前段时间一部《星际穿越》让众多科幻迷大呼过瘾,导演克里斯托弗·诺兰通过逼真的特效把观众带进了那个五维空间、相对论、黑洞交织的异次元世界。剧中的很多情节因为有天体物理学大牛基普·S·索恩(Kip Stephen Thorne)站台,因此被称为史上最“硬”的科幻片,又因为片中很多场景涉及到物理学尤其是量子物理学的概念,让人无法理解,又被冠以“烧脑神剧”的称号。
有没有一本书能够让人全面了解整个物理学的发展而又不会感到痛苦,甚至会有阅读金庸武侠小说般的快感?如果在这个过程中还能够纠正长期以来人们对于科学故事的一些谬误,那就更好了。没错,这里说的正是曹天元的《量子物理史话》。
在曹天元的笔下,物理学不再是由一堆公式堆砌而成让人头皮发麻的学科,而是一门人类对身边最习以为常的元素—光的构成进行思考衍生出来的学科。整个物理学关于光的性质有两种不同的说法,一种认为光是由粒子构成的,另一种认为光的本质是一种波,并且具有不同的频率。量子物理学的发展史实际上是这两种学说不断得到证实或证伪的历史。
在这个过程中,两种学说针锋相对,人类有史以来最聪明的脑袋前仆后继,纷纷加入到论争当中,虽然中间会出现力量的此消彼长,有时候波动说占上风,有时候粒子说的信徒更众,但总体而言是谁也说服不了谁,谁也消灭不了谁。
直到20世纪初,爱因斯坦、德布罗意等物理学家先后通过理论和实验进行验证,才得出光波具有波粒二象性的结论,从而让争论暂告一段落。波粒二象性是指微观粒子有时会显示出波动性,有时又会显示出粒子性,这也成为了量子物理学的一个重要理论基础。
有一种说法是物理学的尽头是数学,数学的尽头是哲学,哲学的尽头是神学,这实际上表达了人类对未知世界的探寻永无止境。物理学是自然科学的基石,经过几百年的发展已经建立起了坚如磐石的理论体系,但即使如此,物理学到了今天仍有很多未解之谜需要去探寻。
人类对世界的探索就像一个小孩子在沙滩捡贝壳,当我们以为已经把所有贝壳捡完了,就像19世纪的经典物理学认为人类对世界的探索已经到了尽头,会突然发现在海底有着更多五光十色的贝壳等着去捡,就像20世纪量子物理学的横空出世一样。