第40章 一場隔著屏幕的解剖

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  下午三點多,張秀芬見天色有些陰沉,似乎要下雪,便起身告辭。

  回到自己家,剛一脫下羽絨服,江臨就迫不及待地走到沙發旁,向正坐下喝水的父親伸手。

  「爸,手機借我用一下。」

  「拿去吧,別玩太久,傷眼睛。」

  江建國樂呵呵地把自己那台屏幕有些磨損的智慧型手機遞給兒子。

  換作以前,他可能還會嘮叨兩句是不是要打遊戲,但現在,他對江臨有著近乎盲目的信任。

  江臨拿著手機回臥室,坐到書桌前,點開抖音,在搜索框裡輸入量子力學沒那麼玄,找到那位物理老師的帳號。

  點開作品列表,將排序方式切換為從早到晚。

  最早的一個視頻,發布在一年多以前。

  標題是:【量子力學為什麼這麼難?】

  視頻里的陸知行穿著一件寬鬆的灰色毛衣,坐在那間一成不變的辦公室里。

  身後的白板上,用黑色的記號筆寫著四個大字:直覺的代價。

  「很多學生,甚至是一些已經考上物理系的研究生,都會在某個深夜抓狂地覺得量子力學太難了。他們總是抱怨,是因為波函數、希爾伯特空間、算符偏微分方程這些數學工具太反人類。」

  陸知行說到這裡,豎起一根手指。

  「這話,只對了一半。」

  「數學確實難,這毫無疑問。但是,數學,從來都不是學物理最痛的地方。因為數學就像是一把刀,刀再鈍,只要你花時間去磨,總能把它磨快,總能掌握它的使用方法。」

  「學量子力學真正讓人感到痛苦的是它蠻橫地要求你,必須放棄那些你從生下來開始,從你扔出第一塊石頭,觀察第一次蘋果落地時,就在潛意識裡建立起來的,用來理解這個宏觀世界的經典直覺。」

  畫面里的陸知行身子前傾,目光透過屏幕,直擊人心。

  「人要放棄自己賴以生存的直覺,無異於重塑三觀,那是極其痛苦的。」

  江臨深以為然。

  抱著強烈的期待,繼續看第二個視頻。

  標題是:【懂了表述,不等於懂了概念——警惕直覺的回馬槍】

  陸知行在視頻里說:「我見過很多學生,期末考試能考九十多分,你讓他默寫量子疊加態的數學定義,他能把薛丁格方程背得一字不差,甚至能熟練地寫出態矢量的線性組合公式。」

  陸知行在白板上敲了敲公式。

  「但是,這就代表他懂了嗎?不,你隨便給他換一個稍微變種的物理情境,你就會發現,他的潛意識裡,還是會偷偷摸摸地把量子態的疊加,想成某種經典概率的無知。」

  「比如,他會覺得薛丁格的貓,其實在我們打開盒子之前,它就已經死或者已經活了,只是我們不知道而已。他把量子疊加當成了我們信息不足導致的古典概率。」

  「最可怕的是,學生自己是完全不知道自己犯錯的。因為這種錯誤,不是發生在白紙黑字的推導運算上,而是發生在他自己都無法察覺的直覺縫隙里。」

  江臨按下暫停。

  腦子裡浮出廢土概念本上的一頁。

  那一頁,他曾經用鉛筆畫過一幅畫,寫過一個自己當初頗為得意的類比。

  發芽的種子。

  他曾經試圖用一顆被埋在土裡,還沒有破土而出的種子,去類比量子疊加態。

  一顆種子在土裡,它可能往左邊長出根須,也可能往右邊長。在它破土而出被觀測到之前,它像是在泥土裡同時保留著往左和往右的幾種可能性。不到最後時刻,你不知道它選哪條路。

  這個充滿生命力的類比,他用了整整兩年。

  這兩年裡,他用這個模型去理解一維勢壘的穿透,甚至覺得極其順暢,自以為抓住了量子力學的精髓。

  直到後來。

  直到他在一本更高級的教材殘頁里,開始處理相位和量子干涉。

  當兩個量子態的疊加不僅有概率幅的加減,還涉及複數平面的相位角 時,量子概率產生了無法消除的干涉項。

  那一刻,那個完美的種子類比,碎成了一地齏粉。

  種子不可能產生干涉。因為經典的概率是P=P_1+P_2,是單純的相加。


  而量子力學是波函數的疊加,是具有干涉效應的。

  左邊的根和右邊的根,不可能互相抵消變成沒有根。

  之後,他在概念本上把那顆種子畫了個大大的叉。

  那是他第一次意識到,用宏觀具象去強行類比微觀量子,會付出多麼慘痛的代價。

  思緒到這裡,他重新播放視頻。

  不僅因為這個視頻給了他什麼高不可攀的新知識。

  而是因為,陸知行作為一個遠在天邊的陌生人,卻極其冷靜精準地把他曾經在黑暗中走過的彎路,摔過的坑,清清楚楚地解剖了出來。

  這種跨越時空的理解,讓他感到一種巨大的震撼。

  第二個系列是關於雙縫實驗的完整解析。

  第一個視頻只講現象。

  電子一個一個打過去。

  屏幕上最後形成干涉條紋。

  陸知行沒有急著解釋。

  他說:「我們先不要搶答案。」

  「很多人學物理太急了,現象還沒看清,就想把它塞進自己熟悉的框架里。」

  江臨把這句話重放了一遍。

  它和蔣瑤那道題像一件事。

  先問清楚題目在問什麼,先看清楚現象是什麼。

  第三個視頻,就是白天表弟刷到的那個。

  觀察者效應。

  江臨重新看。

  這一次沒有外婆家的電視聲,沒有廚房的鍋鏟聲,也沒有張宇不耐煩的手指。

  臥室里很安靜。

  他把那句聽到過的話又聽了一遍。

  「你以為自己在問,電子走了哪條縫。」

  「但你其實在問,在沒有發生測量的時候,走哪條縫這件事是否有意義。」

  江臨把視頻往回拖了十五秒。

  再聽一遍,又拖回去,第三遍。

  這才放下手機,提筆在草稿紙上寫。

  【不是問答案,是問問題本身是否有定義。】

  寫完後,他在旁邊畫了一個很小的方框。

  這不是答案。

  但這是一個更好的問題形狀。

  他繼續往下看。

  第三個系列是海森堡不確定性原理。

  其中第一個視頻講的是位置和動量的關係。

  陸知行的表述極其嚴謹和謹慎,在追求爽感和噱頭的短視頻平台上,簡直是一股清流。

  他沒有說因為儀器不夠精密,所以測不準。

  而是反覆強調:「請記住,不確定性,絕對不是人類技術發展的缺陷。」

  「它不是因為我們的手在抖,不是因為顯微鏡不夠高級,更不是因為電子太小所以我們凡人的眼睛看不清。就算你擁有上帝的儀器,你也測不準。」

  「因為,這是量子態本身的數學結構決定的。這是波函數的傅立葉變換性質!當位置空間的分布變窄,動量空間的分布必然變寬。這是希爾伯特空間裡的幾何法則,是宇宙底層的鐵律。」

  這一部分江臨看得比較快。

  因為這些硬核的數學推導,他都上面吃過苦,流過汗,把它們碾碎了咽進過肚子裡。

  陸知行為了向大眾科普,在視頻里省略掉了一些極其繁雜的數學推導細節,比如泛函分析里算符的不對易性證明。

  江臨能敏銳地感覺到那些被省略掉的台階在哪裡。

  但他沒有覺得陸知行是在敷衍。

  他非常理解科普不是編纂教材。

  面對普通觀眾,有些過於陡峭的數學橋樑,必須先搭得窄一點,平緩一點,否則觀眾會在第一步就墜入深淵。

  第二個視頻,難度陡然上升,講的是物理學史上最深刻的判決:貝爾不等式。

  視頻一開頭,陸知行收起了之前的輕鬆,表情肅穆:「友情提示,這個視頻的邏輯密度非常大,可能需要你們暫停很多次。」

  江臨確實暫停了很多次。


  不是因為裡面涉及到什麼複雜的微積分他看不懂。

  而是因為,他不敢讓自己用一種我好像懂了的模糊狀態,矇混過關。

  局域性,實在性,隱變量……

  每一個詞他都見過。

  可當陸知行把它們用嚴密的邏輯鏈條重新連接在一起時,仍然需要江臨停下來,把這些概念背後的物理圖像和哲學前提,重新在腦海里摸排一遍。

  當看到陸知行講看到阿斯派克特實驗,證實了糾纏光子對違反了貝爾不等式,得出2根號2的結果時,江臨把進度條往回拖了一次。

  陸知行只講了實驗的基本邏輯和結果,證明了定域實在論的破產,但他沒有展開講實驗早期存在的漏洞問題。

  不過這也很正常。

  視頻已經二十分鐘。

  如果在短視頻里再往下深入講什麼是定域性漏洞和探測效率漏洞,絕大多數觀眾大腦會宕機,會立刻划走。

  可江臨的筆停在那裡。

  他在草稿紙上寫:【阿斯派克特實驗:它排除了隱變量,但排除的究竟是哪一類?是所有的隱變量,還是僅僅依賴於定域性前提的隱變量?】

  下面又補:【關於實驗漏洞(漏洞自由實驗):探測效率漏洞如何閉合?定域性漏洞中,測量偏振方向的隨機選擇,是否絕對獨立?】

  他沒有馬上去查。

  先把問題放在那裡。

  第四個系列,也是帳號的最後一個系列,叫:【量子力學和我們的直覺】

  這個系列目前只有兩個視頻。

  第一個講人類的神經突觸和直覺,為什麼只適合處理宏觀的中等尺度世界,因為這有利於遠古人類在非洲大草原上躲避獅子。

  演化不需要我們理解量子。

  講到第二個視頻,講的是那場著名的世紀大辯論,玻爾和愛因斯坦的爭論,上帝到底擲不擲骰子。

  陸知行花好幾分鐘的篇幅,極其客觀地描述了一番愛因斯坦的立場。

  他沒有像一些二流科普那樣,把晚年的愛因斯坦塑造成一個冥頑不化的老頑固。

  「請大家務必明白一點,愛因斯坦不是因為不懂或者算不出薛丁格方程,才反對哥本哈根學派的。」

  「恰恰相反,愛因斯坦是全人類最懂量子力學的那極少數幾個人之一,光電效應就是他提出來的。

  「只是,能理解其數學結構,並不代表在哲學上可以接受它。量子力學要求物理學家放棄的絕對因果律和客觀實在性,對愛因斯坦來說,不是一個隨便可以扔掉的小假設,那是他構建整個物理世界大廈的最底層基石,是他對宇宙應該是什麼樣子的終極信念。他不能忍受一個只要不看,月亮就不存在的宇宙。」

  江臨看到這裡,關掉視頻,靠在椅背上。

  他沒有資格說自己懂愛因斯坦。

  但是,視頻里所描述的,理解不了和接受不了之間的巨大鴻溝,他比誰都清楚。

  他花了十二年,用盡一切手段,才勉強把量子力學的基礎部分推導到了七成左右的熟練度。

  在這個過程中,他犯得最多的錯,根本不是微積分算錯了符號,或者矩陣乘法乘反了。

  他犯得最多的錯,是那些潛伏地住在他認知深處的錯誤直覺。

  它們像幽靈一樣,總是在他即將觸碰到微觀真理的時候,把他拽回宏觀的泥潭。

  他不得不強迫自己接受很多違背常理的東西。

  可接受,不等於舒服。

  很多時候,接受,僅僅是因為你手裡的手電筒只照亮了這一條崎嶇的小路,而四周全是無底深淵。

  你沒有別的路可走。

  二十三個視頻。

  他看了將近五個小時,連吃晚飯的時候都沒放下過手機。

  這惹得張秀芬在飯桌上嘮叨了好一會兒,心疼兒子是不是今天出門受了風,還是學習壓力太大著了魔。

  江建國則在旁邊打圓場,說孩子肯定是在看什麼名師網課。

  晚上八點半。

  直到老爸這台舊手機的屏幕彈出電量低於1的紅色警告框,江臨才終於長長地吐出一口濁氣,揉了揉有些發酸的眼睛,把手機插上充電線,平放在桌角。


  他的大腦此刻處於一種高速運轉後的亢奮與清明之中,於是拿出紙筆,開始在上面羅列問題。

  三個問題。

  第一個,關于貝爾不等式。

  【陸老師,關于貝爾不等式的實驗檢驗。您在視頻中提到它排除了隱變量。但我的困惑在於:它排除的,是所有可能的隱變量理論,還是更準確地說,僅僅排除了那些滿足定域性和實在性假設的那一類特定隱變量模型?阿斯派克特實驗在數學上具體剝離了什麼?另外,後來的漏洞自由實驗,主要是如何堵住探測效率漏洞和定域性漏洞的?】

  寫完第一段,江臨審視了一下用詞。

  把筆尖移到下一行。

  第二個,關於雙縫實驗。

  【您說沒有測量時,走哪條縫是否有意義。我想深入請教:這種沒有意義,僅僅是當前哥本哈根量子力學理論框架內部的自我設定(即理論不討論不可觀測之物),還是它更強硬地指向自然界的客觀屬性——自然本身就不允許我們提出這類經典問題?如果未來出現了包含隱藏變量的更完備理論(比如玻姆力學),這個問題是否有可能重新變得有物理學意義?】

  這兩個問題寫完,江臨的手腕稍微放鬆了一下。

  這是純粹的理論探討。

  接下來,是暴露他自己數學功底弱點的核心問題。

  第三個,關於海森堡不確定性原理與態製備。

  【關於不確定性關係,我的理解是,它限制的是同一個量子態中,某些共軛物理量分布寬度的共同壓縮。那麼,不同的製備方式(比如更換濾波裝置)改變的是態本身的結構,而不是在現有的態上繞開了不確定性的測量干擾。這個理解方向是否準確?我對共同壓縮的經典圖像殘留,是否會影響後續對測量理論的理解?】

  寫完第三個問題,江臨通篇看了一遍。

  稍一思索,他覺得這種單刀直入的語氣可能會讓對方覺得是在踢館或者抬槓。

  於是,他在第三個問題旁邊,補充了一句話。

  【我的基礎有限,這個問題可能表述得不夠準確,甚至顯得有些外行。如果我的理解方向存在底層的邏輯偏差,煩請陸老師直接指出,感激不盡。】

  問題寫完定稿。

  江臨拿過已經充進不少電的手機,拔掉充電線。

  打開量子力學沒那麼玄的抖音主頁,點擊私信按鈕。

  界面跳轉到了一個空白的對話框。

  江臨開始在九宮格鍵盤上,一個字一個字地打字。

  陸老師您好。

  我看完了您帳號里關於雙縫實驗,觀察者效應,不確定性原理和貝爾不等式的幾個系列視頻。有些地方反覆看了很多遍,深受啟發,有三個問題想向您請教。

  先交代一下我的情況,免得讓您不知從何答起。我自學過普通物理、線性代數和一部分量子力學的基礎。

  目前量子力學的基礎計算題大概能做到七成左右的正確率,但目前角動量部分正在艱難推進,特別是關於球諧函數的數學推導基礎還不穩固。

  下面這三個問題,我不是想求一個面向大眾的科普化結論,而是想確認,我自己在暗中摸索時構建的理解體系里,那道思維的縫隙到底在哪裡。

  ……

  短短一千多字的私信,即使有草稿墊底,江臨還是坐在椅子上,刪刪改改,打了將近整整一個小時。

  不是因為用手機打字慢,也不是因為問題難寫。

  而是因為,他必須像一個走在雷區裡的排雷兵一樣,精準地控制每一個詞彙。

  他必須讓網絡對面的陸知行清清楚楚地知道,他這個提問者,已經想到了哪一步,他卡在哪個具體的坐標點上。

  哪些大路貨的答案他已經見過了不需要再講,哪些幽微的轉折處他仍然不敢說懂。

  寫完以後,他又從頭到尾,在心裡默讀了一遍。

  他刪掉了兩句顯得有些囉嗦的自我學習經歷解釋。

  把第二問中是不是說明自然不是實在的這種帶有哲學模糊性的詞句,精準地改成了是否說明滿足局域性等假設的一類實在論模型不成立。

  把主觀色彩濃厚的我感覺,全部替換成了客觀嚴謹的我的理解是。

  把帶有索取意味的求解答,改成了放低姿態的想請您糾正。


  終於,一切確認無誤,把私信發出去。

  消息框安靜了下來。

  沒有任何自動回復。

  江臨退出私信界面。

  視網膜右下角,那個只有他自己能看見的系統倒計時上。

  數字正一秒一秒地流逝。

  【29:05:31:44】

  29天,3小時,31分鐘,44秒。

  距離下一次廢土世界的強制降臨,還有一段時間。

  江臨站起身,伸了個懶腰,把手機送還到客廳,放到還在看抗日劇的父親手邊。

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