這是香港科技大學榮休教授、北大客座教授葛惟昆給著名科普作家張天蓉新書《極簡量子力學》的序言，獲得葛教授授權，特此發表。
傑出的科學家往往也是出色的科普作家，正像他們也是廣受歡迎和愛戴的教授一樣。最著名的例子如愛因斯坦在發現相對論後撰寫的《相對論》一書，以及費曼的著作。
科普，是一種更廣泛意義上的教育，而且在某種程度上難度更高，因為受眾更廣、讀者水平和背景更加參差不齊。因此我對著作頗豐的科普作家張天蓉女士充滿敬意。
要寫好物理方面的科普著作，必須具有深厚的學養，真懂物理，起碼是懂得所寫的主題。現在一個時髦的主題正是“量子”。有關量子的文章、報道，乃至廣告，鋪天蓋地、數不勝數。然而何為量子，何為量子力學，又何為量子糾纏，有幾個人說得清楚？有多少是道聽途說、人云亦云、以訛傳訛？
在我們生活的信息時代，量子是不可或缺的因素。我們身邊的手機、電腦、電視，和一切電子用品，無不建立在依據量子力學而發展起來的凝聚態物理的基礎上。我們就生活在這樣一個量子的世界之中，就是每時每刻被量子效應所環繞包圍、須臾不可擺脫、瞬息依仗其中。可以說，所謂現代社會，就是量子力學打造的時代。
然而，究竟什麼是量子，什麼是量子力學，進而、什麼是更加神秘的量子糾纏？我們太缺乏一本甚至多本立論正確而又深入淺出的科普讀物，對全民開展教育；就在此時，本書應運而生。
首先，什麼是量子。天蓉給出了精準的說法：“一般地說，量子不是實物，而只是一種理論，一種說法，一種概念！”“一般不將‘量子’看作粒子，而用它代表對量子力學、量子理論、量子態、量子現象等等概念的一種泛稱”。 “顧名思義，量子一詞來源於拉丁語，原意是不可分割，意思指的是物理量的不連續性，表徵微觀粒子運動狀態的物理量只能採取某些分離的數值，叫做被‘量子’化”。這樣讀者就明白，五花八門以某種小顆粒製品蠱惑人心、號稱“量子”的，其實與量子沒有半毛的關係。
費曼
那麼“量子力學”又是何方神聖？本書以經典雙縫衍射實驗，給出了量子力學的基本出發點：量子的波粒二象性！物理學家費曼認為，楊氏雙縫電子干涉實驗是量子力學的心臟，“包括了量子力學最深刻的奧秘”。 這個奧秘就是粒子的二象性：同時既是粒子又是波！電子是粒子，它可以如子彈一樣一顆一顆地發射；同時也是波，能和光波一樣產生干涉。
一個世紀以來，已經有許多實驗事實證明了電子的波動性，這種波用薛定諤方程來描述，稱之為波函數。而1926 年波恩給出的波函數的概率解釋，成為此後對量子力學的基本詮釋。儘管還存在著無數的質疑和爭論，但量子力學的成功，卻是無可置疑和無與倫比的。我們上面提到的電子器件，都建築在半導體能帶論的基礎上，而能帶論不過是量子力學在固體物理中的應用。由此引申的自旋電子學等等，更是典型的量子現象和量子力學處理。
波粒二象性
至於近年來風靡一時的“量子糾纏”，更是本書的核心。天蓉本人在《物理》雜誌及網絡上已經發表過許多文章予以介紹。其根源在於量子態的非定域特性，與經典物理的定域態成鮮明對照。由於這種非定域性，兩個粒子（如光子）在一定條件下、可能形成糾纏態。很長的一段時間內，量子力學與定域實在論之間的矛盾只能從哲學上加以論述。這種狀況一直持續到貝爾不等式的出現。
1965年，貝爾從愛因斯坦的定域實在論和隱變量假設出發，得到了二粒子的自旋糾纏態關聯函數滿足一個不等式。1972年，佛利德曼和克勞德首次利用光學實驗，推翻了貝爾不等式，實驗結果與量子力學的預言相當吻合，從而確立了量子力學的正確性，推翻了定域論及其隱變量解釋。
有人據此認為愛因斯坦是反對量子力學的， 這完全是一種誤解。愛因斯坦說過：“物理學理論最近的和最成功的創造，即量子力學。”但是愛因斯坦對量子力學的解釋存疑，他畢生堅持定域的實在論觀點，而事實證明量子力學的非定域觀念是正確的，雖然這種非定域性和由此引申的量子糾纏尚未在哲學上獲得充分的理解。但是科學就是這樣在探索中前進的。
量子糾纏
楊振寧先生曾經說過：物理做到極致，就會訴諸哲學；哲學做到極致，就會訴諸宗教。可悲的是，現在有一些所謂科學界的大人物，物理沒有做到極致，哲學更是一竅不通，就以他們似是而非的知識來詮釋佛教、鼓吹靈魂。那種妄言物理學家攀登到科學的頂峰時，會看到佛在那裡等候他們的謬論，既侮辱了歷代科學家的無畏攀登，也暴露了他們自己的淺薄無知。
對量子和量子力學的理解，既要掙脫傳統觀念的窠臼，又要謹防墮入不可知論和唯心主義的陷阱。
惠勒
最後我想指出，天蓉之所以有能力寫出一系列精彩的物理學科普著作，基於她所受的良好教育，特別是在美國師從偉大的物理學家約翰·惠勒的經歷。惠勒教授是量子力學創始人玻爾的學生，也是愛因斯坦的親密同事，是“黑洞”這個名詞的發明者。是他的物理洞察力和哲學思維，改變了天蓉對物理的基本認識，我想應當是一種“茅塞洞開”之感！ 中國古話說：“擇校不如擇師”。天蓉得此良師，是她的幸運，而她轉過來發揚光大恩師的教誨，又是廣大讀者之幸！
本書的成果，正是這種傳承的見證。
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