如果要評選物理學發展史上最偉大的那些年代，那麼有兩個時期是一定會入選的：17世紀末和20世紀初。前者以牛頓《自然哲學之數學原理》的出版為標誌，宣告了近代經典物理學的正式創立；而後者則為我們帶來了相對論和量子論，並最徹底地推翻和重建了整個物理學體系。所不同的是，今天當我們再次談論起牛頓的時代，心中更多的已經只是對那段光輝歲月的懷舊和祭奠；而相對論和量子論卻仍然深深地影響和困擾著我們至今，就像兩顆青澀的橄欖，嚼得越久，反而更加滋味無窮。
我在這裡要給大家講的是量子論的故事。這個故事更像一個傳奇，由一個不起眼的線索開始，曲徑通幽，漸漸地落英繽紛，亂花迷眼。正在沒個頭緒處，突然間峰迴路轉，天地開闊，如河出伏流，一瀉汪洋。然而還未來得及一覽美景，轉眼又大起大落，誤入白雲深處不知歸路.量子力學的發展史是物理學上最激動人心的篇章，我們會看到物理大廈在狂風暴雨下轟然坍塌，卻又在熊熊烈焰中得到了洗禮和重生。我們會看到最革命的思潮席捲大地，帶來了讓人驚駭的電閃雷鳴，同時卻又展現出震撼人心的美麗。我們會看到科學如何在荊棘和沼澤中艱難地走來，卻更加堅定了對勝利的信念。量子理論是一個極為複雜而又難解的謎題。她像一位神秘的少女，我們天天與她相見，卻始終無法猜透她的內心世界。今天，我們的現代文明，從電腦到雷射，從核能到生物技術，幾乎沒有哪個領域不依賴於量子論。但量子論究竟帶給了我們什麼？這個問題至今卻依然難以回答。在自然哲學觀上，量子論帶給了我們前所未有的衝擊和震動，甚至改變了整個物理世界的基本思想。它的觀念是如此的革命，乃至最不保守的科學家都在潛意識裡對它懷有深深的懼意。現代文明的繁盛是理性的勝利，而量子論無疑是理性的最高成就之一。但是它被賦予的力量太過強大，以致連它的創造者本身都難以駕馭，以致量子論的奠基人之一玻爾都要說：「如果誰不為量子論感到困惑，那他就是沒有理解量子論。」掐指算來，量子概念的誕生已經超過整整100年，但不可思議的是，它的一些基本思想卻至今不為普通的大眾所熟知。那麼，就讓我們再次回到那個偉大的年代，去回顧一下那場史詩般壯麗的革命吧。我們將沿著量子論當年走過的道路展開這次探險，我們將和20世紀最偉大的物理天才們同行，去親身體驗一下他們當年曾經歷過的那些困惑、激動、恐懼、狂喜和震驚。如此多的新發現接連湧現，令人一時間眼花繚亂。每一個人都開始感覺到了一種不安，似乎有什麼重大的事件即將發生。物理學這座大廈依然聳立，看上去依然那麼雄偉，那麼牢不可破，但氣氛卻突然變得異常凝重起來，一種山雨欲來的壓抑感覺在人們心中擴散。新的世紀很快就要來到，人們不知道即將發生什麼，歷史將要何去何從。眺望天邊，人們隱約可以看到兩朵小小的烏雲，小得那樣不起眼。沒人知道，它們即將帶來一場狂風暴雨，將舊世界的一切從大地上徹底抹去。而我們，也即將衝進這暴風雨的中心，去看一看那場天崩地坼的革命。但是，在暴風雨到來之前，還是讓我們抬頭再看一眼黃金時代的天空，作為最後的懷念。金色的光芒照耀在我們的臉上，把一切都染上了神聖的色彩。經典物理學的大廈在它的輝映下，是那樣莊嚴雄偉，溢彩流光，令人不禁想起神話中宙斯和眾神在奧林匹斯山上那亙古不變的宮殿。誰又會想到，這震撼人心的壯麗，卻是斜陽投射在龐大帝國土地上最後的餘暉。如果站在一個比較高的角度來看歷史，一切事物都是遵循特定的軌跡的，沒有無緣無故的事情，也沒有不合常理的發展。在時代浪尖裡弄潮的英雄人物，其實都只是適合了那個時代的基本要求，這才得到了屬於他們的無上榮耀。但是，如果站在廬山之中，把我們的目光投射到具體的那個情景中去，我們也能夠理解一個偉大人物為時代所帶來的光榮和進步。雖然不能說，失去這些偉大人物，人類的發展就會走向歧途，但是也不能否認英雄和天才們為這個世界所做出的巨大貢獻。在科學史上，就更是這樣。整個科學史可以說就是以天才的名字來點綴的燦爛銀河，而有幾顆特別明亮的星辰，它們所發射出光芒穿越了整個宇宙，一直到達時空的盡頭。他們的智慧在某一個時期散發出如此絢爛的輝煌，令人嘆為觀止。一直到今天，我們都無法找出更加適合的字句來加以形容，而只能冠以「奇蹟」的名字。科學史上有兩個年份，便符合「奇蹟」的稱謂，而它們又是和兩個天才的名字緊緊相連的。這兩年分別是1666年和1905年，那兩個天才便是牛頓和愛因斯坦。波恩的概率解釋、海森堡的不確定性原理和玻爾的互補原理，三者共同構成了量子論「哥本哈根解釋」的核心，至今仍然深刻地影響著我們對於整個宇宙的終極認識。前兩者摧毀了經典世界的（嚴格）因果性，互補原理和不確定原理又合力搗毀了世界的（絕對）客觀性。新的量子圖景展現出一個前所未有的世界，它是如此奇特，難以想像，和人們的日常生活格格不入，甚至違背我們的理性本身。但是，它卻能夠解釋量子世界一切不可思議的現象。這種主流解釋被稱為量子論的「哥本哈根」解釋，它是以玻爾為首的一幫科學家作出的，他們大多數曾在哥本哈根工作過，許多是量子論本身的創立者。哥本哈根解釋的基本內容，全都圍繞著
三大核心原理而展開。首先，（海森堡的）
不確定性原理限制了我們對微觀事物認識的極限，而這個極限也就是具有物理意義的一切。其次，因為存在著觀測者對於被觀測物的不可避免的擾動，現在主體和客體世界必須被理解成一個不可分割的整體。沒有一個孤立地存在於客觀世界的「事物」（being），事實上一個純粹的客觀世界是沒有的，任何事物都只有結合一個特定的觀測手段，才談得上具體意義。對象所表現出的形態，很大程度上取決於我們的觀察方法。對同一個對象來說，這些表現形態可能是互相排斥的，但必須被同時用於這個對象的描述中，也就是（玻爾的）
互補原理。最後，因為我們的觀測給事物帶來各種原則上不可預測的擾動，量子世界的本質是「隨機性」（波恩的
概率解釋）。傳統觀念中的嚴格因果關係在量子世界是不存在的，必須以一種統計性的解釋來取而代之，波函數Ψ就是一種統計，它的平方代表了粒子在某處出現的概率。當我們說「電子出現在X處」時，我們並不知道這個事件的「原因」是什麼，它是一個完全隨機的過程，沒有因果關係。有些人可能覺得非常糟糕：又是不確定又是沒有因果關係，這個世界不是亂套了嗎？物理學家既然什麼都不知道，那他們還好意思呆在大學裡領薪水，或者在電視節目上欺世盜名？然而事情並沒有想像的那麼壞，雖然我們對單個電子的行為只能預測其概率，但我們知道，當樣本數量變得非常非常大時，概率論就很有用了。我們沒法知道一個電子在屏幕上出現在什麼位置，但我們很有把握，當數以萬億計的電子穿過雙縫，它們會形成幹涉圖案。這就好比保險公司沒法預測一個客戶會在什麼時候死去，但它對一個城市的總體死亡率是清楚的，所以保險公司一定是賺錢的！然而，1927年這場華山論劍，愛因斯坦終究輸了一招。並非劍術不精，實乃內力不足。面對浩浩蕩蕩的歷史潮流，他頑強地逆流而上，結果被衝刷得站立不穩，苦苦支撐。1927年，量子革命的大爆發已經進入第三年，到了一個收官的階段。當年種下的種子如今開花結果，革命思潮已經席捲整個物理界，毫無保留地指明了未來的方向。越來越多的人終究領悟到了哥本哈根解釋的核心奧義，並誠心皈依，都投在量子門下。愛因斯坦非但沒能說服玻爾，反而常常被反駁得說不出話來，而且他這個「反動」態度引得了許多人扼腕嘆息。遙想1905年，愛因斯坦橫空出世，一年內六次出手，每一役都打得天搖地動，驚世駭俗，獨自創下一番轟轟烈烈的事業。當時少年意氣，睥睨群雄，揚鞭策馬，笑傲江湖，這一幅傳奇的畫面在多少人心目中留下了永恆的神往！可是，當年那個最反叛、最革命、最不拘禮法、最蔑視權威的愛因斯坦，如今竟然站在新生量子論的對立面！
愛因斯坦這一仗輸得狼狽。玻爾看上去沉默駑鈍，可是重劍無鋒，大巧不工，在他一生中幾乎沒有輸過哪一場認真的辯論。但是愛因斯坦不是那種容易被打敗的人，他逆風而立，一頭亂髮掩不住眼中的堅決。他身後還站立著兩位，一位是德布羅意，一位是薛丁格。三人吳帶凌風，衣袂飄飄，在量子時代到來的曙光中，大有長鋏寒瑟，易水蕭蕭，誓與經典理論共存亡的悲壯氣概。時光荏苒，一彈指又是三年，各方俊傑又重聚布魯塞爾，會面於第六屆索爾維會議。三年前那一戰已成往事，這第二次華山論劍，不知誰勝誰負？1933年9月25日，埃侖費斯特在荷蘭萊登槍殺了他那患有智力障礙的兒子，然後自殺了。他在留給愛因斯坦、玻爾等好友的信中說：「這幾年我越來越難以理解物理學的飛速發展，我努力嘗試，卻更為絕望和撕心裂肺，我終於決定放棄一切。我的生活極度令人厭倦.我僅僅是為了孩子們的經濟來源而活著，這使我感到罪惡。我試過別的方法但是收效甚微，因此越來越多地去考慮自殺的種種細節，除此之外我沒有第二條路可以走了.原諒我吧。」
在愛因斯坦看來，埃侖費斯特的悲劇無疑是一個時代的悲劇。兩代物理學家的思想猛烈衝突和撞擊，在一個天翻地覆的飄搖亂世，帶給整個物理學以強烈陣痛。埃侖費斯特雖然從理智上支持玻爾，但當一個文化衰落之時，曾經為此文化所感之人必感到強烈的痛苦。昔日黃金時代的黯淡老去，代以雨後春筍般興起的新思潮，從量子到量子場論，原子中各種新粒子層出不窮，稀奇古怪的概念統治整個世界。愛因斯坦的心中何曾沒有埃侖費斯特那樣難以名狀的巨大憂傷？愛因斯坦遠遠地、孤獨地站在鴻溝的另一邊，看著年輕人們義無反顧地高唱著向遠方進軍，每一個人都對他說他站錯了地方。這種感覺是那樣奇怪，似乎世界都顯得朦朧而不真實。難怪曾經有人嘆息說，寧願早死幾年，也不願看到現代物理這樣一幅令人難以接受的畫面。不過，愛因斯坦卻仍然沒有倒下，雖然他身在異鄉，他的第二個妻子又重病纏身，不久將與他生離死別，可這一切都不能使愛因斯坦放棄內心那個堅強的信仰，那個對于堅固的因果關係，對於一個宇宙和諧秩序的痴痴信仰。愛因斯坦仍然選擇戰鬥，他的身影在斜陽下拉得那樣長，似乎是勇敢的老戰士為一個消逝的王國做最後的悲壯抗爭。量子論在物理界的幾乎每一個角落都激起激動人心的浪花，引發一連串美麗的漣漪。它深入固體物理之中，使我們對於固體機械和熱性質的認識產生了翻天覆地的變化，更打開了通向凝聚態物理這一嶄新世界的大門。在它的指引下，我們才真正認識了電流的傳導，使得對於半導體的研究成為可能，而最終帶領我們走向微電子學的建立。它駕臨分子物理領域，成功解釋了化學鍵和軌道雜化，從而開創了量子化學學科。如今我們關於化學的幾乎一切知識，都建立在這個基礎之上。而材料科學在插上了量子論的雙翼之後，才真正展翅飛翔起來，開始深刻地影響社會的方方面面。在量子論的指引之下，我們認識了超導和超流，我們掌握了雷射技術，我們造出了電晶體和集成電路，為一整個新時代的來臨真正做好了準備。量子論讓我們得以一探原子內部那最為精細的奧秘，我們不但更加深刻地理解了電子和原子核之間的作用和關係，還進一步拆開原子核，領略到了大自然那更為令人驚嘆的神奇。在浩瀚的星空之中，我們必須藉助量子論才能把握恆星的命運會何去何從。最後，很有可能，我們對於宇宙終極命運的理解也離不開量子論。量子論的出現徹底改變了世界的面貌，它比史上任何一種理論都引發了更多的技術革命。核能、計算機技術、新材料、能源技術、信息技術……這些都在根本上和量子論密切相關。牽強一點說，如果沒有足夠的關於弱相互作用力和晶體衍射的知識，DNA的雙螺旋結構也就不會被發現，分子生物學也就無法建立，也就沒有如今這般火熱的生物技術革命……如果要評選20世紀最為深刻地影響了人類社會的事件，那麼可以毫不誇張地說，它應該被授予量子力學及其相關理論的創立和發展。也許我們仍然不能從哲學意義上去真正理解量子論，但它的進步意義依舊無可限量。雖然我們有時候還會偶爾懷念經典時代，懷念那些因果關係一絲不苟，宇宙的本質簡單易懂的日子，但這也已經更多地是一種懷舊情緒而已。正如電影《亂世佳人》的開頭不無深情地說：「曾經有一片屬於騎士和棉花園的土地叫老南方。在這個美麗的世界裡，紳士們最後一次風度翩翩地行禮，騎士們最後一次和漂亮的女伴們同行，人們最後一次見到主人和他們的奴隸。而如今這已經是一個只能從書本中去尋找的舊夢，一個隨風飄逝的文明。」雖然有這樣的傷感，但人們依然還是會歌頌北方揚基們最後的勝利，因為我們從他們那裡得到更大的力量，更多的熱情，還有對未來更執著的信心。
我們的史話終於到了盡頭。量子論在奇妙的氣氛中誕生，在亂世中艱難地成長起來，與一些偉大的對手展開過激烈的交戰。它建築起經天緯地的巨構，卻也曾在其中迷失方向而茫然徘徊不已。它至今使我們深深困擾，卻又擔負著我們最虔誠、最寶貴的願望和夢想。它最終的歸宿是什麼？超弦？M理論？我們仍不清楚，但我們深信會出現一個量子引力理論，把整個物理學最終統一起來，把宇宙最終極的奧秘驕傲地譜寫在人類的歷史之中。在新世紀的開始，物理學終於又一次走到了決定命運的關頭。我們似乎又站在一個大時代的前沿，光輝的前景令我們怦然心動，激動又慌亂，幾乎不敢去想像那是一個怎樣偉大的景象。最終的統一似乎已經觸手可及，甚至已經可以聽得到它的脈搏和心跳。歷史似乎在冥冥中峰迴路轉，兜了一個大圈之後又回到100多年前，回到經典物理一統天下時那似曾相識的場景。但這次的意義甚至更偉大：當年的牛頓力學和麥克斯韋電磁論雖然彼此相容，但它們畢竟是兩個不同形式的理論！從這個意義上說，龐大的經典帝國最多是一個結合得比較緊密的聯邦。但這次不同了，那個傳說中的萬能理論，它能夠用同一個方程去描述宇宙間所有的現象，在所有的領域中，它都實現了直接而有效的統治。這是有史以來第一次，我們有可能完成實際意義上的徹底統一，把所有大權都集於一身，從而開創一個真正磅礴的帝國時代。人們似乎已經看到了天空中，金色的光輝再一次閃耀起來，神聖的詩篇再一次被吟誦，迴響在宇宙的每一個角落。當這個日子到來的時候，物理學將再一次達到它的巔峰，登上宇宙的極頂。極目眺望，眾山皆小，一切都在腳下。雖然很清楚歷史上這樣的神話最終歸於破滅，霍金仍然忍不住在《時間簡史》裡說：「在謹慎樂觀的基礎上，我仍然相信，我們可能已經接近於探索自然的終極定律的終點。」但是，統一以後呢？是不是一切都大功告成了？物理學是不是又走到了它的盡頭，再沒有更多的發現可以作出了？我們的後代是不是將再一次陷入無事可做的境地，除了修正幾個常數在小數點後若干位的值而已？或者，在未來的某一天，地平線上又會出現小小的烏雲，帶來一場迅猛的狂風暴雨，把我們的知識體系再一次砸爛，並引發新的革命？歷史是不是這樣一種永無止境的輪迴，大自然是不是永遠也不肯向我們展現它最終的秘密，而我們的探索，是不是永遠也沒有終點？這一切都沒有答案，我們只能義無反顧地沿著這條道路繼續前進。或許歷史終究是一場輪迴，但在每一次的輪迴中，我們畢竟都獲得了更為偉大的發現。科學在不停地檢討自己，但這種謙卑的審視和自我否定不但沒有削弱它的光榮，反而使它獲得了永恆的力量，也不斷地增強著我們對它的信心。人類居住在太陽系中的一顆小小行星上，他們的文明不過萬年的歷史，現代科學的創立不到400年。但他們的智慧貫穿整個時空，從最小的量子到最大的宇宙尺度，從大爆炸的那一刻到時間的終點，從最近的白矮星到最遠的宇宙視界，沒有什麼可以阻擋我們探尋的步伐。這一切，都來自於我們對成功的信念，對於科學的依賴，以及對於神奇的自然那永無休止的好奇。我衷心地希望各位在這次的量子旅程中獲得了一些非凡的體驗，也許它帶來困惑，但它畢竟指向希望。我必須在這裡和各位告別，但量子論的路仍然沒有走完，它仍然處在迷宮之中，前途漫漫，還有無數未知的秘密有待發掘，我們仍然還要努力地上下去求索。而這剩下的旅程，必須由各位獨立去完成，因為前面尚沒有路，它要靠我們親手去開闢出來。也許有一天，你的名字也會成為量子歷史的一部分，被鐫刻在路邊的紀念碑上，再一次召喚後來的過路人對於一段偉大時光的深切懷念。誰又知道呢？
隨著哲學家和科學家變得越來越慵懶，哲學和自然科學之間的鴻溝已經大到足以拒絕任何彌合。
05月16—17日，中科院物理所曹則賢教授帶來《物理學的哲思-未來科技從哪裡來？》一課，讓空洞的哲學信條、骨感的數理公式落腳於鮮活的生活現實！
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