量子熱學是現代數學學的重要支柱，量子熱學促進了現代世界的發展，打造了現代世界的現況。它讓一切成為可能。從計算機到洗衣機，從聯通電話到核裝備量子物理學家合影，沒有量子熱學，這一切都將不復存在。
“遇事不決，量子熱學”真的不是一句戲言：量子熱學幫助理解半導體，將人類帶入電子時代；量子熱學催生了激光，納米技術和核能，這種技術早已和我們的現代生活密不可分；量子熱學改變了人類理解世界的方法，時空穿越、平行世界……不止是壯麗的想像，更是科學家努力的方向。
本期局君帶你讀傳記將為你帶來一本量子熱學無門檻入門手冊——《量子傳》。這本書不是無趣介紹數學定律、數學證明的教科書，而是述說了愛因斯坦、玻爾、普朗克等量子論奠基人當初的精彩故事，是一本淺顯易懂的量子熱學簡史。
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《量子傳》
副標題:到底哪些才是現實
[英]曼吉特·庫馬爾|著
王喬琦|譯
興業出版集團興業出版·鸚鵡螺|2022
以下內容節選自
《量子傳》
序言思維的碰撞（摘錄）
保羅·埃倫費斯特很難過，他剛才做了一個艱辛的決定。很快，他就要出席一個為期一周的大會。會上，許多促進量子革命的化學學家將一起討論她們創造的這個理論到底有何意義。到哪個時侯，埃倫費斯特將不得不告訴他的老同學阿爾伯特·愛因斯坦，他選擇站在尼爾斯·玻爾那邊。埃倫費斯特——這位在英國萊頓學院理論化學學系任教的34歲法國院士，相信原子世界如同玻爾覺得的那樣奇特且飄渺。
他倆圍坐在大會桌旁時，埃倫費斯特潦草地給愛因斯坦寫了一張便箋：“別笑！地獄里有一個專門為量子理論院士打算的項目，她們會被迫每晚聽10個小時的精典化學學講堂。”“我只是笑她們的天真，”愛因斯坦回道，“誰曉得幾年后誰能笑到最后呢？”對愛因斯坦來說，這可不是哪些開玩笑的事，而是關系到現實本質和化學學靈魂的頭等大事。
1927年10月24—29日，主題是“電子和光子”的第五次索爾維大會在奧斯陸舉行。與會者拍攝了一張知名合照，這張相片濃縮了數學學史上最富戲曲性階段的故事。受邀出席此次會議的29名科學屋內最終有17人獲得了諾貝爾獎，此次峰會也是有史以來思想碰撞最為激烈的大會之一。17世紀，伽利略和牛頓開創了一個無與倫比的科學創新時代，也就是數學學黃金時代，而第五次索爾維大會則標志著這個時代的終結。
相片中，保羅·埃倫費斯特站在最后一排左起第三位，身體微微前傾。相片后排橫臥著9位科學家，其中有一位是女人。這9位科學屋內有6位獲得過諾貝爾化學學獎或物理獎。那位女人兩個獎項都獲得過：1903年獲得數學學獎，1911年獲得物理獎。她的名子是瑪麗·居里。在象征榮耀的后排正中位置坐著另一位諾貝爾獎得主，也是牛頓時代以后最負盛名的科學家：阿爾伯特·愛因斯坦。相片中的他左手緊緊扶著凳子，直視前方，其實不太自在。讓他不自在的是他的翼領和襯衫，還是這一周中看到的種種話語？相片第二排最右邊則是尼爾斯·玻爾，他看起來一臉輕松，甚至帶著些許奇特的笑容。對他來說，此次會議頗為成功。不過，等到會議結束，玻爾就只能帶著沮喪回到英國了——他沒能勸說愛因斯坦接受探討量子熱學描畫現實本質的“哥本哈根展現”。
索爾維大會上量子物理學家合影，愛因斯坦不屈不撓，一整周都在努力證明量子熱學并不完備，以及玻爾的阿姆斯特丹演繹存在缺陷。許多年后，愛因斯坦說：“這個理論讓我感覺有點兒像是一個極其聰敏的偏執狂妄想下來的系統，他把許多不相關的思想元素都承襲到了一起。”
坐在瑪麗·居里手指邊的是馬克斯·普朗克，正是這個一手拿著圍巾、一手捏著雪茄的女人發覺了量子。1900年，他不得不接受了這樣一個事實：物質釋放或吸收的光能，以及其他任何方式的電磁幅射都以小份為基本單位，把不同數目的基本單位捆綁在一起，就產生了各類大小的能量。“量子”（，復數方式為）就是普朗克給那些基本能量單位起的名子。在此之前，人們仍然覺得能量的釋放和吸收都是連續的，如同從水龍頭里流出的水。能量的量子概念則完全與我們習以為常的這類觀念背道而馳。在牛頓數學學主宰的宏觀日常世界中，水龍頭里的水可以一滴一滴地流出，但能量并不像各類大小的水滴那樣一份一份地交換。但是，原子和亞原子層面上的現實是量子概念大展拳腳的領域。
馬克斯·普朗克
隨著時間推移，我們發覺原子內電子的能量就是“量子化”的：它擁有的能量只能是個別特定值，其他值則不行。其他化學性質也同樣這么，由于我們發覺微觀領域就是“塊狀”的、離散的，而非人類所生活著的宏觀世界的縮微版。在我們日常生活中，化學性質會平滑而連續地變化，從狀態A到狀態C意味著必然經過狀態B。可是，量子熱學告訴我們，原子中的電子可以上1秒在這個位置，接著只要吸收或釋放一個量子的能量如同變魔術一樣忽然出現在另一個位置，中間不須要經過其他任何位置。這些現象趕超了精典非量子化學學的范疇，如同是先前在紐約的某件東西神秘消失了，之后忽然出現在了倫敦、紐約或則俄羅斯，實在是十分奇怪。
量子化學學的初期發展大多基于一些零散的事實以及專門為解釋這種事實而提出的假定實現，這促使整個理論缺少堅實基礎和邏輯構架，到了20世紀20年代初，這一點早已十分顯著。一個大膽的新理論在這些飽含困擾和危機的狀態下應運而生，那就是我們明天熟知的量子熱學。現在，有些中學仍然在院長這樣的原子模型：電子圍繞著原子核運動，整個原子如同一個微型太陽系。
但是，在量子熱學誕生后，化學學界已經革除這個“行星模型”，取而代之的觀點是：原子結構完全沒法抽象化。接著，1927年沃納·海森堡作出了一項非常不符合常識的發覺。這項發覺奇怪到連海森堡那位年少成名的英國量子熱學大師一開始也未能把握其真諦。它就是不確定性原理：假如我們把握了某個粒子的準確速率，就難以把握它的準確位置；反之亦然。
沃納·海森堡
沒人曉得該如何解釋量子熱學多項式，也沒人曉得這個理論是如何在量子層面上介紹現實本質的。自柏拉圖和亞里士多德時代以來，有關因果關系的問題和月亮在無人看它時到底是否存在這樣的問題，就仍然是哲學家的保留節目，但量子熱學問世以后，20世紀的偉大數學學家們也加入了對這種問題的討論。
等到第五次索爾維大會舉行的時侯，量子化學學的所有基本預制構件都早已就位，此次會議也開啟了量子故事的新篇章。愛因斯坦和玻爾的思想火花在此次會議上深度碰撞，由此引出的各類問題直至明天仍令無數杰出數學學家和哲學家迷戀：現實的本質是哪些？
在我們眼里，哪些樣的現實描述方式才算是有意義？“再也沒有比這更深刻且意義深遠的學術辯論了，”科學家、小說家C.P.斯諾說，“只可惜，這場辯論由于學術氣息實在太濃，難以成為普通大眾的共同話題。”
…………
1920年，愛因斯坦和玻爾在柏林第一次碰面，他倆都發覺自己遇見了智力上的競爭對手，才能不帶憐憫和敵意地相互促進并剌激對方提煉、打磨對量子的思索。正是通過他倆以及參與1927年索爾維大會的部份科學家，我們才得以窺探量子化學學的早年時光。“那是一個英雄的時代，”20世紀20年代還是中學生的日本化學學家羅伯特·奧本海默后來追憶說，“那個時期的標志是實驗室里的耐心工作，是關鍵實驗和大膽行動，是許許多多錯誤的出發點和許許多多站不住腳的推測。那種時代屬于熱誠的通訊和行色匆忙的大會，屬于辯論，屬于批評，屬于睿智的即興語文創作。對這些參與其中的人而言，那是一個創造的時代。”不過，在奧本海默那位原子彈之父看來：“那個時代的新洞見，帶來的不僅欣慰，還有焦慮。”
愛因斯坦和玻爾
沒有量子，我們生活的這個世界會大為不同。不過，在20世紀的大部分時間里，化學學家都覺得，量子熱學只承認她們在實驗中得到的結果，證實實驗之外現實的存在。正是這些情況造成諾貝爾化學學獎得主、美國化學學家默里·蓋爾曼把量子熱學描述為“令人困擾的神秘學科，我們當然都不理解它，但又曉得怎樣使用它”。畢竟，我們也確實使用了這門學科。量子熱學推進了現代世界的發展，它打造了現代世界的現況。它讓一切成為可能。從計算機到洗衣機，從聯通電話到核裝備，沒有量子熱學，這一切都將不復存在。