献给 北门高中的学生 “无论科学家多么笃信，大自然总有办法让他大吃一惊。” —艾萨克·阿西莫夫《复仇女神》 引言　尽头 大自然简直疯了。当你深入到物理学的基本定律，一直到物理学的地下室后，你会发现自己身处一片疯狂混乱的领域，在这里，知识和幻想没有差别。 当然，这也不足为奇：这个世界连海星都可以存在，让你不得不怀疑它是否理智。但即使你已经准备好面对古怪的大自然，也没有办法面对量子力学。 这种疯狂始于19世纪末，当时所有人都在自鸣得意。我们已经绘制了星图，已经提取了DNA，几乎就要分裂原子。我们的知识几乎已经完备，仿佛马上就可以见证人类成就的终章：科学本身到了尽头。 虽然还有几个棘手的科学谜团没有人能完全解决，但它们不过是挂在一旁的小玩意儿，就像壁毯上露出的线头。只有当我们猛拉线头的时候，编织了几个世纪的整幅图案才会被揭开。我们被带入了现实的新图景，一幅关于量子的现实图景。 诺贝尔奖得主理查德·费曼在量子力学系列讲座的开头曾这样说：“我的物理系学生都不懂量子力学。我也不懂量子力学。没有人懂。”费曼大概是史上最伟大的量子物理学家，他的这些话给我们泼了一盆冷水，毕竟，连费曼这样的天才都无法完全理解量子力学，我们这些普通人还有什么机会呢？ 然而值得宽慰的是，费曼并不是说量子力学太复杂而无法理解，他说的是，量子力学太奇怪了。 假设有人让你画一个四边三角形，或者让你想一个小于10且大于10亿的数字—这些要求并不复杂，可是你很难遵从，因为它们太荒谬了。我们的量子力学之旅就是这样。 量子世界充满了四边三角形和反常的数字，平行宇宙和悖论潜伏在每一个角落，物体不受时间和空间的限制。 遗憾的是，我们的头脑生来就不会应对这类疯狂，我们掌握的语言也不够怪异，无法描述出大自然的真貌。所以，物理学家尼尔斯·玻尔说，谈到量子力学时，“只能用诗性的语言来表达”。 许多人都犯了同一个错误，当他们发现一…