薛丁格首次使用「糾纏」一詞，量子物理學的發展，真的太艱難了！

1935年奧地利量子理論家歐文·薛丁格首次使用「糾纏」一詞，描述兩個遙遠粒子的行動相互捆綁在一起令人費解的現象。糾纏是一種能讓薛丁格夜不能寐的東西，就像他的朋友阿爾伯特·愛因斯坦一樣，他認為這讓人們對量子力學能否成為對世界的可行描述產生了懷疑，這怎麼可能是真的呢？然而，不斷積累的證據表明量子糾纏是存在的。

兩年前，麻省理工學院教授（下圖）大衛·凱澤(David Kaiser)和一個國際團隊利用雷射、單光子探測器、原子鐘和收集80億年前遙遠類星體釋放光的巨型望遠鏡，進一步完善了量子糾纏測試。因此，研究人員有效地排除了一個潛在的反對意見，即糾纏的出現：可能源於選擇要進行測量和被測試粒子行為之間的某種關聯。是的，量子糾纏違背了我們的直覺，但凱澤指出，至少科學家可以繼續了解它。

這讓薛丁格夜不能寐，但20世紀30年代的理論家只有紙和筆，沒有現今的計算能力和令人信服的類比」來指導他們，而且幾乎沒有物理證據。相比之下，今天，科學家們有了研究這些問題的先進工具，直到近些年，這些方法在實驗或經驗上都是不可能實現的。現在，麻省理工學院物理學教授、麻省理工學院科學、技術和社會項目的格梅斯豪森科學史教授凱澤，寫了一部關於這一主題的新歷史——量子遺產：調度一個不確定的世界。

物理學的繁榮

在關鍵物理學家的小插曲、關於該領域增長的原創性研究和他自己在宇宙學方面研究工作的敘述之間，凱澤強調了該領域隨著時間的推移發生的巨大變化。這個學科命運真的發生了相當戲劇性的轉變，他凱澤的目標是向讀者呈現：一個非常動蕩世紀裡不同類型的故事，不同的主線。事實上，許多量子物理學的歷史在形式上都是伸縮的，聚焦於該領域最著名的明星：

基礎量子理論家尼爾斯·玻爾(Niels Bohr)、保羅·狄拉克(Paul Dirac)、維爾納·海森伯格(Werner Heisenberg)和薛丁格(Schrödinger)，愛因斯坦通常被描述為著名的量子懷疑論者。在物理學界因世界大戰而陷入混亂之前，這些科學家發展了量子力學，並確定了它最令人費解的特徵：包括量子糾纏和測不準原理(測量粒子位置和動量等東西時在精度上的權衡)。

即使現在我們仍然很難解釋這些概念，但其他很多東西都已經改變了。從20世紀40年代開始，物理學見證了四分之一個世紀的前所未有的增長，特別是在第二次世界大戰後，學生大量湧入美國的大學。凱澤在談到這一成長階段時說：我們在戰後的四分之一個世紀裡，培養的物理學人才比以前自創世以來累計培養的還要要多。與此同時，大質量粒子對撞機改變了物理學的方法，產生了關於亞原子結構的新知識。

物理學的崩潰

研究團隊在實驗上合作，嚴格致力於研磨出物理上的進展。成為物理學家的人比以往任何時候都多，但思考量子物理提出「哲學」問題的人，似乎比以往任何時候都少，這一問題變得不時髦了。這不僅僅是一次擺動，物理學甚至在一個真正的問題上，看到了這些相當戲劇性的變化。凱澤通過仔細閱讀物理教科書，仔細記錄了這一轉變，展示了務實研究的風氣是如何成為主導。

教科書作者總是做出一系列的價值判斷：什麼是合適的主題，什麼是合適的方法？我們應該問什麼問題？什麼是『純粹的』哲學？然後物理泡沫破裂了：由於經濟放緩和聯邦資金減少，該領域的資金、註冊人數和就業崗位在20世紀70年代初都急劇下降。這些數字幾乎在整個學院的每個研究領域都出現了崩潰，沒有一個領域比物理學下降得更快。

《量子遺產》

也許令人驚訝的是，20世紀70年代就業市場危機幫助人們重新燃起了對20世紀30年代量子奇觀的興趣。正如凱澤在2011年出版的《嬉皮士如何拯救物理》(How The How The Hippies Saved Physical)一書中詳細描述的那樣（這本書源於這個圖書項目）在理解糾纏方面取得了一些關鍵進展，這些進展來自當時處於邊緣地位的物理學家，他們缺乏快速通道的研究機會，相對自由地探索被忽視的問題。

凱澤在「量子遺產」中指出：這種非傳統的思維很快也開始影響教學。弗裡喬夫·卡普拉(Fritjof Capra)時期的暢銷書《物理之道》(The Dao Of Physical)將東方宗教和量子奧秘聯繫在一起，今天被認為是新時代的必需品，但它在20世紀70年代出現在學術教學大綱上，這要歸功於物理學教授們急於吸引學生回到教室。自20世紀70年代以來，量子物理經歷了多個迷你時代的飛逝。

國防開支刺激了20世紀80年代物理學的復甦，但當美國國會在1993年否決超導超級對撞機項目時，該學科一些分支的物理學家無法產生許多新實驗結果，直到大型強子對撞機於2008年上線。因此，近幾代學者都經歷過物理學是一門動蕩的學科，物理學的命運與遙遠的政治息息相關。有時人們會被發現不同步，他們在繁榮時期進入物理學領域，儘管不是他們自己的錯，但在他們獲得學位之前，機會就消失了。

大型對撞機帶來了希望

在過去的半個世紀裡，我們看到這種情況在發生了兩次。因此，雖然像薛丁格這樣的物理大佬，可以用鉛筆和紙取得進展，但就當代這門學科的進展而言，物理學的物質條件非常重要。這些想法非常重要，但這些想法植根於一個不斷變化的世界，《量子遺產》贏得了學者們的好評；加州理工學院的諾貝爾獎獲得者物理學家基普·索恩(Kip Thorne)稱讚這本書「關於過去一個世紀物理學和宇宙學重大發展的一系列非凡小插曲」，將科學與人類歷史完美地結合在一起。

獲獎小說家內爾·弗洛伊登伯格指出：凱澤有能力揭示超凡脫俗的思想，與其形成的社會和政治世界之間的聯繫，這有助於「一本簡單迷人的宇宙奧秘指南」。就凱澤而言，他希望讀者能思考科學家的「雙重性」，他們希望找到永恆的答案，儘管受到他們那個時代的工具和假設束縛。雖然《量子遺產》探索了一些個別物理學家的生活，如狄拉克，凱澤也希望讀者能理解量子物理是一個多麼徹底的合作事業。

科學界有寫單個天才的傳統，但量子力學從第一天起就需要一個整體演員陣容，當研究機構、世代和群體時，凱澤發現這比在山頂上思考這些無法企及的天才更有價值，這總是一個寓言，但對於這一系列的發展來說，這是一個特別不合適的寓言。超過15000名物理學家在50年的時間裡，發表了與希格斯玻色子有關的論文，探索亞原子粒子是如何獲得質量的，但只有在大型強子對撞機開始運行後，科學家才找到了證據。

博科園｜科學、科技、科研、科普