對於量子物理學，你是否也有這些誤解
撰文：Julien Bobroff（巴黎薩克雷大學物理學教授）
多年來，我一直在推廣自己的研究領域——量子物理學。一般公眾都覺得這是個很吸引人的話題，書籍和雜誌封面也常常表現它的神秘。然而，在物理學的這個領域中出現了許多誤解，我寫這篇文章的目的就是要通過事實來揭穿這其中的6個錯誤觀念。
別擔心，你並不需要了解多少的量子物理學知識才能閱讀這篇文章。我不是要解釋什麼是量子物理學，而是主要要解釋它不是什麼……
1、「量子物理學全都是關於不確定性」
並不是！事實上，量子物理學可能是人類創造的最精確的一門科學。它能夠以極高的精度預測某些性質，甚至可以精確到小數點10位之後，這都在後來的實驗中得到了證實。
這種錯誤觀念部分來源於海森堡的「不確定性原理」。海森堡指出，當同時測量兩個量時，比如一個粒子的速度和位置，測量的精確性是有限度的。但是當量子物理學被用來計算其他的物理量時，比如能量或者原子的磁性，它可以達到驚人的精確度。
2、「量子物理學無法被可視化」
量子物理學描述的對象通常有些「奇怪」，而且很難描述出它們的圖像，比如波函數、疊加態、概率幅、複數等等。人們常說，只有用數學方程和符號才能理解這些概念。儘管如此，我們物理學家在教導和推廣這些概念時，仍然會描述它們的圖像。我們會使用圖表、繪畫、隱喻、投影儀和許多其他設備。這些都沒什麼，因為不僅是學生，甚至像我們這樣資深的量子物理學家也需要在頭腦中對正在擺弄的對象形成一幅圖像。有爭議的部分在於這些圖像的準確性，因為我們很難準確地表示一個量子對象。
通過與設計師、插畫家和視頻製作者合作，Physics Reimagined（重新想像物理學）研究小組試圖以所有可能的形式來「繪製」量子物理學：摺紙、視覺文學、雕塑、3D動畫等等。
3、「即使科學家也不懂量子物理學」
量子物理學領域的一位領軍人物費曼曾說過：「我想我可以有把握地說，沒有人真正理解量子力學。」但他接著馬上補充說：「我將告訴你們大自然是如何運作的。」這個學科的奠基人之一玻爾給出了一個很好的總結：「那些在第一次接觸量子理論時沒有被震撼的人，不可能真正理解它。」
當物理學家在處理量子的數學形式描述時，他們確實明白自己在做什麼。他們只是需要讓自己的直覺適應這個新領域及其內在的矛盾。
4、「少數幾個傑出的理論學家提出了量子物理學的整個概念」
量子物理學的整個歷史恰恰表現了完全相反的事實。一開始，在實驗室中出現了一些意想不到的結果，比如光電效應、黑體輻射、原子的光發射光譜。直到後來，當愛因斯坦、普朗克、玻爾和其他人試圖提供解釋時，這一領域才有了傑出理論學家的加入。
隨後基礎實驗繼續跟進，包括會從鎳上詭異地反彈的電子，因磁場而發生奇怪偏轉的銀原子，以及在低溫下可以完美導電的金屬等等。然後理論和概念再次出現，出現了對偶性、自旋以及超導性等概念。理論與實踐之間這種富有成效的來回交流是建立物理學的根基。除了極少數情況外，通常都是實驗最先出現。
5、「愛因斯坦是量子物理學最大的敵人」
愛因斯坦經常被描述為一個對量子物理學充滿惡意的反對者，這可能是因為他的那句名言：「上帝不會和宇宙玩擲骰子。」然而事實是，他不僅不反對量子力學，而且他還創造了量子力學！
1905年，在普朗克的工作基礎之上，愛因斯坦寫了一篇基礎性的文章——《關於光的產生和轉化的一個啟發性觀點》。在這篇文章中，愛因斯坦提出，光是由小的、獨立的、一份一份的物體組成的，它們名為光子。事實上，讓它獲得諾貝爾獎的正是這項工作，而不是他在相對論方面的研究。
愛因斯坦之所以留下這樣的「惡名」可能是源於他與玻爾關於量子力學的論戰，尤其是關於詮釋和量子實在的概念，因為他不接受非定域性的概念。後來，關於量子糾纏和違背貝爾定理的實驗證明了愛因斯坦是錯誤的，並證明了隱變數的缺失。愛因斯坦完全理解量子物理學的相關性，他只是對它的一些含義有所疑慮，特別是在於定域性有關的問題上。
6、「量子物理沒有實際用途」
量子物理學可能是現代物理學中最有用的學科。一旦物理學家理解了光、原子和電子的工作原理，就能對它們進行操縱。激光、醫院裡的核磁共振成像、LED燈、快閃記憶體、硬碟，還有更重要的晶體管和電子器件，所有這些技術都是量子物理學家發明的。
就是這些啦！我希望我破除了量子物理學的一些神秘。最後我想說的是，量子物理學是一門與其他任何科學都一樣的學科……
原文標題為「Seven common myths about quantum physics 」，首發於2019年4月15日的The Conversation。原文鏈接：https://theconversation.com/seven-common-myths-about-quantum-physics-115029. 中文內容有刪減，僅供參考，一切內容以英文原版為準。
註：
Physics Reimagined網站：http://hebergement.u-psud.fr/supraconductivite/?lang=en
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