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天才中的高富帥，數(shù)學(xué)中的暖男——馮·諾依曼
（三）量子力學(xué)的江湖風(fēng)云 在量子力學(xué)方面的貢獻，就是以確保他在當(dāng)代物理學(xué)領(lǐng)域中的特殊地位。----尤金.維格納（諾貝爾物理獎得主）有人的地方就有江湖，量子世界就是大江大河大湖。
在金庸的武林中，黃裳是一個傳奇的存在，一個絕世的武學(xué)天才，他的“九陰真鏡”影響了整個武林數(shù)百年。
在量子的江湖中，馮諾依曼是一個能夸能見花的絕世通才。他寫的《真經(jīng)》也影響了整個江湖幾百年。
馮·諾依曼涉足物理學(xué)主要是因為他的朋友圈。如前所述，匈牙利天才井噴組有很多物理學(xué)家，其中有幾個是馮·諾依曼所生，成長于同一所精英中學(xué)。在朋友圈，他自然會談到當(dāng)時最熱門的量子力學(xué)。
(所以像馮·諾依曼這樣的天才也需要在朋友圈里偷師學(xué)藝。如果你的朋友圈沒有給你提升學(xué)習(xí)的感覺，不妨轉(zhuǎn)發(fā)一下朱粑粑的天才系列。天才的力量是無限的。)
當(dāng)物理學(xué)發(fā)展到19世紀末，牛頓和麥克斯韋為經(jīng)典物理學(xué)建造了一座宏偉而美麗的殿堂?！翱茖W(xué)共識”認為經(jīng)典物理相當(dāng)完善，“只剩下一些修改工作”。
1900年4月27日，開爾文勛爵在英國皇家學(xué)院發(fā)表了題為“熱與光動力理論中的19世紀烏云”空。開爾文在演講中聲稱:“動力學(xué)理論認為熱和光都是運動的方式，現(xiàn)在這一理論的美麗和清晰被兩朵烏云所籠罩。”
這兩朵烏云是科學(xué)史上最著名的。
這兩朵烏云給物理學(xué)帶來了一場深刻的革命，顛覆了經(jīng)典物理體系，分別導(dǎo)致了20世紀物理學(xué)兩大理論體系的誕生:相對論和量子力學(xué)。
第一朵烏云是邁克爾遜-莫雷實驗的零結(jié)果。面對這個著名的實驗，經(jīng)典物理真的是烏云密布，科學(xué)家也無能為力。當(dāng)時，上帝派了一個小職員從后門進入瑞士專利局拯救這個領(lǐng)域。他假設(shè)光速不變，拋棄了以太，提出了狹義相對論，完美地解釋了邁克爾遜-莫雷實驗。那一年，他剛剛辛辛苦苦獲得博士學(xué)位，在專利局的業(yè)余時間發(fā)表了四篇關(guān)于光電效應(yīng)、布朗運動、狹義相對論、質(zhì)量與能量關(guān)系的歷史性論文。1905年，被后人稱為“愛因斯坦奇跡年”。
愛因斯坦是馮·諾依曼的蘇黎世大學(xué)的校友。他一畢業(yè)就失業(yè)了，在家呆了兩年。與他后來的成就和名氣相比，這應(yīng)該是有史以來最吉尼斯的反擊。
第二個暗云是指魯梅爾等人的著名實驗——黑體輻射實驗，他們發(fā)現(xiàn)黑體輻射的能量不是連續(xù)的，它按波長的分布只與黑體的溫度有關(guān)。從經(jīng)典物理學(xué)的角度來看，這個實驗的結(jié)果也是不可思議的。
這時，一只名叫普朗克的牛出來了，他發(fā)現(xiàn)光、X射線等電波只能一個個發(fā)出來，每一個他都神奇地命名為“精力充沛的孩子”?！叭缓笏裆系蹘椭l(fā)射的每一個量都等于普朗克常數(shù)乘以輻射電磁波的頻率。這個關(guān)系叫做普朗克關(guān)系，它著名的方程表達式是:E= hν。
這一成就揭開了量子物理學(xué)的序幕。請記住1900年12月14日，是量子力學(xué)的生日。普朗克獲得了1918年的諾貝爾物理學(xué)獎。
接下來，幾乎所有物理學(xué)的人都投身于量子領(lǐng)域。作為吃瓜的，我們來看最好的。
愛因斯坦利用量子的概念提出了光量子的假設(shè)，再次完美地解釋了赫茲發(fā)現(xiàn)的光電效應(yīng)。
尼爾斯·玻爾提出了原子結(jié)構(gòu)的玻爾模型，并引入量子化的概念來解釋原子結(jié)構(gòu)和譜線。
維爾納·海森堡的矩陣力學(xué)和埃爾溫·薛定諤的波動力學(xué)從不同的方向建立了量子物理的數(shù)學(xué)理論。
量子力學(xué)的整個數(shù)學(xué)理論都是由幾個基本假設(shè)推導(dǎo)出來的。(到目前為止，量子力學(xué)的理論已經(jīng)被實驗驗證為極其精確，沒有發(fā)現(xiàn)與理論不符的實驗結(jié)果。)
但量子力學(xué)剛誕生時，狄拉克對量子理論的數(shù)學(xué)處理在某種意義上還不夠嚴格，無限維矩陣也沒有堅實的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。海森堡還在嘲笑薛定諤的波，熱情的種子薛定諤也以毫不掩飾的厭惡回饋了矩陣。
幸好當(dāng)時世界上有馮諾依曼，他也在。這些都不是問題。在普林斯頓，這兩個關(guān)于諾依曼的公式非常有名:
然而劇情還是一次次反轉(zhuǎn)。雖然數(shù)學(xué)證明中有一個小問題，但結(jié)論中沒有問題。半個世紀過去了，貝爾不等式在光子、原子、離子、超導(dǎo)比特、固態(tài)量子比特等諸多系統(tǒng)中得到了驗證，所有實驗都支持量子理論。實驗基本宣告了局部隱變量理論的死刑:量子非局域性是真的。
這時科學(xué)界也意識到，老艾這一輩子都在犯錯誤。
但是，即使我們時時刻刻都在犯錯，我們也應(yīng)該承認自己的貢獻，至少讓量子糾纏被世人所認識、研究和認識。2017年6月16日，世界首顆量子通信實驗衛(wèi)星墨子升級為空，首次成功實現(xiàn)了兩個距離超過1200公里的量子糾纏態(tài)。愛國青年還有一個“我驕傲，我驕傲”的理由。但要提醒愛國青年，量子糾纏不能用于通信，實際上是用于加密通信，也就是量子加密通信。
順便說一下，糾纏熵經(jīng)常被用來定量分析量子糾纏的強度，我們的諾依曼首次定量分析了一個量子系統(tǒng)的熵。為了紀念他，我們一般用馮·諾依曼熵來衡量量子糾纏態(tài)。
現(xiàn)代頂尖物理學(xué)家、英國劍橋大學(xué)教授彭羅斯(Penrose)寫過一本名著《皇帝的新大腦》，認為腦細胞中有大量糾纏電子。量子糾纏告訴我們，人類的意識不僅存在于大腦中，也存在于宇宙中。那么人死了，人體的信息不會被破壞，只會回到宇宙中的某個地方。
其實這對于人類來說無論如何都是好消息。通俗地說，這不是不朽的靈魂嗎？
一個多世紀過去了。在量子力學(xué)的江湖中，哥本哈根學(xué)派就是少林學(xué)派。無論局勢如何動蕩，少林寺總能保命，少林寺的教主就是武林盟主。
Schlosshauer等人在2011年「量子物理與現(xiàn)實之本質(zhì)」會議上進行了一項調(diào)查，粗略地總結(jié)了1990年代至2000年代主流觀點的發(fā)展。他們亦引用了馬克斯·泰格馬克于1997年「量子理論之根本問題」會議上進行的一項相似的非正式調(diào)查。結(jié)論是，「哥本哈根詮釋依然占統(tǒng)治地位」，其支持率最高（42%），其次為逐漸進入主流的多世界詮釋。一向愛當(dāng)教主的隱變派，一直是江湖第二大門派，武唐門，但自從開山祖師張三豐死后，卻每況愈下。
至于多世界解讀(MWI)，和丐幫一樣，創(chuàng)派創(chuàng)始人默默無聞，剛開始很冷門。創(chuàng)派創(chuàng)始人平更是心灰意冷，決定退出江湖，于是逐漸退出物理。但這并不能阻止勞動人民喜歡它。平行宇宙和分裂宇宙在科幻和好萊塢電影中一直很流行。后來，由于出現(xiàn)了費曼、溫伯格、霍金等幾位能參與華山論劍的天才領(lǐng)袖，多世界演繹(MWI)似乎代表武當(dāng)成為江湖第二派。然而，根據(jù)《多世界解讀》(MWI)中的“量子自殺”實驗，一個無論如何自殺都無法殺死自己(量子永生)的怪物。這個龐然大物嚴重阻礙了多世界詮釋(MWI)的未來。
至于系綜解釋，GRW理論和DH解釋相當(dāng)于五岳劍派。想稱霸武林，只能等未來劍譜辟邪。
有一個非常熱門的超弦理論，號稱是物理學(xué)中最深奧的理論，卻沒有被任何實驗所證實，暫列為星星派。星辰神仙，力大無窮，一統(tǒng)江湖，與天同活。我覺得金庸先生不是想影射一個組織，但是影射超弦學(xué)校也是有可能的。反正他老人家剛?cè)チ松裣?，怎么解釋都行?/p>
量子力學(xué)還有很多其他的解釋，比如鯨幫，海沙派等等。有了量子江湖，外面一定有一個廣闊的世界。
好吧，如果你看到這里，你會覺得現(xiàn)代物理學(xué)已經(jīng)走偏了。恭喜你，你已經(jīng)開始了。
因為哥本哈根學(xué)派的創(chuàng)始人玻爾告訴我們:
“If quantum mechanics hasn't profoundly shocked you, you haven't understood it yet”“誰不為量子力學(xué)所震驚，誰就沒搞懂它”1.《量子江湖 量子的世界你不能不懂，馮諾依曼伴你闖蕩量子江湖，領(lǐng)略神奇武林》援引自互聯(lián)網(wǎng)，旨在傳遞更多網(wǎng)絡(luò)信息知識，僅代表作者本人觀點，與本網(wǎng)站無關(guān)，侵刪請聯(lián)系頁腳下方聯(lián)系方式。
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