撰文：（倫敦薩克雷學(xué)院化學(xué)學(xué)院士）
多年來(lái)，我仍然在推廣自己的研究領(lǐng)域——量子化學(xué)學(xué)。通常公眾都認(rèn)為這是個(gè)很吸引人的話題，書(shū)籍和刊物封面也經(jīng)常表現(xiàn)它的神秘。但是，在數(shù)學(xué)學(xué)的這個(gè)領(lǐng)域中出現(xiàn)了許多誤會(huì)，我寫(xiě)這篇文章的目的就是要通過(guò)事實(shí)來(lái)說(shuō)明這其中的6個(gè)錯(cuò)誤觀念。
別害怕，你并不須要了解多少的量子化學(xué)學(xué)知識(shí)能夠閱讀這篇文章。我不是要解釋哪些是量子化學(xué)學(xué)，而是主要要解釋它不是哪些……
1、“量子化學(xué)學(xué)全都是關(guān)于不確定性”
并不是！事實(shí)上，量子化學(xué)學(xué)可能是人類(lèi)創(chuàng)造的最精確的一門(mén)科學(xué)。它還能以極高的精度預(yù)測(cè)個(gè)別性質(zhì)，甚至可以精確到小數(shù)點(diǎn)10位以后，這都在后來(lái)的實(shí)驗(yàn)中得到了否認(rèn)。
這些錯(cuò)誤觀念部份來(lái)始于海森堡的“不確定性原理”。海森堡強(qiáng)調(diào)，當(dāng)同時(shí)檢測(cè)兩個(gè)量時(shí)，例如一個(gè)粒子的速率和位置，檢測(cè)的精確性是有限度的。并且當(dāng)量子化學(xué)學(xué)被拿來(lái)估算其他的化學(xué)量時(shí)，例如能量或則原子的磁性，它可以達(dá)到驚人的精確度。
不確定性原理
2、“量子化學(xué)學(xué)難以被可視化”
量子化學(xué)學(xué)描述的對(duì)象一般有些“奇怪”，并且很難描述出它們的圖象，例如波函數(shù)、疊加態(tài)、概率幅、復(fù)數(shù)等等。人們常說(shuō)，只有用物理多項(xiàng)式和符號(hào)才會(huì)理解這種概念。雖然這么，我們化學(xué)學(xué)家在教導(dǎo)和推廣這種概念時(shí)，依然會(huì)描述它們的圖象。我們會(huì)使用圖表、繪畫(huà)、隱喻、投影儀和許多其他設(shè)備。那些都沒(méi)哪些，由于除了是中學(xué)生，甚至像我們這樣資深的量子化學(xué)學(xué)家也須要在腦子中對(duì)正在撫弄的對(duì)象產(chǎn)生一幅圖象。有爭(zhēng)議的部份在于這種圖象的確切性量子物理學(xué)書(shū)籍排名，由于我們很難確切地表示一個(gè)量子對(duì)象。
通過(guò)與設(shè)計(jì)師、插作家和視頻制做者合作，（重新想像數(shù)學(xué)學(xué)）研究小組企圖以所有可能的方式來(lái)“繪制”量子化學(xué)學(xué)：折紙、視覺(jué)文學(xué)、雕塑、3D動(dòng)漫等等。
的作品：超流體
3、“即使科學(xué)家也不懂量子化學(xué)學(xué)”
量子化學(xué)學(xué)領(lǐng)域的一位領(lǐng)軍人物費(fèi)曼曾說(shuō)過(guò)：“我想我可以有掌握地說(shuō)，沒(méi)有人真正理解量子熱學(xué)。”但他接著馬上補(bǔ)充說(shuō)：“我將告訴大家大自然是怎樣運(yùn)作的。”這個(gè)學(xué)科的奠基人之一玻爾給出了一個(gè)挺好的總結(jié)：“那些在第一次接觸量子理論時(shí)沒(méi)有被驚艷的人，不可能真正理解它。”
當(dāng)化學(xué)學(xué)家在處理量子的物理方式描述時(shí)，她們確實(shí)明白自己在做哪些。她們只是須要讓自己的直覺(jué)適應(yīng)這個(gè)新領(lǐng)域及其內(nèi)在的矛盾。
費(fèi)曼、玻爾、愛(ài)因斯坦
4、“少數(shù)幾個(gè)杰出的理論學(xué)家提出了量子化學(xué)學(xué)的整個(gè)概念”
量子化學(xué)學(xué)的整個(gè)歷史恰恰表現(xiàn)了完全相反的事實(shí)。一開(kāi)始，在實(shí)驗(yàn)室中出現(xiàn)了一些意想不到的結(jié)果，例如光電效應(yīng)、黑體幅射、原子的光發(fā)射波譜。直至后來(lái)，當(dāng)愛(ài)因斯坦、普朗克、玻爾和其他人企圖提供解釋時(shí)，這一領(lǐng)域才有了杰出理論學(xué)家的加入。
此后基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)繼續(xù)跟進(jìn)，包括會(huì)從鎳上怪異地回落的電子，因磁場(chǎng)而發(fā)生奇怪偏轉(zhuǎn)的銀原子量子物理學(xué)書(shū)籍排名，以及在高溫下可以完美導(dǎo)電的金屬等等。之后理論和概念再度出現(xiàn)，出現(xiàn)了排比性、自旋以及超導(dǎo)性等概念。理論與實(shí)踐之間這些富于成效的來(lái)回交流是構(gòu)建數(shù)學(xué)學(xué)的根基。不僅極少數(shù)情況外，通常都是實(shí)驗(yàn)最先出現(xiàn)。
5、“愛(ài)因斯坦是量子化學(xué)學(xué)最大的敵軍”
愛(ài)因斯坦常常被描述為一個(gè)對(duì)量子化學(xué)學(xué)飽含惡意的反對(duì)者，這可能是由于他的那句格言：“上帝不會(huì)和宇宙玩擲色子。”然而事實(shí)是，他除了不反對(duì)量子熱學(xué)，并且他還創(chuàng)造了量子熱學(xué)！
1905年，在普朗克的工作基礎(chǔ)之上，愛(ài)因斯坦寫(xiě)了一篇基礎(chǔ)性的文章——《關(guān)于光的形成和轉(zhuǎn)化的一個(gè)啟發(fā)性觀點(diǎn)》。在這篇文章中，愛(ài)因斯坦提出，光是由小的、獨(dú)立的、一份一份的物體組成的，它們名為光子。事實(shí)上，讓他獲得諾貝爾獎(jiǎng)的正是這項(xiàng)工作，而不是他在相對(duì)論方面的研究。
愛(ài)因斯坦之所以留下這樣的“惡名”可能是緣于他與玻爾關(guān)于量子熱學(xué)的論爭(zhēng)，尤其是關(guān)于演繹和量子實(shí)在的概念，由于他不接受非定域性的概念。后來(lái)，關(guān)于量子糾纏和違反貝爾定律的實(shí)驗(yàn)證明了愛(ài)因斯坦是錯(cuò)誤的，并證明了隱變量的缺位。愛(ài)因斯坦完全理解量子化學(xué)學(xué)的相關(guān)性，他只是對(duì)它的一些涵義有所顧慮，非常是在于定域性有關(guān)的問(wèn)題上。
貝爾不方程
6、“量子化學(xué)沒(méi)有實(shí)際用途”
量子化學(xué)學(xué)可能是現(xiàn)代數(shù)學(xué)學(xué)中最有用的學(xué)科。一旦化學(xué)學(xué)家理解了光、原子和電子的工作原理，能夠?qū)λ鼈冞M(jìn)行操縱。激光、醫(yī)院里的核磁共振成像、LED燈、閃存、硬盤(pán)，還有更重要的晶體管和電子元件，所有這種技術(shù)都是量子化學(xué)學(xué)家發(fā)明的。
核磁共振成像儀器
就是這種啦！我希望我破不僅量子化學(xué)學(xué)的一些神秘。最后我想說(shuō)的是，量子化學(xué)學(xué)是一門(mén)與其他任何科學(xué)都一樣的學(xué)科……
原文標(biāo)題為“Sevenmythsabout”，首發(fā)于2019年4月15日的The。原文鏈接：/seven--myths-about---.英文內(nèi)容有刪節(jié)，僅供參考，一切內(nèi)容以英語(yǔ)原版為準(zhǔn)。
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