更新时间:2020-06-02

量子力学揭秘:初探量子世界


自然现象的背后有很多黑箱,人类科学的发展正是发现黑箱并且去解释黑箱的过程。

本纪录片分为上下两集,上集主要是介绍量子力学,着重介绍亚原子世界内一些违背常识的物理法则并在其中穿插着一些量子物理的发展史。理论这条线的主轴正是玻尔的哥本哈根诠释与爱因斯坦的量子纠缠驳斥,这个争论最终由贝尔解决了,他设计了一个精妙绝伦的实验,剧中用发牌进行类比。

在这里,很有必要记录一下发牌比喻的思路。发牌比喻的本质是想说明牌桌上的两张牌在没有亮出牌面之前到底是确定的还是不确定的。玻尔认为在荷官发出两张牌之后,即使你是后手制定的规则(此时因为荷官不知道你的规则到底是什么,所以他无法在发牌的时候提前做好手脚),荷官也能让你输,因为两张牌的牌面是一直在变动的。爱因斯坦则认为,发完牌之后,那两张牌的牌面是不会变的,因此在你后手随机制定规则的情况下,你的胜率是百分之五十。因此贝尔得出了一个概率不等式,正如贝尔所说"Bohr was inconsistent, unclear, wilfully obscure and right. Einstein was consistent, clear, down-to-earth and wrong."后来的物理学家用一个精巧的实验证明了贝尔的不等式大于2,也就是你的胜率显著地不等于50%,从而宣布量子世界里没有永远高悬于空中的月亮。

下集则围绕着生物展开,其实也就是量子力学在生命过程中的应用,不得不说让人眼界大开。量子纠缠与知更鸟的导航系统,鼻子的嗅觉其实是“听”到了化学键震动,量子隧穿使强键变弱键从而解释了酶的催化作用,质子的隧穿使得碱基对发生改变可以解释基因突变,激子利用不确定性找到最佳路径从而使能量传递效率达到近乎百分之百。这些发现实在是令人振奋,人类正通过这扇大门通向一个全新的世界。

最后一幕是主持人推着大球却被挡在门外,因为经典物理世界无法进行量子隧穿。是不是也在暗示着,人类对于量子世界的理解还远远没有入门呢?期待量子物理的继续发展,也感谢BBC贡献了一部优秀的纪录片。


量子力学揭秘The Secrets of Quantum Physics(2014)

又名:量子的故事

主演:吉姆·艾尔-哈利利 Graham Farmelo 

导演:Tim Usborne