好奇心略大于宇宙 | 李淼寫給孩子的量子力學課

2017-09-21 17:02:57


中國人喜歡說人生識字憂患始,當然,這里的憂患可以用“糊涂”或者“好奇”替換。我們每個人在人生的某個時刻都可能對某樣東西產生突然而來的好奇心。我的好奇心應該是由文學開始,更具體地說是由小說開始。


我羨慕現在的孩子,他們在小學時代就開始關注我們生存其中的這個世界的來龍去脈了。而我的小學時代,除了金魚就是鴿子。到了初中時代,我開始了文學探險,也無非是唐詩宋詞,加上一點當時比較稀缺的小說。恢復高考的時候,我在讀高一,數學和物理的基礎等于零,就跟現在的孩子初入小學,數學和物理基礎等于零一樣。突然來了高考,我翻出媽媽學生時代的舊箱子里的教科書,解釋物體運動的牛頓定律和解釋飛機飛行的伯努利定律就像陽光一樣,照亮了之前對我來說完全未知的世界。


如果不好奇,不去追問,對一個完全懵懂無知的人來說,世界的面目或者說萬事萬物本來就是那樣,何必去追問和理解?而一旦心智的大門被打開,這個人就會一發不可收。我就是這樣,上了北京大學的天體物理專業還不夠,還要去中國科學技術大學讀研究生,進而出國。


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在發表了數十篇物理學論文之后我回國了,開始做科普,才慢慢發現,將自己研究的東西講給別人聽是一件多么愉快的事。開始的時候,我還脫不了自己的專業背景,喜歡用專業名詞講專業的事,于是就有了《超弦史話》。在做科普的同時,我的大多數時間還是在做研究。《一個全息暗能量模型》就是我的作品,當然,是以英文形式發表的。有了這篇論文以及后續論文,我在本領域就算立住腳了。三年前來到中山大學組建新的學院,我開始向科學管理轉型,同時給大學生講一門課,叫作《人與宇宙的物理學》。這門課是用講故事的方式將日常的、眼前發生的和在遙遠地方發生的不可思議的事情講給大學生。這門課在中大很有名,以至于一直講了三年,學生還繼續要我講。同時,我出版了《


與博雅小學堂的合作是一件讓人驚喜的事,在《給孩子講量子力學》四講中,我才發現用故事的方式講物理學,不僅可以講給大學生聽,也可以講給7歲以上的小學生聽。一個微信群可能有點太小了,因為所有人,從孩子到家長在四節課結束的時候都意猶未盡。我想,像物體為何不會塌縮,花為什么是紅的,計算機是怎么工作的,所有這些貌似必須用量子力學解釋的高深問題,既然可以講成孩子能理解的故事,就不該局限于只讓500個孩子知道,應該讓更多的孩子和家長知道。于是,就有了出書的想法。


現在,我被大家稱為科學界的網紅,網紅本身不是目的,成為網紅實現知識共享才是目的。現在,正是知識共享的好時代,將知識變成任何人都可以聽得懂的故事和看得懂的書,正是我當下追求的,我希望這本書做到了。


選自《給孩子講量子力學》

作者:李淼


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書中將抽象難懂的量子力學巧妙化為日常可感的事物,更講述了許多可愛的物理學家的故事,拉近了物理與我們的距離,讓我們饒有興味地展開這場科學之旅。書中也配有妙趣叢生的插畫,小讀者們能更直觀地看懂物理過程,也更真切地認識世界。




 內容節選

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《給孩子講量子力學》內頁



第一講:世界是不確定的 


在我們日常經驗看來,世界運行是確定的。


其實,真實的世界是不確定的。我們眼中的確定性是大量粒子疊加的結果。如果你將石頭仔細分解,一直分解下去,變得只有原子和分子,這個時候,你扔一個原子,沒有人能夠知道一秒鐘后它會在哪里。


有人說,微觀世界不確定與我們無關,事實果真如此么?


著名的薛定諤貓和不確定性在很多地方類似。一只貓可以同時是活的也是死的嗎?


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《給孩子講量子力學》內頁



 第二講:物質為何不會經常爆炸


沒錯,很多時候,物質不會自發爆炸的,一只椅子不會突然爆炸了,也不會突然塌縮成一小團物質。當然,炸藥被點著了會爆炸,那是特殊情況。


物質不會突然爆炸或突然塌縮很重要,在物理學中,這叫穩定性。假如這個世界不穩定,地球就不會存在,山山水水就不會存在,人類也不會存在。


在物理學中,物質能夠穩定地存在,居然與量子力學有關,居然與不確定性有關,同時,還和兩個粒子之間力與距離的關系有關。神奇吧?確實很神奇。事實上,物質穩定不僅與量子力學有關,還和空間是三維的有關。如果空間多出一維,像《三體》中寫的那樣,就不會有地球和人類。


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《給孩子講量子力學》內頁



 第三講:量子可以用來干什么?


可以用來做很多事情,例如半導體中的二極管,沒有它,就沒有電訊工業革命,其實我們的手機中也有量子力學。


很多地方都有量子力學,只是我們看不見。我們會談到一些雖然我們看不見,卻很有用的量子應用的。


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《給孩子講量子力學》內頁



第四講:會有量子計算機嗎?人類大腦是量子的嗎?


物理學家對第一個問題的回答是確定的,是,會有。什么時候有?鬼才知道,也許20年后,也許30年后,甚至100年后。


量子計算機能夠做什么?這就像你們的媽媽爸爸小時候會問,智能手機能夠用來做什么?那時,他們做夢也想不到智能手機可以代替照相機、攝影機、電視機、圖書館、電話,更想不到有微信。


量子計算機是比我們手里的計算機:智能手機更加強大的東西。為什么會更加強大?因為量子計算確實很強大。


那么,人腦是不是很強大?在我看來比一部智能手機強大多了。為什么?我會解釋。那么,人腦是量子的嗎?這是一個科學家沒有共同答案的問題。我們正在研究。我相信人腦是量子的,某種意義上是量子計算機。



嘉賓簡介

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李淼 
現任中山大學天文與空間科學研究院院長。 
1982年畢業于北京大學天體物理專業,1984年獲中國科技大學理學碩士學位。1989年赴丹麥哥本哈根大學玻爾研究所學習,1990年獲哲學博士學位。1990年起先后在美國加州大學圣塔芭芭拉分校、布朗大學任研究助理、研究助理教授,1996年在芝加哥大學費米研究所任高級研究助理。1999年回國,任中國科學院理論物理研究所研究員、博士生導師。 




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