子力学的真相》一书中，斯莫林教授用3幕故事带领我们走进量子力学的世界，了解那些自量子力学诞生以来就一直困扰着人们的概念问题和严重分歧。第一幕他会讲述我们在探究量子力学发展轨迹时所需的基本的量子力学概念。第二幕他将带我们追溯了从 20 世纪 50 年代开始的现实主义量子力学方法的复兴，并且阐述它们的优缺点。斯莫林认为：正确且完备的量子力学理论不仅能够解决量子引力的问题，还能给出一套完整的宇宙学理论。第三幕斯莫林将介绍包括自己在内的当代物理学家为构建现实主义的万物理论所付出的努力。

量子力学，是一个充满悖论与神秘色彩之地，欢迎所有人来到新的科学时代。