本文發表於《大眾科學》的前部落格網路,反映了作者的觀點,不一定反映《大眾科學》的觀點
對我來說,這個夏天本應充滿活力。在五月中旬學期結束後,我本該飛往非洲的奈米比亞,與另外兩位老夥計——羅伯特和馬克,以及我的兒子麥克一起進行為期三週的荒野徒步旅行。然後我將前往新墨西哥州的聖塔菲研究所進行研究,我與該研究所有著複雜的關係。我真是迫不及待!
當疫情粉碎了這些夏季計劃後,我開始四處尋找事情做。在另一個佛教靜修處尋求啟迪?徒步阿帕拉契山徑?追蹤關於 COVID-19 疫苗和治療方法的研究?這些想法都沒有吸引我。我感到無精打采,焦躁不安。
然後,在 5 月 15 日,特立獨行的物理學家薩賓娜·霍森費爾德在 YouTube 上釋出了一個影片,“理解量子力學 #2:疊加和糾纏。” 我是霍森費爾德的粉絲,而且我一直對量子怪異現象著迷,所以我看了這個影片。我感到了幾十年來當我試圖理解量子力學時所感受到的那種挫敗感。當“解釋”變得數學化時,我就撞上了牆壁。
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在大學裡,我的學位是英語和新聞學。我上過一門物理課和兩門微積分課,但我對這些課程的記憶很少。正如我的批評者喜歡指出的那樣,無知並沒有阻止我撰寫關於科學的文章。我是一個通才,我的好奇心把我帶到哪裡,我就去哪裡。我寫過關於物理學、身心問題、癌症、精神疾病、戰爭等等的文章。我有時會感到冒名頂替綜合症,尤其是在報道高度數學化的領域時——包括數學本身!但我已經說服自己,我作為記者的工作不是要了解專家所知道的。而是要了解足夠多的知識,學習足夠的知識,來判斷哪些專家和理論是可信的。
但霍森費爾德的影片觸動了我內心深處。量子力學是我們對現實最基本的描述。我寫過很多關於它的文章,例如,1992 年在《量子哲學》中,這是一篇關於非定域性和其他量子奇異現象的實驗性探測的深入報道。我還採訪過偉大的量子理論家,例如約翰·惠勒和大衛·玻姆,以及現代物理哲學哲學家,如大衛·艾伯特和蒂姆·莫德林。但我對該理論的理解僅僅停留在半吊子、比喻性的、詩人式物理學的層面。
然後我想知道:我需要做些什麼才能像物理學家那樣掌握量子力學,包括數學以及所有相關知識?我以前也思考過這個問題,但只是以一種閒散的、白日夢式的方式。在看了霍森費爾德的影片後,這個問題一直困擾著我——也許是因為我沒有理由忽視它。我剛剛完成了我的第六本書,而且我的暑假才剛剛開始。
我越想學習量子力學,我就越興奮。但以我的年齡和缺乏訓練的狀況,這有可能實現嗎?這需要多長時間,我應該如何開始?我向幾位具有量子專業知識的朋友提出了這些問題,包括三位物理學家、一位物理哲學家和一位具有紮實數學和物理學背景的科學作家。
他們對我的專案幾乎太熱情了(我忍不住懷疑,也許是因為他們想看到我受苦)。有幾個人建議我從閱讀斯坦福大學物理學家倫納德·薩斯坎德和一位前學生合著的《量子力學,理論最小值:開始學習物理學你需要知道什麼》開始。封底簡介上說,這本書“為業餘科學家提供了按照自己的節奏學習物理學的工具包”。完美。
這裡有一個諷刺意味。2006 年,《紐約時報》發表了我的文章《為常識辯護》後,倫納德·薩斯坎德和我發生了衝突。我的文章指出,許多現代科學家都貶低常識,認為常識會阻礙對自然的理解。我反駁了這種觀點,認為常識,我將其定義為“普通的、非專業化的知識和判斷”,對於“判斷科學家的論斷通常是必不可少的”。
作為例子,我指出了物理學家對統一理論的追求,這導致他們假設存在無窮小的弦、額外維度和額外的宇宙。“所有這些理論都是荒謬的,”我寫道,“但這並不是我對它們的問題所在。我的問題是,沒有任何可想象的實驗可以證實這些理論,大多數支持者都勉強承認這一點。弦……太小了,任何可建造的儀器都無法探測到,而平行宇宙則太遙遠了。因此,常識說服我,這些投機取巧的途徑最終將走向死衚衕。”
薩斯坎德是一位弦理論和多元宇宙愛好者,在The Edge網站上對我進行了抨擊,該網站是一個供高階知識分子閒聊的網站。他總結道:“霍根與其不悅地斥責他顯然不理解的東西,不如去修幾門代數、微積分、量子力學和絃理論的課程。然後他可能會欣賞甚至讚美人類思維以非凡的方式理解不可理解之物的奇妙而驚人的能力。”
當時,我對薩斯坎德的攻擊不屑一顧,我已經聽過很多次了。專家們經常堅持認為,只有其他專家才有資格評判他們。換句話說,你必須先被某個領域洗腦,才能批評它。任何記者都不能接受這樣的規則。但現在我來了,14 年後,我正在聽取薩斯坎德的建議。不僅如此,我還試圖透過閱讀他的書來學習量子力學!為了複習我在大學裡最後學過的微積分,我還在閱讀《速成微積分》。
薩斯坎德也敦促我學習弦理論,但我沒有接受這個建議。首先,弦理論現在看起來比以往任何時候都更像是一個死衚衕。此外,學習它需要太長時間——我的量子顧問之一估計至少需要六年研究生水平的學習——而且我老邁的頭腦可能永遠無法掌握它。愛德華·威滕,有人說他是自牛頓以來最聰明的物理學家,他告訴我,當他在 20 世紀 70 年代閱讀早期關於弦理論的論文時,他發現它們“晦澀難懂”。(弦理論的難度可能解釋了它的永續性。那些掌握它的人無法承認他們在死衚衕上浪費了時間。)
我不知道我的量子實驗是否會成功。幾乎在我開始閱讀薩斯坎德的書後不久,我就開始陷入困境。我不得不查閱維基百科來提醒自己什麼是正弦和餘弦,更不用說複數、尤拉常數和矩陣了。現在我正在努力理解哈密頓量、特徵向量、厄米算符、狄拉克符號——以及那些令人討厭的符號!我現在跳過了薩斯坎德的數學練習。我會在再讀一兩遍、三四遍之後,並在我完成《速成微積分》之後再嘗試做這些練習。
但儘管如此,不,正是因為我的迷失感,我才感到快樂。我覺得自己正站在一片陌生新領域的邊界——比奈米比亞要陌生得多——它已經挑戰了我的先入之見,並迫使我重新看待這個世界。
我的量子實驗可能會產生什麼結果(假設我沒有在取得任何真正進展之前因挫敗感而放棄)?如果我達到可以沾沾自喜地談論特徵向量和波函式的程度(如果能達到這個程度的話),我對物理學的看法會改變嗎?更具體地說,我會對量子力學的意義有更深刻的理解嗎?也許它在意識和自由意志中的潛在作用?
這很難說。那些深入瞭解量子力學的人——也就是數學上——對其含義存在分歧。顯然,數學知識本身並不會引導你走向預定的觀點。這是恰當的,因為正如薩斯坎德指出的那樣,量子力學打破了關於決定論的傳統觀念。
此外,學習量子力學也提出了一個悖論。理查德·費曼曾說過一句關於量子力學的名言:“我不理解它。沒有人理解它。” 因此,即使我的量子實驗實現了我最狂野的期望,我也永遠無法達到可以說“啊,我明白了”的程度。我能期望的最好結果是更多地瞭解我不知道的東西。我很樂意接受這一點。然後,當我們的世界陷入混亂時,我可以坐在我的公寓裡思考這一切的波函式。
後記:這是我在 2010 年開始撰寫的部落格“交叉檢查”的最後一篇專欄文章。我的老朋友羅伯特·哈欽森,他組織了我們取消的奈米比亞之旅,建議使用“交叉檢查”這個名字,這暗示了我對冰球的熱情。十多年來,我平均每週釋出一篇作品,我從未像現在這樣享受寫作。《大眾科學》將在本週末關閉其部落格網路,我和其他博主今後將為“觀察”專欄撰稿。所以那是我接下來會露面的地方。我希望在那裡見到你。
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