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2025-10-01
量子世界的祕密:讀《量子糾纏》
670 期
Author 作者
林定暘 | 臺南第一高級中學
台積電盃
青年尬科學
量子
量子水杯
引言
小時候種植綠豆,隔日嫩芽破土而出,如樹中精靈,悄悄綻放生命的祕密,讓我對此充滿好奇。露營時,看著滿天的星斗,思考在遙遠的黑暗盡頭是什麼樣子呢?心裡冒出一個又一個問號。「這個世界究竟是什麼?是由什麼組成的?」長大後,接觸科普知識,猜想也許世界是由微小的原子構成,在看不見的空間中靜靜排列;又或許是由充滿生命力的細胞組成,一個個在微觀裡悄悄運作。看完此書後才發現,也許真正代表一切的,是那些奇異、抽象的量子。
內容概述
《量子糾纏》(
HELGOLAND
)這本書分為七部分,正如書名一樣,是一趟量子旅程。
在旅程開始時,為避免花粉過敏的海森堡(Werner Heisenberg)前往黑爾戈蘭島。在只有一株枯樹的島嶼上,他意外挖出量子之門的鑰匙。從這把鑰匙打開對電子的觀察,他敏銳發現:如果無法觀察電子的軌道,就改為觀察電子的位置,進而開創矩陣力學。
另一位科學家――薛丁格(Erwin Schrödinger)從不同觀點提出波動力學。他想像粒子像水波一樣散開在水池中,並以「機率」描述粒子位置。波動比矩陣直觀,因此較受認同。但海森堡立即找出薛丁格的錯誤,由探測器偵測電子,發現電子並不會在空間中散開,而是到達一個單獨的點位。兩位科學家共同開啟通往真理的入口,讓這趟量子之旅充滿新奇。
接著,旅程進入一個難解卻讓人不斷思考的謎題:疊加概念,也就是量子干涉實驗。光子被分為兩道再重合,若用手擋住其中一道路徑,只有一半的光子到達上方探測器;若兩條路徑皆暢通無阻,則所有光子最終都在向下的路徑,從中帶出疊加概念。為了讓讀者更容易理解,作者羅維理(Carlo Rovelli)以薛丁格的貓為例:對觀測者而言,貓在催眠劑釋放前既清醒也沉睡,處於重疊狀態;對貓自身來說,則是實際經歷其中一種狀態。不同觀察者與行動之間,也因此彼此關聯。另外,讓我最驚訝的是量子糾纏實驗:將一雙手套分別運送至兩地,如此簡單的動作背後,竟然是牽涉量子糾纏。我猜這正是它成為本書標題的原因,因為它不只是神奇又有趣,也改變我對微觀世界的固有想法――原子轉變為量子。
羅維理博學不僅在科學,還能跨領域整合物理與哲學。他從列寧(Lenin)與波格丹諾夫(Aleksandr Bogdanov)的哲學爭論中,進一步探討「唯物主義」是非。最令人印象深刻的是馬赫(Ernst Mach)的觀點:知識應基於「可觀察」現象,這與海森堡文章開頭想法相似,原來海森堡引用了馬赫的話。這讓我發現物理與哲學並非平行,而是在等待交會、求出交點座標。
在這趟量子之旅,羅維理如導遊般提醒我量子的誤用現象,從廣告到政府皆然。網路販售的「量子水杯」讓許多人陷入騙局,我母親去年購買一個聲稱功能包羅萬象的「量子水杯」,但到貨時僅是個透明塑膠杯,沒有任何國家認證,甚至還會漏水。有心人士藉由大眾對量子的誤解賺錢,這也提醒消費者要提高對未知事物的警覺。
在量子之旅的終點站,作者以觀察者腦中處理訊息的機制,描述人類如何由周遭環境檢索資訊。引言中寫道:「我試圖在本篇總結故事,但是卻沒有結論可言。」這句話讓我想了又想,也許這趟量子旅程無需結論,正如宇宙本身,也沒有明確的終點。真正的答案,不在書中,而是在我們願意繼續提問,並著手研究的那一刻。
魔幻寫實作家馬奎斯(Gabriel Márquez)曾說:「這世界太新,很多事物還沒有名字,必須用手指頭伸手去指。」與其說這是一本物理知識書,不如說是一趟耐人尋味的旅程。不管是海森堡與薛丁格的新穎想法,或是「導遊」羅維理的講解,都是令人著迷的經驗。在這裡,每個站牌不是代表暫停,而是一個新的開始;每個景點不是目的地,而是一個里程碑。薛丁格的貓,在盒子裡是生也是死;而我,或許也是那隻貓,在知與未知之間徘徊。當我們望向星空,或凝視一滴水時,那些最微小的顫抖,也讓我們重新理解世界,以手指指向世界的真理,再以雙腳走向尚未被觀測的電子雲。
書 名|《量子糾纏:黑爾戈蘭島的奇幻旅程》
作 者|卡羅.羅維理(Carlo Rovelli)
譯 者|方偉達
出版社|聯利媒體 TVBS
出版年| 2024 年 5 月
\\ 評審評語 //
文字有個人色彩,具感染力。起承轉合運用得宜,清楚掌握書中主軸內容,並加入自身觀點及生活經驗作為例子,結語也引用典故及使用極具哲學深意的文句呼應本書。
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