跟著愛麗絲去冒險,我要成為量子王!

10114 陳稚涵

Robert Gilmore《愛麗絲漫遊量子奇境 Alice in Quantumland》

http://www.books.com.tw/products/0010071751

本書概要：

這是一本利用愛麗絲童話來編輯的物理故事書,以簡單易懂的故事,讓讀者看了不無聊,並且對物理感到興致勃勃。裡面把各種原子、粒子、電子…….等,都用各種不同的故事角色代換,愛麗絲不小心踏入了這個原子奇境,並帶領著我們進入奇幻的物理世界,懵懂無知的愛麗絲,開始去探索,為我們找出各種問題的解答!

內容摘錄：

1.     基本上自然界是非常不確定的,沒有任何事情可以準確地預測,任何事都有可能發生。(P.29)

2.     能量並不是來自什麼地方,只是量子起伏。(P.31)

3.     沒有禁止的事都必須去做。(P.34)

4.     如果沒試,你永遠不知道是否能做某件事。一味否定是負面的思考模式,只會阻礙事情進步。(P.35)

5.     「可能」發生的事會比「曾經」發生的事多,「可能的樂園」會變成「失去的樂園」。你可以說,消失的量子態就像夢想或幻想,而被觀測的量子態就是真實量子態,這個過程叫做量子態約化。(P.70)

6.     原子核是原子的幕後主宰。我們電子只負責原子形成化合物和發射光譜的事情,但原子核實際控制著原子,決定最後的政策,確定原子能有多少電子、墊子能佔據什麼能階等等事情。原子核是隱藏在幕後的組織,由核家族構成。(P.155)

我的心得：

這本書把原本以為難懂的量子世界,用故事描述的有趣且易懂,每一個原理他都分為一個章節,又是另一個冒險,跟著愛麗絲,讀著物理變得一點也不乏味,反而輕鬆自在,真希望每本課本都可以寫成故事,這樣我或許對物理課本就不再感到陌生。

一開始愛麗絲進入了量子奇境,第一個遇到的就是電子,電子不停的快速跳動,他停不下來,因為那個地方太小了!我這時後才知道原來,只要電子動得變慢,他就要散開來,佔據的空間就要變大,反之,只要動得很快,他就可以聚集而緊密,所占空間就會變小,所以這時候就顯得電子好像是過動兒一般。後來有寫到愛麗絲跟著朋友電子搭著『光子』列車,而一個車廂居然進只兩個電子,這是為什麼我也好訝異,原來是”鮑立不相容原理”這原理禁止兩個電子做完全相同的事,包刮處在相同的地方並且具有相同的自旋,但考慮自旋方向的話,同一個量子太最多容納兩個電子。這些我以前都不知道,但現再經由故事性的講解,我得知了這些原理。

    其中我覺得最有趣的是雙狹縫實驗,電子通過不同路徑的機率居然可以互相干涉,寫實的想法：電子同時經過兩個狹縫。只會看到電子一次通過一個狹縫,但是一轉頭,原先顯示出亮暗相間干涉現象的螢光幕,卻變成無干涉現象的情形,事情似乎不該是這樣的。當不去觀測的時候,電子同時做所有它可以做的事,觀測的時候,它乖乖的待在一個明確的地方。

還有一個是依據這實驗結果,薛丁格設計了一個臆想實驗。把一隻倒楣的貓關在木箱裡,裡面還放毒氣瓶,毒氣瓶的開關是一種會衰變的放射性物質。若物質發生衰變,貓就會死,反之則否。衰變本身確定是量子過程。於是貓或生或死,是一組量子態。如果有人打開箱子,觀測到貓,從那時開始,貓不是死就是活。薛丁格的問題是：「在打開箱子以前，貓是死是活？」這就是薛丁格的貓的故事。打開箱子之前,貓的生、死的機率都是50%。打開箱子之後,貓不是生就是死,機率是0%、100%。這令人難以理解,後來有寫到每個人都熱中問題的討論而沒有人去打開箱子,但換做是我,我也部沒有勇氣去打開,因為生怕一打開,不可挽回。

還有我也很喜歡美人魚(故事的一個角色)的有趣想法：多重世界理論。是為了解釋之前的雙狹縫實驗所衍生出的另一個問題：測量問題。實驗時,沒道理電子可以做所有的事,而我們一次只能觀測到一種情形。多重世界理論提供了一種解釋方法：我們觀測到所有情形,但不是在同一個世界。宇宙總是在分裂。每個可能的情形都存在,但分裂成不同的宇宙。這個理論早已應用在許多科幻小說、電影裡。海森堡測不準原理,不只使粒子模糊、量子化,能量在短期之內的測不準,甚至可以容許粒子無中生有,稱為虛粒子。雖然虛粒子只存在非常短的時間,但電磁交互作用和強交互作用可是要靠它們才能產生,對整個世界影響重大。這個理論的最大好處,是需要假設的條件很少,但缺點是他會延伸出無窮無盡的宇宙數目,這代表他可以無限的延伸,沒有盡頭,充滿著不確定、不固定性!

這本書讓我了解好多不同的定理,不再是古典定理的那種精確,而是被量子定理的奇幻所吸引,好多的奇特現象,從故事中慢慢獲得解釋,也許物理不再是那麼的無聊,他也能像童話故是一樣,充滿驚奇。