序言
假如要推選數學學發展史上最偉大的這些年代，這么有兩個時期是一定會上榜的：17世紀末和20世紀初。后者以牛頓《自然哲學之物理原理》的出版為標志，宣告了近代精典數學學的即將成立；而前者則為我們帶來了相對論和量子論，并最徹底地推翻和重建了整個數學學體系。所不同的是，昨天當我們再度談論起牛頓的時代，心里更多的早已只是對那段光輝時光的懷舊和緬懷；而相對論和量子論卻一直深深地影響和困惑著我們至今，猶如兩顆稚嫩的橄欖，嚼得越久，反倒愈發滋味無窮。
我在這兒要給你們講的是量子論的故事。這個故事更像一個傳奇，由一個不起眼的線索開始，曲徑通幽，慢慢地落櫻斑斕，亂花迷眼。正在沒個頭緒處，忽然間峰回路轉，天地寬廣，如河出伏流，一瀉汪洋。但是還未來得及一覽景色，一晃又大起大落，誤入白云深處不知歸路......量子熱學的發展史是數學學上最興奮人心的篇章，我們會聽到化學大樓在大風大雨下旋即倒塌，卻又在熊熊烈焰中得到了洗禮和重生。我們會看見最革命的思潮肆虐大地，帶來了讓人吃驚的電閃雷鳴，同時卻又突顯出驚艷人心的美麗。我們會看見科學怎樣在荊棘和沼澤中艱辛地走來，卻更加堅定了對勝利的信念。
量子理論是一個極為復雜而又難解的謎團。她像一位神秘的少女，我們天天與她相見，卻一直未能看穿她的內心世界。明天，我們的現代文明，從筆記本到激光，從核能到生物技術，幾乎沒有那個領域不依賴于量子論。但量子論到底帶給了我們哪些？這個問題至今卻仍然無法回答。在自然哲學觀上，量子論帶給了我們前所未有的沖擊和振動，甚至改變了整個化學世界的基本思想。它的觀念是這么的革命，乃至最不保守的科學家都在潛意識里對它懷有深深的懼意。現代文明的繁盛是理智的勝利，而量子論無疑是理智的最高成就之一。并且它被賦于的力量太過強悍，進而連它的創造者本身都無法駕馭，致使量子論的奠基人之一玻爾都要說：“如果誰不為量子論倍感疑惑，那他就是沒有理解量子論。”
掐指算來，量子概念的誕生已然超過整整100年，但不可思議的是，它的一些基本思想卻至今不為普通的大眾所熟知。這么，就讓我們再度回到那種偉大的年代，去回顧一下那場史詩般壯觀的革命吧。我們將順著量子論當初走過的公路展開此次探險，我們將和20世紀最偉大的數學天才們同行，去親身體驗一下她們當初曾經歷過的這些困擾、激動、恐懼、狂喜和驚訝。
天邊兩朵小小的烏云
這么多的新發覺接連涌現，令人一時間眼花繚亂。每一個人都開始覺得到了一種不安，恐怕有哪些重大的風波正式發生。化學學這座大樓仍然屹立，看起來仍然這么巍峨，這么牢不可破，但氛圍卻忽然顯得異常陰郁上去，一種山雨欲來的焦躁覺得在人們心里擴散。新的世紀很快就要來到，人們不曉得正式發生哪些，歷史即將何去何從。俯瞰天邊，人們隱隱可以見到兩朵小小的烏云，小得那樣不起眼。沒人曉得，它們將要帶來一場大風大雨，將舊世界的一切從大地上徹底抹殺。而我們，也將要沖進這暴風雨的中心，去看一看那場天崩地坼的革命。
然而，在暴風雨到來之前，還是讓我們抬頭再看一眼黃金時代的天空，作為最后的追憶。藍色的光芒照亮在我們的身上，把一切都染上了神圣的色調。精典數學學的大樓在它的映照下，是那樣莊重雄壯，溢彩流光，令人不禁想起神話中宙斯和眾神在奧林匹斯山上那亙古不變的宮殿。誰又會想到，這驚艷人心的壯觀，卻是斜陽投射在龐大帝國農地上最后的余暉。
科學史上的奇跡年
假如站在一個比較高的角度來看歷史，一切事物都是秉持特定的軌跡的，沒有無緣無故的事情，也沒有不合常理的發展。在時代浪尖里弄潮的英雄人物，雖然都只是適宜了那種時代的基本要求，這才得到了屬于她們的無上榮耀。
然而，假若站在廬山之中，把我們的眼神投射到具體的那種情境中去，我們也就能理解一個偉大人物為時代所帶來的光榮和進步。似乎不能說，喪失那些偉大人物，人類的發展都會邁向歪路，而且也不能夠認英雄和天才們為這個世界所作出的巨大貢獻。
在科學史上上帝擲骰子嗎量子物理史話在線閱讀，就更是這樣。整個科學史可以說就是以天才的名子來妝點的燦爛銀河，而有幾顆非常明亮的星辰，它們所發射出光芒穿越了整個宇宙，仍然抵達時空的盡頭。她們的智慧在某一個時期散發出這么璀璨的輝煌，令人嘆為觀止。仍然到明天，我們都未能找出愈發適宜的字句來加以形容，而只能冠以“奇跡”的名子。
科學史上有兩個年份，便符合“奇跡”的稱謂，而它們又是和兩個天才的名子緊緊相連的。這三年分別是1666年和1905年，那兩個天才便是牛頓和愛因斯坦。
赫爾辛基解釋的核心
克拉科夫的機率解釋、海森堡的不確定性原理和玻爾的互補原理，兩者共同構成了量子論“哥本哈根解釋”的核心，至今依然深刻地影響著我們對于整個宇宙的終極認識。
前二者搗毀了精典世界的（嚴格）因果性，互補原理和不確定原理又合力摧毀了世界的（絕對）客觀性。新的量子圖景詮釋出一個前所未有的世界，它是這么古怪，無法想像，和人們的日常生活格格不入，甚至違反我們的理智本身。并且，它卻還能解釋量子世界一切不可思議的現象。這些主流解釋被稱為量子論的“哥本哈根”解釋，它是以玻爾為首的一幫科學家做出的，她們大多數曾在赫爾辛基工作過，許多是量子論本身的成立者。
赫爾辛基解釋的基本內容，全都圍繞著三大核心原理而展開。
首先，（海森堡的）不確定性原理限制了我們對微觀事物認識的極限，而這個極限也就是具有化學意義的一切。
其次，由于存在著觀測者對于被觀測物的不可防止的擾動，如今主體和客體世界必須被理解成一個不可分割的整體。沒有一個孤立地存在于客觀世界的“事物”（being），事實上一個純粹的客觀世界是沒有的，任何事物都只有結合一個特定的觀測手段，才談得上具體意義。對象所表現出的形態，很大程度上取決于我們的觀察方式。對同一個對象來說，這種表現形態可能是相互抵觸的，但必須被同時用于這個對象的描述中，也就是（玻爾的）互補原理。
最后，由于我們的觀測給事物帶來各類原則上不可預測的擾動，量子世界的本質是“隨機性”（奧斯陸的機率解釋）。傳統觀念中的嚴格因果關系在量子世界是不存在的，必須以一種統計性的解釋來取而代之，波函數Ψ就是一種統計，它的平方代表了粒子在某處出現的機率。當我們說“電子出現在X處”時，我們并不曉得這個風波的“原因”是哪些，它是一個完全隨機的過程，沒有因果關系。
有些人可能認為特別糟糕：又是不確定又是沒有因果關系，這個世界不是亂套了嗎？化學學家既然哪些都不曉得，那她們還好意思呆在學院里領工資，或則在電視節目上欺世盜名？但是事情并沒有想象的這么壞，盡管我們對單個電子的行為只能預測其機率，但我們曉得，當樣本數目顯得非常特別大時，機率論就很有用了。我們無法曉得一個電子在屏幕上出現在哪些位置，但我們很有掌握，當數以萬億計的電子穿過雙縫，它們會產生干涉紋樣。這就好比保險公司無法預測一個顧客會在哪些時侯死去，但它對一個城市的總體死亡率是清楚的，所以保險公司一定是掙錢的！
第五屆索爾維大會論辯
但是，1927年這場華山論劍，愛因斯坦終究輸了一招。并非劍法不精，可謂內力不足。面對浩浩蕩蕩的歷史時尚，他頑強地逆流而上，結果被磨蝕得躺臥不穩，苦苦支撐。
1927年，量子革命的大爆發早已步入第五年，到了一個收官的階段。當初種下的種子現在開花結果，革命思潮早已風靡整個數學界，毫無保留地指明了未來的方向。越來越多的人終究體悟到了赫爾辛基解釋的核心奧義，并誠意歸依，都投在量子門下。愛因斯坦尚且沒能勸說玻爾，反倒時常被反駁得說不出話來，但是他這個“反動”態度引來了許多人扼腕哀嘆。追懷1905年，愛因斯坦橫空出世，一年內六次出手，每一役都打得天搖地動，驚世駭俗，獨自創下一番轟轟烈烈的事業。當時少年意氣，蔑視群雄，揚鞭躍馬，笑傲江湖，這一幅傳奇的畫面在多少人心目中留下了永恒的向往！但是，當初哪個最叛逆、最革命、最不拘禮法、最痛恨權威的愛因斯坦，現在居然站在新生量子論的對立面！
愛因斯坦這一仗輸得狼狽。玻爾看起來沉默駑鈍，但是佩劍無鋒，大巧不工，在他一生中幾乎沒有輸過哪一場認真的辯論。并且愛因斯坦不是那個容易被擊敗的人，他逆風而立，一頭亂發掩不住眼里的堅決。他身旁還躺臥著兩位，一位是德布羅意，一位是薛定諤。兩人吳帶凌風，飄然飄飄，在量寅時代到來的曙光中，大有長鋏寒瑟，易水蕭蕭，誓與精典理論共危亡的悲情氣魄。
歲月如梭，一彈指又是兩年，各方俊杰又聚首赫爾辛基，會面于第六屆索爾維大會。兩年前那一戰已成舊事，這第二次華山論劍，不知誰勝誰負？
對宇宙和諧秩序的眼巴巴信仰
1933年9月25日，埃侖費斯特在英國萊登殺害了他那患有智力障礙的孩子，之后自縊了。他在留給愛因斯坦、玻爾等好友的信中說：“這幾年我越來越無法理解化學學的急速發展，我努力嘗試，卻更為絕望和嘶聲裂肺，我總算決定舍棄一切。我的生活極其令人厭煩......我僅僅是為了女兒們的經濟來源而活著，這使我倍感罪惡。我試過別的方式并且收效甚佳，因而越來越多地去考慮自盡的種種細節，除此之外我沒有第二條路可以走了......寬恕我吧。”
在愛因斯坦看來，埃侖費斯特的慘劇無疑是一個時代的慘劇。兩代化學學家的思想猛烈沖突和撞擊，在一個天除草覆的飄搖亂世，帶給整個數學學以強烈宮縮。埃侖費斯特似乎從理性上支持玻爾，但當一個文化消亡之時，以前因此文化所感之人必倍感強烈的痛楚。昔日黃金時代的暗淡老去，代以雪后萵筍般盛行的新思潮，從量子到量子場論，原子中各類新粒子層出不窮，稀奇奇特的概念統治整個世界。愛因斯坦的心里何曾沒有埃侖費斯特那樣無法名狀的巨大悲傷？愛因斯坦遠遠地、孤獨地站在鴻溝的另一邊，看著年青人們義無反顧地高唱著向遠方挺進，每一個人都對他說他站錯了地方。這些覺得是那樣奇怪，雖然世界都變得迷蒙而不真實。為啥以前有人哀嘆說，即便早死幾年，也不愿見到現代數學這樣一幅令人無法接受的畫面。
不過，愛因斯坦卻一直沒有倒下，盡管他身在異鄉，他的第二個兒子又病倒纏身，不久將與他生離死別，可這一切都不能使愛因斯坦舍棄內心那種堅強的信仰，那種對于結實的因果關系，對于一個宇宙和諧秩序的眼巴巴信仰。愛因斯坦依舊選擇戰斗，他的身影在斜陽下拉得那樣長，雖然是勇敢的老戰士為一個消逝的王國做最后的悲情抗爭。
量子論的出現徹底改變了世界
量子論在數學界的幾乎每一個角落都喚起興奮人心的浪花，引起一連串美麗的漣漪。
它深入固體化學之中，使我們對于固體機械和熱性質的認識形成了翻天覆地的變化，更打開了通向匯聚態化學這一嶄新世界的房門。在它的指引下，我們才真正認識了電壓的傳導，促使對于半導體的研究成為可能，而最終率領我們邁向微電子學的完善。它造訪分子化學領域，成功解釋了物理鍵和軌道介孔，進而開創了量子物理學科。現在我們關于物理的幾乎一切知識，都構建在這個基礎之上。而材料科學在插上了量子論的雙翼以后，才真正振翅翱翔上去，開始深刻地影響社會的方方面面。在量子論的指引之下，我們認識了超導和超流，我們把握了激光技術，我們造出了晶體管和集成電路，為一整個新時代的將至真正做好了打算。量子論讓我們得以一探原子內部那最為精細的奧秘，我們不但愈發深刻地理解了電子和原子核之間的作用和關系，還進一步拆開原子核，感受到了大自然那更為令人驚訝的神奇。在廣袤的星空之中，我們必須利用量子論能夠掌握星體的命運會何去何從。最后，很有可能，我們對于宇宙終極命運的理解也離不開量子論。
量子論的出現徹底改變了世界的面貌，它比史上任何一種理論都引起了更多的技術革命。核能、計算機技術、新材料、能源技術、信息技術……這些都在根本上和量子論密切相關。牽強一點說，假若沒有足夠的關于弱互相斥力和晶體衍射的知識，DNA的雙螺旋結構也就不會被發覺，分子生物學也就未能完善，也就沒有現在如此火爆的生物技術革命……如果要推選20世紀最為深刻地影響了人類社會的風波，這么可以毫不夸張地說，它應當被授予量子熱學及其相關理論的成立和發展。
其實我們始終不能從哲學意義起來真正理解量子論，但它的進步意義仍然無可限量。其實我們有時侯就會時常追憶精典時代，追憶這些因果關系一絲不茍，宇宙的本質簡單易懂的日子，但這也早已更多地是一種懷舊情緒而已。正如影片《亂世佳人》的開頭不無深情地說：“曾經有一片屬于勇士和棉花園的農地叫老北方。在這個美麗的世界里，紳士們最后一次風度翩然地行禮，勇士們最后一次和漂亮的女伴們同行，人們最后一次看到主人和她們的奴隸。而現在這早已是一個只能從書本中去找尋的舊夢，一個隨風飄蕩的文明。”雖然有這樣的悲傷，但人們仍然還是會贊揚南方揚基們最后的勝利，由于我們從她們哪里得到更大的力量，更多的熱情，還有對未來更執著的信心。
尾聲
我們的簡史總算到了盡頭。量子論在奇妙的氛圍中誕生，在亂世中艱辛地成長上去，與一些偉大的對手展開過激烈的交鋒。它建筑起經天緯地的巨構，卻也曾在其中迷失方向而惶恐徘徊不已。它至今使我們深深困惑，卻又肩負著我們最虔敬、最寶貴的心愿和夢想。它最終的歸宿是哪些？超弦？M理論？我們仍不清楚，但我們堅信會出現一個量子引力理論，把整個數學學最終統一上去，把宇宙最終極的奧秘驕傲地抒寫在人類的歷史之中。
在新世紀的開始，數學學總算又一次走到了決定命運的關頭。我們雖然又站在一個大時代的前沿，光輝的前景令我們砰然心動，興奮又慌張，幾乎不敢去想象那是一個怎么偉大的景色。最終的統一雖然早已觸手可及，甚至早已可以聽得到它的心跳和脈搏。歷史雖然在冥冥中峰回路轉，兜了一個大圈以后又回到100多年前，回到精典化學一統天下時那似曾相戀的場景。
但此次的意義甚至更偉大：當初的牛頓熱學和麥克斯韋電磁論其實彼此相容，但它們其實是兩個不同方式的理論！從這個意義上說，龐大的精典帝國最多是一個結合得比較緊密的聯邦。但此次不同了，那種傳說中的萬能理論，它還能用同一個多項式去描述宇宙間所有的現象，在所有的領域中，它都實現了直接而有效的統治。這是有史以來第一次上帝擲骰子嗎量子物理史話在線閱讀，我們有可能完成實際意義上的徹底統一，把所有大權都集于一身，因而開創一個真正恢弘的帝國時代。
人們雖然早已聽到了天空中，黑色的光輝再一次耀眼上去，神圣的詩篇再一次被吟唱，回蕩在宇宙的每一個角落。當這個日子到來的時侯，化學學將再一次達到它的顛峰，登上宇宙的極頂。憑欄遠眺，眾山皆小，一切都在腳下。其實很清楚歷史上這樣的神話最終歸于破滅，霍金一直忍不住在《時間導論》里說：“在慎重豁達的基礎上，我一直相信，我們可能早已接近于探求自然的終極定理的終點。”
然而，統一之后呢？是不是一切都大功告成了？化學學是不是又走到了它的盡頭，再沒有更多的發覺可以做出了？我們的后代是不是將再一次深陷無事可做的窘境，不僅修正幾個常數在小數點后若干位的值而已？或則，在未來的某三天，地平線上又會出現小小的烏云，帶來一場迅猛的大風大雨，把我們的知識體系再一次擊碎，并引起新的革命？歷史是不是這樣一種永無止境的輪回，大自然是不是永遠也不肯向我們領略它最終的秘密，而我們的探求，是不是永遠也沒有終點？
這一切都沒有答案，我們只能義無反顧地順著這條公路繼續前進。其實歷史終究是一場輪回，但在每一次的輪回中，我們其實都獲得了更為偉大的發覺。科學在不停地檢討自己，但這些謙遜的考量和自我否定不但沒有消弱它的光榮，反倒使它獲得了永恒的力量，也不斷地提高著我們對它的信心。人類居住在太陽系中的一顆小小行星上，她們的文明不過萬年的歷史，現代科學的成立不到400年。但她們的智慧貫串整個時空，從最小的量子到最大的宇宙尺度，從大爆燃的那一刻到時間的終點，從近來的白矮星到最遠的宇宙視界，沒有哪些可以抵擋我們窺探的腳步。這一切，都來自于我們對成功的信念，對于科學的依賴，以及對于神奇的自然那永無休止的好奇。
我由衷地希望諸位在此次的量子旅程中獲得了一些非凡的體驗，其實它帶來困擾，但它其實指向希望。我必須在這兒和諸位揮別，但量子論的路一直沒有走完，它一直處在迷宮之中，前途漫漫，還有無數未知的秘密有待開掘，我們依然還要努力地上下去求索。而這剩下的旅程，必須由諸位獨立去完成，由于上面尚沒有路，它要靠我們親手去開辟下來。
其實有三天，你的名子也會成為量子歷史的一部份，被銘刻在街邊的記念碑上，再一次召喚后來的過路人對于一段偉大歲月的沉痛追憶。誰又曉得呢？
隨著哲學家和科學家顯得越來越恬靜，哲學和自然科學之間的鴻溝早已大到足以拒絕任何消弭。
05月16—17日，中科院化學所曹則賢院長帶來《物理學的哲思-未來科技從那里來？》一課，讓空洞的哲學信條、骨感的數理公式棲身于鮮活的生活現實！