撰文：Julien Bobroff（巴黎薩克雷大學物理學教授）
多年來，我一直在推廣自己的研究領域——量子物理學。一般公眾都覺得這是個很吸引人的話題，書籍和雜志封面也常常表現(xiàn)它的神秘。然而，在物理學的這個領域中出現(xiàn)了許多誤解，我寫這篇文章的目的就是要通過事實來揭穿這其中的6個錯誤觀念。
別擔心，你并不需要了解多少的量子物理學知識才能閱讀這篇文章。我不是要解釋什么是量子物理學，而是主要要解釋它不是什么……
1、“量子物理學全都是關于不確定性”
并不是！事實上，量子物理學可能是人類創(chuàng)造的最精確的一門科學。它能夠以極高的精度預測某些性質，甚至可以精確到小數(shù)點10位之后，這都在后來的實驗中得到了證實。
這種錯誤觀念部分來源于海森堡的“不確定性原理”。海森堡指出，當同時測量兩個量時，比如一個粒子的速度和位置，測量的精確性是有限度的。但是當量子物理學被用來計算其他的物理量時，比如能量或者原子的磁性，它可以達到驚人的精確度。
2、“量子物理學無法被可視化”
量子物理學描述的對象通常有些“奇怪”，而且很難描述出它們的圖像，比如波函數(shù)、疊加態(tài)、概率幅、復數(shù)等等。人們常說，只有用數(shù)學方程和符號才能理解這些概念。盡管如此，我們物理學家在教導和推廣這些概念時，仍然會描述它們的圖像。我們會使用圖表、繪畫、隱喻、投影儀和許多其他設備。這些都沒什么，因為不僅是學生，甚至像我們這樣資深的量子物理學家也需要在頭腦中對正在擺弄的對象形成一幅圖像。有爭議的部分在于這些圖像的準確性，因為我們很難準確地表示一個量子對象。
通過與設計師、插畫家和視頻制作者合作，Physics Reimagined（重新想象物理學）研究小組試圖以所有可能的形式來“繪制”量子物理學：折紙、視覺文學、雕塑、3D動畫等等。
3、“即使科學家也不懂量子物理學”
量子物理學領域的一位領軍人物費曼曾說過：“我想我可以有把握地說，沒有人真正理解量子力學?！钡又R上補充說：“我將告訴你們大自然是如何運作的?！边@個學科的奠基人之一玻爾給出了一個很好的總結：“那些在第一次接觸量子理論時沒有被震撼的人，不可能真正理解它。”
當物理學家在處理量子的數(shù)學形式描述時，他們確實明白自己在做什么。他們只是需要讓自己的直覺適應這個新領域及其內(nèi)在的矛盾。
4、“少數(shù)幾個杰出的理論學家提出了量子物理學的整個概念”
量子物理學的整個歷史恰恰表現(xiàn)了完全相反的事實。一開始，在實驗室中出現(xiàn)了一些意想不到的結果，比如光電效應、黑體輻射、原子的光發(fā)射光譜。直到后來，當愛因斯坦、普朗克、玻爾和其他人試圖提供解釋時，這一領域才有了杰出理論學家的加入。
隨后基礎實驗繼續(xù)跟進，包括會從鎳上詭異地反彈的電子，因磁場而發(fā)生奇怪偏轉的銀原子，以及在低溫下可以完美導電的金屬等等。然后理論和概念再次出現(xiàn)，出現(xiàn)了對偶性、自旋以及超導性等概念。理論與實踐之間這種富有成效的來回交流是建立物理學的根基。除了極少數(shù)情況外，通常都是實驗最先出現(xiàn)。
5、“愛因斯坦是量子物理學最大的敵人”
愛因斯坦經(jīng)常被描述為一個對量子物理學充滿惡意的反對者，這可能是因為他的那句名言：“上帝不會和宇宙玩擲骰子?！比欢聦嵤?，他不僅不反對量子力學，而且他還創(chuàng)造了量子力學！
1905年，在普朗克的工作基礎之上，愛因斯坦寫了一篇基礎性的文章——《關于光的產(chǎn)生和轉化的一個啟發(fā)性觀點》。在這篇文章中，愛因斯坦提出，光是由小的、獨立的、一份一份的物體組成的，它們名為光子。事實上，讓它獲得諾貝爾獎的正是這項工作，而不是他在相對論方面的研究。
愛因斯坦之所以留下這樣的“惡名”可能是源于他與玻爾關于量子力學的論戰(zhàn)，尤其是關于詮釋和量子實在的概念，因為他不接受非定域性的概念。后來，關于量子糾纏和違背貝爾定理的實驗證明了愛因斯坦是錯誤的，并證明了隱變量的缺失。愛因斯坦完全理解量子物理學的相關性，他只是對它的一些含義有所疑慮，特別是在于定域性有關的問題上。
6、“量子物理沒有實際用途”
量子物理學可能是現(xiàn)代物理學中最有用的學科。一旦物理學家理解了光、原子和電子的工作原理，就能對它們進行操縱。激光、醫(yī)院里的核磁共振成像、LED燈、閃存、硬盤，還有更重要的晶體管和電子器件，所有這些技術都是量子物理學家發(fā)明的。
就是這些啦！我希望我破除了量子物理學的一些神秘。最后我想說的是，量子物理學是一門與其他任何科學都一樣的學科……
原文標題為“Seven common myths about quantum physics ”，首發(fā)于2019年4月15日的The Conversation。原文鏈接：https://theconversation.com/seven-common-myths-about-quantum-physics-115029. 中文內(nèi)容有刪減，僅供參考，一切內(nèi)容以英文原版為準。
注：
Physics Reimagined網(wǎng)站：http://hebergement.u-psud.fr/supraconductivite/?lang=en
