1 黄金时代
- 对于光的本质，有微粒说和波动说两种。为了解释光是因介质振动而产生的一种波，提出了“以太”假说。
- 1704年，牛顿《光学》的出版，标志着以牛顿为首的微粒说胜出。
- 1807年托马斯·杨的光的双缝干涉实验，以及后来1819年菲涅耳的圆盘衍射与泊松亮斑，让波动说给了微粒说致命一击。波动说长期无法解决光的偏振问题，也被菲涅耳解决。他修订了对光的假设，认为光是横波。
但对以太的解释都比较牵强。 - 1887年，赫兹终于通过实验证实电磁波的存在，并计算出电磁波的速度，证明了光其实一种可见的电磁波。波动说的光辉达到了顶点。
- 19世纪末的物理学三大支柱构造完成，黄金时代。
但赫兹的电磁波实验孕育了革命的种子：量子。
2 乌云
- 1900年开尔文的两朵乌云：迈克尔逊-莫雷实验和黑体辐射实验。前者导致了相对论革命的爆发，后者导致了量子论革命的爆发。
- 【从黑体辐射实验开始】
物体的辐射能量、频率和温度存在函数关系（用火对铁加热，颜色也会改变）。
分别以微粒说和波动说为前提，计算出黑体辐射分布的两套公式：维恩公式、瑞利-金斯公式，但它们分别只能在短波和长波的范围内才能使用。 - 新的革命以普朗克拉开序幕。倒退法，拼凑出黑体辐射分布的普适公式，背后的物理意义将关系到整个热力学和电磁学的基础。
- 必须假定，能量在发射和吸收的时候，不是连续不断，而是分成一份一份的。普朗克为了发掘公式的物理意义，所做出的这个假设推翻了物理的经典世界，彻底改变了人们对世界的根本认识（连续性、平滑性假设——也是微积分的基础）。
- 量子是能量的最小单位，一切能量的传输，都只能以这个量为单位来进行。E=hv，E是单个量子的能量，v是频率，h是普朗克常数（3个基本物理常数之一）。
- 量子论的身上没有天才的个人标签，是整整一代精英共同促成了它的光荣。
3 火流星
- 赫兹的实验中，光的照射会影响电磁波。光电效应对其做出了解释：光照射到金属上时，会将原本束缚在金属表面原子里的电子打出来。
- 光电效应的一系列实验，暴露了电磁理论的问题：
①对于某种特定的金属，光能否从它的表面打击出电子来，只和光的频率有关（频率高的光能打出能量高的电子）；
②能否打击出电子，与光的强度无关。增加光线的强度，只能导致增加打击出的电子数量；
③每一种特定频率的的光线打出的电子能量有一个对应的上限（能量的吸收不可累计）；
④电子的跃出是瞬时的（能量的吸收不是一个连续的过程）。 - 爱因斯坦——光线的能量不是连续分布的，而是由一些数目有限的、局限于空间中某个地点的光量子（光子）组成。这些光量子是不可分割的，只能整份地被吸收或发射：
对①②的解决：从E=hv出发，提高频率v，正好提高了单个量子的能量，从而更高频率的光能够打出更高能量的电子。提高光的强度，只是增加了量子的数量，从而导致打出更多数量的电子。
对于③④的解决：一个光量子激发出一个对应的电子。光以量子的形式吸收能量，没有连续性，不能累计。量子作用是瞬时作用。 - 但光不是一种波吗？光量子是什么概念呢？由爱因斯坦对光电效应的解释开始，第三次波粒战争即将开始，对于光的本质的探讨干戈再起。
- 上帝造了光，爱因斯坦指出了什么是光，康普顿则第一个在真正意义上“看到”了这光。
1923年，康普顿效应：X射线被自由电子散射后，分成两个部分，其中一个部分比原来的射线波长要长。
将光量子假设引入后，则能解释这种奇怪现象。由于光子和电子的碰撞，带有冲量的光子将一部分能量给了电子，导致光子的能量下降，由于E=hv，E下降，从而v下降，频率变小，于是波长变大。 - 但此时，量子究竟意味着什么？理论背后隐藏的是什么？普朗克常数h究竟将我们引向何方？这一切从玻尔开始，得到了回答。
- 玻尔研究：量子魔法是怎样影响了实实在在的物质——原子核和电子。
卢瑟福在1910年的α粒子轰击金箔实验中，提出了原子的行星模型：电子围绕着原子核运行。但该假设有一个问题，根据电磁理论，原子核与电子会放射强烈的电磁辐射，从而导致电子失去能量，坠毁在原子核上，体系崩塌。
玻尔将量子的概念结合到卢瑟福模型上，将普朗克的量子以及h常数引入，解释原子的一切行为。
从光谱学开始（任何元素都产生特定的唯一谱线），谱线呈现出的线段代表了特定的波长，波长的关系满足巴尔末公式，该公式中用了变量n，这是一种量子化的表述。
【推论过程】
原子只能放射出波长符合某种量子规律的辐射→
原子内部只能以特定的量吸收或发射能量→
∵释放能量是由于电子在不同势能的位置移动
→电子只能在特定的势能位置之间转换
→在这些位置转换时，释放满足巴尔末公式（特定而非连续不断）的能量
→电子能到达的势能位置（类似于台阶）必须符合一定的高度条件，并非任意或连续的
→量子化条件成为原子理论的主宰
4 白云生处
- 玻尔的原子模型及理论，不断被证明是真确的。
波尔模型的基本特点（引入量子化条件的卢瑟福行星模型）：
①电子围绕原子核运转时，只能处于一些特定且不连续的能量状态；
②允许电子在不同能量状态间跃迁，没有中间状态；
③电子在空间中的运动方向也是不连续的（量子化的）；
④泡利不相容原理。 - 然而玻尔理论是建立在传统电磁学上，无法解释电子间的电辐射为何不会导致崩塌，也无法解释为什么电子有离散的能级和量子化的行为。像火流星一样消逝。
- 德布罗意在原子模型中引入周期的概念，以解释观测到的事实。电子有质量，则有能量，由E=hv，对应这个能量，电子有一个内在频率，及某种振动的周期，说明电子内部有东西在振动。电子前进时，必定伴随一个大于光速的波（由于波不能携带实际的能量和信息，不违反相对论），称为相波。——电子本身就是一个波。
- 20年代中期，戴维逊和汤姆逊实验证明了电子就是波。之前依靠光子翻身的微粒说，再一次和波动说打了起来，并且这一仗远远超出光的范围，波及到了整个基本粒子甚至是普通物质的世界。
- 微粒说的证据：云室可以捕捉电子位置，单个电子只能构成单个亮点，只有大量电子出现才能显示出衍射图案。若电子是波，单个电子就应该能够构成图案。
微粒说证据二：玻色以光为不可分割的粒子出发，可以推导出普朗克的黑体辐射公式，玻色-爱因斯坦统计方法。
微粒说无法打败的地方：双缝干涉条纹。
波动说无法打败的地方：康普顿的光电效应。
再一次陷入僵局，直到——海森堡来啦。
5 曙光
- 从原子谱线入手难以解决，海森堡改从电子在原子中的运动出发，先建立基本的运动模型——矩阵来了。
- 海森堡认为，物理学应当坚持严格的经验主义。玻尔理论的毛病在于，靠想象电子轨道的图像作为理论的基础。
频谱线的数据，只能计算出能级差：E1-E2。因此频率必须表示为两个能级X和Y的函数，两个坐标，二维表格，矩阵。 - 只要把矩阵的规则运用到经典的动力学公式里去，把玻尔和索末菲旧的量子条件改造成新的由坚实的矩阵砖块构造起来的方程，就可以自然而然地推导出量子化的原子能级和辐射频率。并且不需要像玻尔的旧模型，强加一个不自然的量子条件。（矩阵在发明的时候，从未预料会在量子力学中起作用。数学在某种意义上来说总是领先的。统计对于ML？）
- 波恩、海森堡、约尔当（约尔当代数。。。2333），矩阵力学的确立。可以自然推导出普朗克常数、量子化、甚至老的经典力学。
- 狄拉克发现海森堡体系的精髓在于，不满足乘法交换率：pq≠qp，p是动量，q是位置。泊松括号也存在同样的性质，利用q数也同样能证明，并且形式更加简洁优美，不需要矩阵怪物。
- 不符合量子化的“反常塞曼”效应，古兹密特提出电子的自旋，并也能利用海森堡体系证明。【矩阵力学】大获全胜。
6 殊途同归
- 薛定谔【波动力学】没有从原子谱线出发，灵感来自于德布罗意的电子的“相波”（电子是波），并将其用到原子体系的描述中去。——名震整部20世纪物理史的薛定谔波动方程。函数是连续的，但方程为0的解，确实不连续的，依赖于整数n。
原子中电子的能量不是连续的，它由原子的分立谱线而充分地证实。为了描述这一现象，玻尔强加了一个“分立能级”的假设，海森堡则运用他那庞大的矩阵，经过复杂运算后导出了这一结果。现在轮到薛定谔了，他说，不用那么复杂，也不用引入外部的假设，只要把我们的电子看成德布罗意波，用一个波动方程去表示它，那就行了。
电子是波，当波长固定时，电子的轨道周长只能是波长的整数倍。 - 海森堡的矩阵力学，摒弃旧理论的直观性，以数学为唯一基础，粒子性、不连续性；薛定谔的波动力学，重视理论的形象化和物理意义，波动性、连续性。二者在数学上，都是由经典的哈密顿函数来，是等价的。
- 薛定谔的问题：先构造物理量，再去寻找其物理意义。
薛定谔方程就像是一个潘多拉盒子，波恩说，里面藏得是骰子。 - 波恩：薛定谔函数si，代表的是一种随机，一种概率。薛定谔从波出发，认为这是电子电荷在空间中的实际分布。波恩认为，si的平方，实际是电子在某个地方出现的“概率”。电子本身不会像波那样扩展开去，但是它的出现概率像一个波，严格地按照si的分布所展开。
这个将电子看作微粒的理论，可以解释波动学的铁证：双峰干涉实验。
曾经的物理建立在决定论上，现在物理说，不能预测电子的行为，只能找到电子出现的概率而已。并且这个概率和统计学的概率不同，这种不确定性是深藏在物理定律本身内部的一种属性。
薛定谔的方程比薛定谔本人还聪明。。。hhhh
然而实际上，两者都无法百分百完美地解释干涉实验。
7 不确定性
- 海森堡重新审视他的pq≠qp，同时观测p和q是不可能的，理论不但决定我们能够观测到的东西，它还决定哪些是我们观察不到的东西。
p和q的测量误差的乘积必定大于某常数，一个测量准确，另一个测量误差就会很大。换句话说，加入了解了一个电子动量p的全部信息，那么我们就同时失去了它位置q的所有信息。（能量E和时间t也是这样的一组共轭变量。由此引申出的暴涨理论也很有意思） - “第三次波粒战争”，以玻尔的“互补原理”——“波粒二象性”收场。电子的本质是什么无从得知，但是，一旦观察方式确定了，电子就要选择一种表现形式，它得作为一个波或者粒子出现，而不能再暧昧地混杂在一起。
电子如何表现，取决于我们的企图，取决于我们如何观测它。
波恩的概率解释、海森堡的不确定新、玻尔的互补原理，共同构成了量子论的哥本哈根解释的核心，至今仍然深刻地影响着我们对于整个宇宙的终极认识。 - 不存在一个客观的、绝对的世界。唯一存在的，就是我们能够观测到的世界。物理学的全部意义，不在于它能够揭示出自然“是什么”，而在于它能够明确，关于自然我们能“说什么”。
没有一个脱离于观测而存在的“绝对自然”，只有我们和那些复杂的测量关系，熙熙攘攘纵横交错，构成了这个令人心醉的宇宙的全部。测量师新物理学的核心，测量行为创造了整个世界。 - 哥本哈根解释：
①不确定性原理限制了我们对微观事物认识的极限；
②观测者对被观测物存在扰动，主体和客体世界是一个不可分割的整体。纯粹的客观世界没有的，对象表现的形态，取决于我们的观测手段；
③由于预测行为的扰动性，量子世界的本质是“随机性”。不存在因果关系。 - 双缝干涉：坍塌前是波，一观测就成了一个点。瑟瑟发抖。
- 哥本哈根派解释的反对者要来啦！下一章：玻尔-爱因斯坦之争
8 决战
- 玻尔与爱因斯坦长达数年的激烈争论，最后以爱因斯坦节节败退结尾。
- 薛定谔的锚，将量子效应放大到日常世界。原子处在衰变/不衰变的叠加状态，猫在盒中也陷于一种死/活的混合。
- 若将人换到猫的位置上，人能够测量自己的波函数使其坍缩。而猫不存在“意识”，只能停留在死/活叠加任其发展的波函数中。
9 歧途
- 冯·诺依曼将量子力学体系从数学上严格化，证明了关于测量行为的结论，深深影响了一代物理学家对波函数坍缩的看法。无限复归链：当我们用仪器去测量仪器，这整个链条的最后一台仪器总是处在不确定状态中。实际上整个大系统的波函数从未彻底坍缩过。只有当人类意识介入观察后，机器链条才变为“现实”。
诺依曼解释：波函数看作希尔伯特空间中的一个矢量，而坍缩则是它在某个方向上的投影。投影是自由意识造成的。 - 维格纳进一步解释。把“维格纳的朋友”放到薛定谔装猫的盒子里，当人的意识包含在整个系统中，叠加状态就不适用了，只有活猫和死猫两个纯态的可能。——意识可以作用于外部世界。因为外部世界的变化可以引起我们意识的改变，根据牛顿第三定律，作用于反作用原理可以推导。
- 什么是意识（未来简史中只看作简单的电化学反应）：
①意识是一种结构模式，它完全基于物质基础（我们的脑）而存在，但需要更高一层次的规律去阐释它。（类似于，信息并不存在于每一个字中，而存在于这些字的组合方式中，对于信息的描述需要用到比单个字更高一层次的语言和规律。）
还好有量子的“不可复制定理（三体）”防止了意识的可复制性。
②（不同的看法，却推导出了和未来简史类似的观点）因为载体本身不重要，载体所蕴藏的组合信息才是关键，所以“意识”本身并非要特定的物质基础才能呈现。——意识并不一定要依赖于我们这个生物有机体的肉身而存在。
意识不过是输入和输出之间进行的某种复杂算法。任何系统只要能模拟这种算法，就可以被合理地认为拥有意识。（看薛定谔《生命是什么》）
（反方观点罗杰·彭罗斯《皇帝新脑》） - 惠勒的延迟实验...emm...没看懂...但是说明了宇宙的历史，可以在它已经发生以后才被决定究竟是怎样发生的。——参与性宇宙模型，增强版的人择原理。
我们的存在影响了宇宙的性质，更甚，我们的存在创造了宇宙和它的历史本身。逻辑循环——我们选择了宇宙，宇宙又创造了我们。“自激活”
意识怪物到此结束，换一条路看一看。 - 另一种解释，不存在波函数的坍缩，知识世界和观测者本身进入了叠加状态，在每个世界里，电子以一种可能出现。实际上波函数坍缩，能表现为两个世界的叠加，一个世界里电子穿过了左边的狭缝，另一个世界里去了右边。量子的“多世界解释”——“平行世界”理论。MWI
这种解释：一个复杂系统的状态可以看成某种高维空间中的一个点或者一个矢量。高维的宇宙只有一个波函数，但这个波函数包含了许多互不干涉的子世界。宇宙的整体态矢量是许多子矢量的叠加和，每一个子矢量都是在某个子世界的投影，分别代表了薛定谔方程的一个可能解。【高等代数666这节的论述太精彩了。。。】 - 仍存在的问题，为什么人感受不到别的世界，而未经观测的电子却可以的？为什么宏观世界中从来没有观测到量子尺度上的叠加状态呢？
10 回归经典
- 由正交空间出发，高维中，切片正交的规律大。因此，当我们只谈论微观物体时，牵涉到的粒子数量少，模拟的希尔伯特空间维数低，投影的相干概率大。而宏观层面（观测时），引入了一个极为复杂的态矢量和维数较高的希尔伯特空间。高维时，两个世界互相正交，彼此失去了联系（退相干）。
- MWI剔除了观测者、意识的阴影，并带了副产品：重新回归了经典的决定论：宇宙只有一个波函数，即薛定谔方程。
- 让人头大，离开前，我们看看量子计算机。大卫·德义奇。
量子计算机一个bit不仅有0或1的可能性，更可以表示一个0和1的叠加，同时记录0和1，并行计算。 - 回归经典。德布罗意的导波理论，解释波粒二象性，电子始终是实在的粒子，但它又收到时时伴随着它的那个波的影响。量子论的随机性，是因为没有考虑额外的变量。（当时没有刚过互补原理）“隐变量理论”。
但抛弃了定域性，认为电子可以超越时空瞬间地作用和传播（三体） - 贝尔来了（赞成爱因斯坦的因果论）从爱因斯坦的EPR测量入手，引入不同方向的概率，（电子自旋方向），导出了“贝尔不等式”——即将对我们这个宇宙的终极命运作出最后的判决。
11 不等式的判决
- 贝尔不等式以隐变量理论为基础，在保留定域性和实在性的前提下，解释了粒子之间心电感应式的合作是概率的结果，可计算的。但在量子论的世界里，这个不等式是可以突破的。
- 但EPR实验的结果却证实了量子论预言，爱因斯坦的梦想被粉碎了。粒子之间确实保持着一种微妙而神奇的联系。
- 从而，定域的隐变量理论是不存在的。不存在同时满足定域（没有超光速信号的传播，相对论），又满足实在的（存在一个客观确定的世界，可以为隐变量所描诉）。
（《原子中的幽灵》） - 另一种同样从统计及概率出发的理论，没有像隐变量理论那样，试着不全分布函数。而是认为量子论是纯统计的理论，无法对单个系统作出预测，它所推导出的一切结果，都是一个统计上的期望值。实用主义。
- 喵喵让我们回到那只猫。为什么量子可叠加，宏观的物体不可叠加呢。GRW理论不需要意识，认为这只是基于随机过程。整个系统的例子互相纠缠，少数粒子的自发定域会迅速波及整个系统，从而导致了宏观物体的精确性。
但它只能解释物体较为精确的分布，不是完全确定的位置。还抛弃了能量守恒。存在许多问题。
12 新探险
- GRW的另一种替代，不具备其缺点。退相干历史DH。
- 用密度矩阵表示电子通过左缝或右缝的概率，这两种历史不是独立自主的，而是相互纠缠，之间有干涉项。因此无法说电子要么通过左要么通过右，它必定同时通过双缝，因为这两种历史是相干的。概率没有可加性。
但如果只关心状态关系（粗略历史）时，就会退相干，变成经典概率。
精细历史、粗略历史。路径积分的方法。
解释了为什么未观测时，是状态的叠加。一观测，就是具体的值，退相干，概率矩阵对角化。路径积分的结果。 - DH存在的问题，物理描述取决于历史族的选择，与玻尔殊途同归：所有的属性都只能和具体的观察手段连起来讲。也无法完美解释量子论问题。
- 前文量子论的基本形式只是一个大的框架，只描述单个粒子如何运动。但要描述高能情况下，多粒子之间的互相作用时，就必定要涉及场的作用——量子场论。
所有粒子都是弥漫在空间中的某种场，这些场有不同的能量形态。 - 量子引力理论
- 超弦理论
【感想】
- 真正的探寻世间真理的道路，对于科学家个人来说，都是充满迷茫和痛苦的。但站在现在回顾往昔岁月，峥嵘光辉令人向往。物理通过实验数据，总结出世界运行的规律。数学看似抽象，却冥冥中指引着规律的涌现。以前不喜欢理科，不明白背后的意义所在。现在很庆幸能用不同的视角去看待物理数学，欣赏本真之美。尤其是海森堡的pq≠qp，从这个纯数学创造的式子中，赋予物理意义后，可以计算出电子运动的量子化，后来又推理出海森堡测不准定理......
顺带...作者起的波粒大战这个名字，= =让我现在对波利海苔有一种莫名的敬意。 - 【量子学的哲学观？】量子世界不存在柏拉图式的“真实”，这带来的哲学观又是怎样的？世界的本质是经典物理学的？还是量子物理学的？
量子论的唯心观，如果我们无法测量电子，它就没有动量了。因为无法同时测准，所以不存在具有准确p和q的经典电子（主观臆想的东西，和不存在没有区别。怀疑主义）。只有可观测的量才是存在的。
以及本文中对意识的推论，和《未来简史》的有异曲同工之妙，以后可以进一步阅读相关话题。
这里的“意识”是大量原子的组合才可能体现出来的整体效果，但它处于一个很高的层面。那宇宙诞生后，第一个意识是怎么诞生的呢？那时的宇宙又是什么状态的呢？难道是一堆波函数的叠加，在那一刹那宇宙历史才成了现实？ - 任何理论的推导，都有自己坚实的哲学信念和世界观。想起了索罗斯的老师是哈耶克。包括文中贝尔、爱因斯坦等人，物理定律的根基都是自己对于宇宙人生万物的认识。
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