现代人不学习量子科学知识是一种遗憾

为什么要学习量子力学?有功利的和非功利的两种答案。

从功利的角度来说,学习量子力学非常有用。

非专业人士学习量子力学有什么作用呢?

掌握一定的量子科学知识,一方面可以增加茶余饭后的谈资,显示自己的高雅;二是可以防止上当受骗。

人类在宇宙之中生活,与量子力学息息相关。跟我们形影不离的手机、居家必备的WiFi、医院检查身体的核磁共振仪、做美容或切割的激光……我们的味觉、嗅觉等感觉器官的运作……恒星内部的核聚变……都是基于量子力学的基本原理。詹姆斯·卡卡廖斯在《量子力学的奇妙故事》一书的引言中说:“量子力学在哪?你不正沉浸于其中吗。”我们是日用量子力学而不知。

即将走出实验室进入商用的量子加密通讯和量子计算,必将引发一场信息革命和智能革命。量子时代已经到来,它影响着当下,也将影响未来。谁掌握了量子技术,谁就掌握了人类的未来。

学习量子力学,有说完道不尽的话题。特别是那些有志于搞科幻小说创作的人,学习量子力学更是大有益处。常言道:“遇事不决,量子力学。”参入量子力学元素,不仅可以让你的作品显得高深的样子,而且还可以使原本不符合逻辑的情节一下子柳暗花明。

自从2017年第一颗量子实验卫星成功发射时空之后,原本深居闺阁的“量子”,罩着神秘的面纱,进入了大众的视野。

一些狗鼻子灵敏的骗子,打着高科技的幌子,推出量子水、量子吊坠、量子能量石、量子鞋垫、量子波动阅读……一系列令人眼花缭乱的“量子产品”,到处招摇撞骗。

骗子的手法看起来愚蠢可笑,但凡有点科学常识的人,都不会上当受骗。遗憾的是我们的量子科普没有及时跟上,导致很多人上了传销的贼船。

所以说,即便不是非专业人士,学习掌握一定的量子科学知识,显得很有必要。

学习量子力学的确很有用,但有的朋友却不屑于有用或无用的功利追求,认为学习量子力学纯粹是为了满足自己内心的好奇。

哲学出于好奇,科学也一样。科学家探索自然奥秘,依靠的就是一颗未泯的童心。牛顿发现力学三大定律和万有引力定律,初心不是为了建设公路桥梁或高楼大厦,更没有发射人造卫星的设想;麦克斯韦研究电磁力学,发现麦克斯韦方程组,不是为了当电力大王;爱因斯坦发现相对论,没有去星际旅行的幻想,也不是为了制造卫星导航系统提供理论支撑,更没有制造原子弹的野心……所有伟大的科学理论的发现,几乎与功利无关。

关于量子力学,我要专门讲一下量子之父普朗克的故事。

马克斯·卡尔·恩斯特·路德维希·普朗克,出生于德国荷尔施泰因,德国著名物理学家、量子力学的重要创始人之一,和爱因斯坦并称为二十世纪最重要的两大物理学家。

青年时期的普朗克,与其他天才科学家不一样,他在科学方面没有特别的天赋,更没有什么出类拔萃的表现。反而是在音乐方面很有天赋,他不仅会钢琴、管风琴和大提琴,而且还会作曲。

进入大学,他面临专业选择。

在普朗克生活的年代,自然科学远不如文学艺术那样受人追捧。搞科学的没有搞艺术的吃香。今天也是如此,搞基础科学研究的,收入可能还不如一个网红主播。

普朗克知道,比起自己擅长的音乐,科学才是自己内心想要的追求。

深思熟虑之后,他选择了学习物理学。

这时候,一位好心的物理学教授,劝说普朗克不要学习物理。菲利普·冯·约利教授说:“这门科学中的一切都已经被研究了,只有一些不重要的空白需要被填补。”当时许多物理学家普遍认为,物理学已经建立了起一座辉煌而至善的大厦,后来人不会有什么大作为,顶多只是做一些装饰修补的工作而已。

普朗克也应当知道当时的物理学发展状况。

菲利普·冯·约利教授毕竟是肺腑之言,普朗克当时很感动。

普朗克也对菲利普·冯·约利教授说出了自己的真心话:“我并不期望发现新大陆,只希望理解已经存在的物理学基础,或许能将其加深。”柏拉图说过:哲学起源于惊异。科学发现无关功利,源于内心的好奇。正是这种单纯的好奇心,普朗克义无反顾地选择了自己当时并不擅长的物理学。中国古代的贤人先哲也说:“淡泊以明志,宁静以致远。”特别是基础科学的研究,急功近利是大忌。这里无意对现实社会作批判,只是想说,如果喜欢,你就需要舍弃。

1874年,普朗克在慕尼黑开始了他的物理学学业,并很快就把研究转向了理论物理学。

19世纪末,欧洲工业迅猛发展。能源作为刚需,关于能量的研究,无论是政府、企业还是学界都很重视。开发新能源、节约能源成为研究的时代主题。例如,要制造出一盏耗电少却又发光多的电灯,就得掌握电能的运行规律。普朗克早期的研究领域主要是热力学,与当时的时代背景相关。

从1896年开始,普朗克对热辐射进行了系统的研究。经过几年艰苦努力,终于导出了一个和实验相符的公式,就是著名的黑体辐射公式。

1900年12月14日,在德国物理学会的例会上,普朗克激动地阐述了自己最惊人的发现:为了从理论上得出正确的辐射公式,必须假定物质辐射(或吸收)的能量不是连续地、而是一份一份地进行的,只能取某个最小数值的整数倍。

一个辐射频率是ν的能量的最小数值为:ε=hν。普朗克把“h”叫做基本作用量子,后来被命名为普朗克常数。量子化概念的提出,标志着物理学从“经典毛毛虫”蜕变成“现代蝴蝶”,揭开了旧量子论与量子力学的序幕。

1900年12月14日,成为了量子纪念日。这个特别的日子,值得我们这些量子科学爱好者记住。

1918年,普朗克因此而获得了诺贝尔物理学奖。他回忆说:当时就“一个纯公式的假说,我其实并没有为此思考很多。”

1947年10月4日,普朗克逝世,享年89岁,安葬在哥庭根市公墓内。墓碑上只有他的名字和一行字:h=6.63×10^-34J·S。

普朗克把自己一生的心血,奉献给了自己心爱的科学。

中国人最先发明了火药,但只满足于火药的爆炸功能,去制造烟花爆竹。如果当时的人们,能够在好奇心的驱使下,对背后的基本原理进行刨根问底,完全有可能发展出化学,甚至物理学来。

科学是人类发展的原动力,它转化为实际价值的周期很长,急功近利的浮躁心态肯定做不来。功利性或许也是中国为什么没有产生现代科学的原因之一。中国人的功利心并没有因为时代的进步而显著地消逝。这句话很难听,但现实依然如故。今天,无论是走进书店,还是打开网络,各种成功学都会扑面而来。很多人关注的是如何快速成功,张口必言“风口”、“红利”、“模式”,等等。

孔子说:“知之者不如好之者,好之者不如乐之者。”好奇心是创新的源泉。好奇心不仅只是适用于科学研究,哲学、文学、艺术,等等,都需要好奇心的推动。没有好奇心,知识面就会越来越狭窄,有了好奇心才会去钻研,才会学到更多的知识。

居里夫妇和贝克勒尔由于对放射性的研究而共同获得1903年度诺贝尔物理学奖 ,又因发现元素钋和镭再次获得1911年度诺贝尔化学奖,成为世界上第一个两获诺贝尔奖的人。很多人都说居里夫人很伟大,很有毅力。居里夫人谦虚而真诚地说道:“其实我就是特别好奇,好奇得上瘾。”人类智慧的进化,源于好奇心的驱使。正是因为自然奥秘的无限存在,才驱使人类的心灵探索不止。

好奇心是现代思维的一个典型特征。摆脱经世致用的桎梏,降低直接应用的考量,好奇心有可能更多地为人类福祉做贡献。原哈佛大学的校长陆登庭说:“如果没有好奇心和纯粹的求知欲为动力,就不可能产生那些对人类社会具有巨大价值的发明创造。”

想象力比知识更重要。知识是有限的,而想象力概括着世界上的一切。想象力能够打破思想的禁锢,推动人类社会进步。想象力是知识进化的源泉,没有一种心理机能,能比想象更能深化人类对世界的认识。想象力不是天生的,需要后天培养。学习量子力学,可以打破经典物理的条条框框,培养一个人的想象能力。

好奇心是想象的驱动力。奇妙的微观量子世界,违背直觉,颠覆常识,人类现有的想象力根本不够用。科普量子科学知识,无疑是极有价值的科学启蒙教育。

好奇心是人的天性,它总是驱使着人们去追问各种各样的问题。我们总喜欢追问:自己从哪里来又将到哪里去?世界是怎么产生的,它为什么会是这个样子?很多小孩都会这样问:妈妈,我是怎么来到这个世界上呀?这些都是终极问题,很难回答。也正是这种寻根问底的好奇心理产生了人对终极关怀的需要。量子物理学不仅推动了现代社会物质文明的高度发展,而且深刻地影响着人类对宇宙万物的看法。量子物理将重新解答“世界是什么”这个灵魂之问。

量子力学是最难以理解、最令人着迷的理论。我们生活在不确定的世界,不确定性让我们感到恐惧。当然,任何事物都具有两面性,不稳定性促使我们去创造,促使我们在变革中适应环境。不确定的世界充满无限奥秘,吸引着人类的好奇心,不断去探索。不确定的世界没有绝对真理,留给了人类无限思考的空间,赋予了人类智慧永恒存在的意义。试想,如果宇宙的奥秘都被天才们完全搞清楚了,后人的智慧就只能无所事事,失去了存在的必要和意义。

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