这是香港科技大学荣休教授、北大客座教授葛惟昆给著名科普作家张天蓉新书《极简量子力学》的序言，获得葛教授授权，特此发表。
杰出的科学家往往也是出色的科普作家，正像他们也是广受欢迎和爱戴的教授一样。最著名的例子如爱因斯坦在发现相对论后撰写的《相对论》一书，以及费曼的著作。
科普，是一种更广泛意义上的教育，而且在某种程度上难度更高，因为受众更广、读者水平和背景更加参差不齐。因此我对著作颇丰的科普作家张天蓉女士充满敬意。
要写好物理方面的科普著作，必须具有深厚的学养，真懂物理，起码是懂得所写的主题。现在一个时髦的主题正是“量子”。有关量子的文章、报道，乃至广告，铺天盖地、数不胜数。然而何为量子，何为量子力学，又何为量子纠缠，有几个人说得清楚？有多少是道听途说、人云亦云、以讹传讹？
在我们生活的信息时代，量子是不可或缺的因素。我们身边的手机、电脑、电视，和一切电子用品，无不建立在依据量子力学而发展起来的凝聚态物理的基础上。我们就生活在这样一个量子的世界之中，就是每时每刻被量子效应所环绕包围、须臾不可摆脱、瞬息依仗其中。可以说，所谓现代社会，就是量子力学打造的时代。
然而，究竟什么是量子，什么是量子力学，进而、什么是更加神秘的量子纠缠？我们太缺乏一本甚至多本立论正确而又深入浅出的科普读物，对全民开展教育；就在此时，本书应运而生。
首先，什么是量子。天蓉给出了精准的说法：“一般地说，量子不是实物，而只是一种理论，一种说法，一种概念！”“一般不将‘量子’看作粒子，而用它代表对量子力学、量子理论、量子态、量子现象等等概念的一种泛称”。 “顾名思义，量子一词来源于拉丁语，原意是不可分割，意思指的是物理量的不连续性，表征微观粒子运动状态的物理量只能采取某些分离的数值，叫做被‘量子’化”。这样读者就明白，五花八门以某种小颗粒制品蛊惑人心、号称“量子”的，其实与量子没有半毛的关系。
费曼
那么“量子力学”又是何方神圣？本书以经典双缝衍射实验，给出了量子力学的基本出发点：量子的波粒二象性！物理学家费曼认为，杨氏双缝电子干涉实验是量子力学的心脏，“包括了量子力学最深刻的奥秘”。 这个奥秘就是粒子的二象性：同时既是粒子又是波！电子是粒子，它可以如子弹一样一颗一颗地发射；同时也是波，能和光波一样产生干涉。
一个世纪以来，已经有许多实验事实证明了电子的波动性，这种波用薛定谔方程来描述，称之为波函数。而1926 年波恩给出的波函数的概率解释，成为此后对量子力学的基本诠释。尽管还存在着无数的质疑和争论，但量子力学的成功，却是无可置疑和无与伦比的。我们上面提到的电子器件，都建筑在半导体能带论的基础上，而能带论不过是量子力学在固体物理中的应用。由此引申的自旋电子学等等，更是典型的量子现象和量子力学处理。
波粒二象性
至于近年来风靡一时的“量子纠缠”，更是本书的核心。天蓉本人在《物理》杂志及网络上已经发表过许多文章予以介绍。其根源在于量子态的非定域特性，与经典物理的定域态成鲜明对照。由于这种非定域性，两个粒子（如光子）在一定条件下、可能形成纠缠态。很长的一段时间内，量子力学与定域实在论之间的矛盾只能从哲学上加以论述。这种状况一直持续到贝尔不等式的出现。
1965年，贝尔从爱因斯坦的定域实在论和隐变量假设出发，得到了二粒子的自旋纠缠态关联函数满足一个不等式。1972年，佛利德曼和克劳德首次利用光学实验，推翻了贝尔不等式，实验结果与量子力学的预言相当吻合，从而确立了量子力学的正确性，推翻了定域论及其隐变量解释。
有人据此认为爱因斯坦是反对量子力学的， 这完全是一种误解。爱因斯坦说过：“物理学理论最近的和最成功的创造，即量子力学。”但是爱因斯坦对量子力学的解释存疑，他毕生坚持定域的实在论观点，而事实证明量子力学的非定域观念是正确的，虽然这种非定域性和由此引申的量子纠缠尚未在哲学上获得充分的理解。但是科学就是这样在探索中前进的。
量子纠缠
杨振宁先生曾经说过：物理做到极致，就会诉诸哲学；哲学做到极致，就会诉诸宗教。可悲的是，现在有一些所谓科学界的大人物，物理没有做到极致，哲学更是一窍不通，就以他们似是而非的知识来诠释佛教、鼓吹灵魂。那种妄言物理学家攀登到科学的顶峰时，会看到佛在那里等候他们的谬论，既侮辱了历代科学家的无畏攀登，也暴露了他们自己的浅薄无知。
对量子和量子力学的理解，既要挣脱传统观念的窠臼，又要谨防堕入不可知论和唯心主义的陷阱。
惠勒
最后我想指出，天蓉之所以有能力写出一系列精彩的物理学科普著作，基于她所受的良好教育，特别是在美国师从伟大的物理学家约翰·惠勒的经历。惠勒教授是量子力学创始人玻尔的学生，也是爱因斯坦的亲密同事，是“黑洞”这个名词的发明者。是他的物理洞察力和哲学思维，改变了天蓉对物理的基本认识，我想应当是一种“茅塞洞开”之感！ 中国古话说：“择校不如择师”。天蓉得此良师，是她的幸运，而她转过来发扬光大恩师的教诲，又是广大读者之幸！
本书的成果，正是这种传承的见证。
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